¿Qué es una válvula mariposa y para qué sirve?

La válvula de mariposa pertenecen a una familia de válvulas de movimiento giratorio de un cuarto de vuelta que se utilizan en tuberías para cerrar el flujo. A menudo se dice que se pueden usar válvulas de mariposa para regular el flujo. Sin embargo, no recomendamos hacer esto, ya que puede dañar el disco de la válvula y tener un efecto negativo en las propiedades de sellado.

Se utilizan en una amplia variedad de medios de proceso e industrias, especialmente en el suministro, recolección y distribución de agua, así como en estaciones de bombeo, y tienen una amplia gama de casos de uso, especialmente en el aislamiento de flujo.

Un par de sus ventajas clave sobre otras familias de válvulas son su construcción simple y su tamaño compacto. Esta ventaja nos da como resultado que los productos finales sean más livianos y de menor costo, con un espacio de instalación más pequeño y velocidades de actuación más rápidas.

¿Por qué se llama válvula mariposa? El término válvula “mariposa” se basa en que el disco al interior se mueve alrededor de un eje central y acciona como el cuerpo de una mariposa. Entonces ¿Qué tipo de válvula es la mariposa? Las válvulas de mariposa, son de tipo excéntrico doble con brida (doble desplazamiento). El doble desplazamiento se refiere a que este diseño de válvula involucra dos desplazamientos del disco desde el centro del cuerpo de la válvula o el eje de rotación del vástago.

¿Cómo funciona la válvula de mariposa?

El principio de funcionamiento

La construcción de una válvula de mariposa es relativamente simple, con la rotación del disco de la válvula controlando el flujo de fluido. En la posición cerrada, el disco bloquea el orificio de la válvula, mientras que en la posición abierta, el disco está orientado perpendicularmente a la dirección del flujo para permitir el flujo. Las válvulas de mariposa generalmente brindan flujo bidireccional y capacidad de cierre. Sin embargo, no son de paso total, lo que los hace inadecuados para raspaduras o hisopos. El material del cuerpo es hierro dúctil con una capa de polvo epoxi en las superficies internas y externas.

Las válvulas suelen operarse mediante volantes, engranajes o actuadores, o una combinación de ambos. Estos deben estar de acuerdo con los requisitos de la aplicación específica y las especificaciones técnicas. Discutiremos los métodos de actuación más adelante en el artículo.

Accionamiento de válvula de mariposa

Hay varias formas de operar o activar una válvula de mariposa: manual, semimanual o completamente automática.

• Eléctrico: utiliza un actuador eléctrico para controlar la válvula con una señal de control de 4-20 mA y, por lo general, se usa para regulación de alta precisión y aplicaciones sensibles al tiempo.

• Neumático: También se utiliza para aplicaciones de alta precisión y utiliza aire comprimido para la actuación.

• Hidráulica: normalmente se usa para aplicaciones que requieren grandes pares para abrir y cerrar la válvula, como aplicaciones de alta presión y alta viscosidad.

• Manual: Las válvulas de mantequilla operadas manualmente utilizan un volante, una manivela o una palanca para operar la válvula. Las válvulas manuales más pequeñas suelen estar equipadas con una palanca. Para tamaños más grandes, se proporcionan volantes y se acompañan de una caja de cambios para transferir el par con una gran ventaja mecánica. Otra forma de accionamiento manual es en los casos de uso en los que la válvula se entierra bajo tierra sin boca de acceso. En estas aplicaciones, el accionamiento se realiza con un eje de extensión, un adaptador/tapa cuadrada y una llave en T correspondiente desde el nivel del suelo.

Debido a los requisitos de torsión inherentemente más bajos, el dimensionamiento y la instalación de los actuadores son menos costosos para las válvulas de mariposa en comparación con otras, como las válvulas de compuerta.

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¿Cuáles son los tipos de actuadores de la válvulas mariposa?

Según su funcionamiento, tienen los siguientes tipos de actuadores:

Actuadores de válvulas eléctricas

Estos poseen una caja de engranajes que puede calibrar la velocidad del motor, disminuyendo o aumentando el par. Los actuadores eléctricos son de mantenimiento fácil, su instalación es relativamente muy simple y  no son nada ruidosos durante la operación. La posición de la válvula se centra en la entrada de señal de voltaje o corriente y puede contener interruptores de límite que paran el actuador cuando está completamente cerrado o completamente abierto. En donde exista una fuente de alimentación estable será dónde estos actuadores serán utilizados.

Actuadores de piñon y cremallera

Estos actuadores tienen una cámara y dentro de ella contienen unos resortes que operan debido a la entrada o salida de aire comprimido. El tipo de actuadores neumáticos son de acción simple o doble, su diseño es compacto, son relativamente económicos y muy livianos.  Otro punto importante, su  tiempos de reacción es más veloz, lo que permite usarlo para servicios de estrangulamiento; requieren de un abastecedor externo de aire comprimido.

Actuadores de yugo escocés

Estos actuadores pueden operar con fluido hidráulico y con aire comprimido. Estos se basan en un pistón, una manivela y en un cilindro hueco. Se genera presión a un lado y la fuerza que resulta hace mover el pistón linealmente para girar el disco y el vástago. Su diseño puede tener módulos para hacer más fácil el mantenimiento solamente retirando una área del actuador en vez de todo el conjunto. El yugo escocés es de mayor tamaño y tiene mayor costo que el de cremallera y piñón, pero la salida genera un par con mayor altitud para válvulas de gran tamaño. Además, el yugo escocés puede ser combinado con accesorios de control para utilizarlo en aplicaciones de cierre suave o acción rápida .

Actuadores de válvulas hidráulicas

Estos actuadores utilizan la fuerza hidráulica abastecida por un fluido para controlar la posición del disco y vástago. Son de acción simple o doble. En el caso de la acción simple acciona a causa de que no hay presencia de presión del fluido, manteniendo la válvula en posición cerrada; a medida que la presión sube, el fluido genera un empuje en el pistón en dirección a la válvula para que se abra. Mientras que el tipo de doble acción posee una bomba hidráulica que modifica el rumbo del fluido para abrir y cerrar la válvula. Estos actuadores son utilizados para válvulas de gran tamaño o de servicio pesado que necesitan un gran par para trabajar; también son muy útiles con solenoides para controlar la posición de manera más precisa.

¿Cómo esta compuesta una válvula mariposa?

A continuación, se muestran los principales componentes de la válvula de mariposa:

Cuerpo

El cuerpo de la válvula encaja entre las bridas de la tubería; los tipos de conexión de extremo más comunes son los tipos de brida, de doble orejeta y de oblea.

Disco

Adjunto al cuerpo de la válvula está el disco que funciona como una compuerta que detiene o estrangula el flujo de fluido; puede considerarse equivalente a una compuerta en una válvula de compuerta, o una bola en una válvula de bola. El disco normalmente se perfora para recibir el vástago o eje. Hay muchas variaciones en el diseño, la orientación y el material del disco para mejorar el flujo, el sellado y/o el par operativo. Por ejemplo, el disco excéntrico doble 9881k está diseñado para reducir el desgaste de los sellos y las “rozaduras”, así como los requisitos de par operativo.

Asiento

Revestimiento del cuerpo interno de la válvula es un fuerte elastómero o sello antifugas de metal que asegura el disco en su lugar en la posición cerrada para lograr un cierre completo. El asiento del cuerpo integral de acero inoxidable relleno de soldadura y microacabado de la serie 9881k garantiza una cara del asiento resistente a la corrosión y la erosión. Con este tipo especial de diseño de asiento, es posible fabricar la válvula a prueba de caídas de acuerdo con los requisitos de EN12266-A.

Vástago

El eje de la válvula, también conocido como vástago, es el componente que conecta el disco al mecanismo de accionamiento y transmite el par a través de sí mismo.

Sellos

Los sellos están presentes en múltiples interfaces dentro de la válvula para asegurar un sello hermético durante la operación o para aislar los medios del proceso de los componentes internos de la válvula para un diseño más flexible y rentable.

El sellado en la cara del asiento está garantizado por un anillo de sellado elástico de perfil en T continuo, este se mantiene en la periferia del disco mediante un anillo de retención, lo que evita que el anillo de sellado se salga. En la posición cerrada, el anillo de sellado se presiona contra la cara del asiento, proporcionando un sello hermético en los extremos de aguas arriba y aguas abajo. En la posición abierta, el anillo de sellado está completamente libre de tensión debido al diseño de doble disco excéntrico.

Al eliminar la interacción entre los medios del proceso y el vástago/eje, el sistema de sellado del eje con juntas tóricas múltiples garantiza un sellado sin mantenimiento durante toda la vida útil de la válvula.

Además, hay componentes más pequeños y comunes, como los bujes, los cojinetes y los sujetadores, que también forman parte de la mayoría de las otras construcciones de válvulas.Los detalles sobre algunos de los componentes en el extremo de actuación, como la manija, la palanca, la caja de cambios y el volante, se cubrirán en la sección de actuación.

¿Cuáles son las ventajas de las válvulas de mariposa?

Dependiendo de la aplicación, las válvulas de mariposa pueden ofrecer ventajas significativas sobre otros tipos de válvulas:

• Ligeras y compactas:  Debido a su diseño compacto y una dimensión más pequeña entre las caras, cuentan con un espacio de instalación considerablemente menor. Por lo que, ofrecen ahorros en forma de costos de instalación más bajos, incluidos costos de mano de obra, equipos y soporte de tuberías.

• Bajos requisitos de mantenimiento: Debido a su diseño económico simple que consta de pocas piezas móviles y, por lo tanto, menos puntos de desgaste, reduce significativamente sus requisitos de mantenimiento.

• Acción Rápida: Una rotación de 90° de la manija, o el mecanismo de actuación, proporciona un cierre o apertura completa de la válvula. Sin embargo, con válvulas de mariposa más grandes, se requiere una caja de engranajes como parte del mecanismo de accionamiento que reduce el par operativo y simplifica el funcionamiento de la válvula, pero a expensas de la velocidad.

• Bajo costo:  Debido a su diseño simple, se requiere menos material y son más simples de diseñar y fabricar y, a menudo, son la opción más económica en válvulas. Los ahorros de costos se obtienen principalmente en tamaños de válvula más grandes, generalmente por encima de DN 300.
• Versatilidad: las válvulas de mariposa tienen una amplia variedad de casos de uso, incluida la capacidad de instalarse bajo tierra.

¿Cómo seleccionar el tipo de válvula mariposa adecuado?

Las válvulas de mariposa son esenciales en aplicaciones donde se requiere un cierre hermético. El disco se abre y se cierra con una rotación de 90 grados de bajo torque y funciona para cualquier aplicación compatible. Suelen costar menos y son más ligeras, por lo que se prefieren a otros tipos de válvulas. Las válvulas de mariposa a menudo se distinguen por los tres tipos principales: desplazamiento cero, doble o triple.

Válvulas de mariposa de compensación cero

Estas válvulas están diseñadas para solucionar los problemas de apriete que se pueden producir entre el disco y el asiento de la válvula de mariposa. El vástago y el disco de la válvula están situados en el centro, y crea un sello cuando el disco deforma el asiento blando, provocando una fricción total durante todo el ciclo de funcionamiento.

Esta válvula puede manejar productos químicos, revestimientos, alimentos, algunos sólidos y aplicaciones abrasivas. Una ventaja es que la mayoría de los medios que fluyen a través de la válvula no entrarán en contacto con el cuerpo, ya que el asiento de la válvula cubre el cuerpo.

Válvulas de mariposa de doble compensación

La estructura de doble compensación presenta el centro del vástago desviado del centro del disco y la válvula. Con esta estructura, el disco de la válvula puede salir rápidamente del asiento de la válvula. Esto reduce en gran medida la sobrecompresión innecesaria y el raspado entre ellos.

Esta estructura también ayuda a disminuir el proceso de desgaste y prolonga la vida operativa de la válvula. La reducción del raspado permite que los asientos de estas válvulas estén hechos de metal, lo que amplía el rango de aplicación de las válvulas de mariposa a aplicaciones de alta temperatura.

Válvulas de mariposa de triple excentricidad

El diseño de triple compensación elimina el roce entre el asiento y el anillo del sello a través de la trayectoria del flujo, lo que reduce el desgaste del asiento y el sello y prolonga la vida útil del ciclo.

Se usan en aplicaciones similares a las válvulas de compuerta, donde se requiere un asiento de metal y se desea un cierre hermético y/o un cuarto de vuelta, pero las válvulas de mariposa de triple compensación pueden abrirse y cerrarse más rápidamente y pueden operarse con frecuencia, incluso si hay es un cierre de emergencia. Esta válvula tiene un par bajo y se recomienda para aplicaciones de alta y baja temperatura.

Las válvulas de mariposa vienen en una variedad de diseños y materiales que son específicos para los sistemas involucrados. Son reconocidos en el mercado por sus excelentes características de flujo y control, capacidades de sellado hermético y confiabilidad en una amplia gama de aplicaciones. Elegir la válvula correcta es esencial para el éxito de cualquier sistema de control de flujo.

Según su tipo de conexión, se dividen en:

Las válvulas de mariposa generalmente se componen en dos tipos: estilo lug y estilo wafer. Estos componentes mecánicos tienen distintas ventajas y aplicaciones. Además, no se pueden intercambiar.

Válvula de mariposa estilo Lug

Las válvulas de mariposa estilo Lug generalmente están hechas de metal como hierro dúctil o acero. Este tipo de válvulas cuentan con orejetas roscadas puestas en las bridas de la válvula para conexiones con pernos. Además, ha sido diseñada para lograr atornillarse a una o ambas bridas usando sujetadores roscados en protuberancias Lug en el cuerpo de la válvula. También, son ideales para el servicio de fin de línea, pero siempre se aconseja una brida ciega. Las válvulas de mariposa estilo Lug están fabricadas para poder tener compatibilidad con accionamiento eléctrico o neumático. El material del disco y del asiento debe establecerse según el medio de flujo y la aplicación.

Válvula de mariposa estilo wafer

La mayoría de las válvulas de mariposa estilo oblea tiene un diseño con cuatro orificios que se alinean con la tubería conectada. Esta válvula cuenta con un diseño cuyo objetivo es sujetarse entre dos bridas en su tubería. En su mayoría, las válvulas mariposa wafer se pueden ajustan a la mayor parte de los estándares de bridas. El asiento de válvula de caucho o EPDM genera un sello sumamente fuerte entre la válvula y la conexión de brida. Las opciones de wafer son más livianas y económicas comparadas con las de estilo lug y son más usadas en un tipo de aplicaciones de presión baja.

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