VÁLVULAS

Las válvulas son dispositivos mecánicos que permiten regular, permitir o impedir el flujo de un fluido en una tubería.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA VÁLVULA

Cuerpo: Es la parte a través de la cual el fluido que se mueve.
Obturador: Es el elemento que hace que la sección de paso varíe, regulando el caudal y por ende la pérdida de presión.
Accionamiento: Es la parte de la válvula que se regula para que el obturador se sitúe en la posición requerida. Este accionamiento puede ser motorizado, mecánico, neumático, manual o electromagnético.
Vástago: Es el eje que transmite la fuerza del accionamiento al obturador.

MATERIALES

Las válvulas se fabrican de diferentes tipos de materiales, las más comunes son:

• Acero al carbono – Acero forjado A105N
• Acero inoxidable – Acero A182, F316
• Acero aleado – super dúplex forjado A182, F55

*La presión nominal se denomina PN (bar)y se encuentra, generalmente, impreso en el cuerpo de la válvula.
* Las válvulas pueden ser fabricadas para ir roscadas, soldadas y bridadas, no obstante, existen docenas de tipos de válvulas para cada clase de válvulas.

TIPOS DE VÁLVULAS

A continuación te presento a la válvulas más utilizadas en la industria:

VALVULA COMPUERTA (GATE VALVE)

En el mundo de la conducción de fluidos, donde el control es primordial, la Válvula de Compuerta (o Gate Valve) se erige como el guardián indiscutible para el paso o bloqueo total del flujo. Es una solución robusta y sencilla, diseñada para situaciones donde las pérdidas de presión deben ser mínimas.

¿CÓMO FUNCIONA?

Su operación es simple pero poderosa. Una cuña o compuerta (de ahí su nombre) se eleva o desciende de manera perpendicular al flujo mediante el giro de un volante. Cuando está completamente abierta, la compuerta se retrae por completo en el cuerpo de la válvula, dejando un paso libre que coincide con el diámetro nominal de la tubería. Esto permite el paso libre del flujo con pérdidas de carga mínimas.

Las características principales son:

1.  Apertura y cierre total: No está diseñada para regular o estrangular el caudal. Utilizarla para regular el flujo puede causar erosión severa en el asiento y la cuña, dañando la válvula de forma prematura.
2. Bidireccional: Puede bloquear el flujo proveniente de cualquier dirección, lo que ofrece versatilidad en el diseño de sistemas.
3. Pérdida de presión mínima: Al ofrecer un paso recto y completo, genera una resistencia al flujo casi nula cuando está abierta, lo que la hace ideal para líneas principales donde la eficiencia hidráulica es crítica.
4. Alta presión: Su diseño robusto la hace adecuada para aplicaciones que involucran altas presiones.
5. Operación lenta: El proceso de abrir o cerrar es gradual, lo que ayuda a prevenir el fenómeno del golpe de ariete, protegiendo la integridad del sistema de tuberías.
6. No para uso frecuente: No está diseñada para ciclos constantes de apertura y cierre. Su operación es lenta y el desgaste en los sellos por fricción puede ser significativo si se usa con demasiada frecuencia. Para maniobras repetitivas, son más adecuadas las válvulas de bola.

VÁLVULA GLOBO (GLOBE VALVE)

Mientras que otras válvulas se especializan en el paso libre o el cierre hermético, la Válvula de Globo (o Globe Valve) es la ingeniera de precisión del mundo de la válvulas. Su diseño está optimizado para una función clave: regular el flujo y la presión de manera eficiente y controlada, aunque con un costo en pérdida de presión.

¿CÓMO FUNCIONA?

Su mecanismo es diferente al de las válvulas vistas hasta ahora. Un disco o tapón (generalmente redondo y plano) se desplaza verticalmente mediante un vástago giratorio para posicionarse sobre o lejos de un asiento circular fijo dentro del cuerpo de la válvula.

Las características principales son:

• Regulación Precisia: Su diseño permite un control excelente y lineal del caudal y la presión. Es la válvula por excelencia para estrangulamiento (throttling) en aplicaciones donde la precisión es crítica.
• Estanqueidad Superior: El contacto disco-asiento, que suele ser de metales maquinados o materiales blandos, proporciona un cierre muy hermético, a menudo superior al de una válvula de compuerta en servicios de regulación.
• Pérdida de Carga Alta: Esta es su principal desventaja. La forma de «S» o de globo (de ahí su nombre) de su cuerpo obliga al fluido a cambiar de dirección varias veces, generando una pérdida de carga (fricción) significativamente mayor que en una válvula de compuerta o de bola de paso completo.
• Operación Frecuente: Está diseñada para ser operada muchas veces sin desgastarse prematuramente, gracias a que el disco se separa por completo del flujo en posición abierta, minimizando la erosión.

Las limitaciones son:

• «No es para Paso Total»: Aunque puede dejarse completamente abierta, no debe usarse como válvula de aislamiento donde se prioriza un flujo libre con mínima pérdida de presión. Para eso están las válvulas de compuerta o de bola.
• Sentido del Flujo: ¡La dirección de instalación es crucial! La mayoría de las válvulas de globo tienen una flecha que indica el sentido correcto del flujo. El fluido debe entrar POR DEBAJO del disco y salir por arriba. Esto asegura que la presión del fluido ayude a cerrar la válvula y no a forzarla abierta, lo que facilitaría la operación y mejoraría el sello.
• Costo y Peso: Suelen ser más pesadas y costosas que una válvula de compuerta del mismo diámetro debido a su compleja geometría interna.

VÁLVULA DE BOLA (BALL VALVE)

Si la válvula de compuerta es el interruptor maestro, la Válvula de Bola (o Ball Valve) es el interruptor de acción rápida. Diseñada para operaciones de «on/off» frecuentes, es una de las válvulas más populares gracias a su simplicidad, eficacia y cierre hermético.

¿CÓMO FUNCIONA?

El mecanismo es ingenioso y simple. En su centro, aloja una esfera (bola) perforada. El giro de una palanca (o accionamiento) en ¼ de vuelta (90 grados) gira esta esfera:

• Abierta: El hueco de la bola se alinea a favor del flujo, permitiendo el paso del fluido.
• Cerrada: La parte maciza de la bola se posiciona perpendicular al flujo, bloqueándolo por completo.

Las características principales son:

• Rapidez y Simplicidad: Su apertura/cierre con solo ¼ de vuelta la hace ideal para situaciones donde se requiere actuar con speed y para ciclos frecuentes de operación. Esta operación de cierre rápido minimiza el tiempo de maniobra pero aumenta el riesgo de golpe de ariete.
• Estanqueidad Excelente: El diseño con asientos de polímero blando (como Teflón o Nylon) garantiza un cierre hermético y fugas mínimas, incluso después de muchos ciclos de uso.
• Versatilidad de Diseño: Existen distintos tipos para equilibrar costo, flujo y espacio:
  • Full-Port: Máximo flujo, mínima pérdida de carga debido a que el diámetro del orificio de la bola es igual al de la tubería, las pérdidas por fricción son muy bajas, similar a una válvula de compuerta abierta.
  • Venturi-Port y Reduced-Port (o Half-Port): El orificio es más pequeño que la tubería, lo que genera una mayor restricción al flujo y una pérdida de carga ligeramente superior, pero son más compactas y económicas.

Las limitaciones son:

• Sensibilidad a Fluidos Sucios: Son delicadas con fluidos que contienen partículas abrasivas o en suspensión. Estas partículas pueden incrustarse en los asientos blandos y rayar la superficie pulida de la bola, provocando fugas.
• «Solo para On/Off»: Al igual que la compuerta, NO debe usarse para regular el flujo. Mantenerla en posiciones intermedias erosiona rápidamente los asientos blandos y la superficie de la bola, arruinando su estanqueidad.
• Límite de Temperatura: Los asientos de polímero estándar (Teflón, Nylon) tienen un límite de temperatura moderado (generalmente hasta ~200°C). Para servicios de alta temperatura o corrosivos, existen versiones con asientos metálicos o de materiales avanzados como PEEK.

VÁLVULA MARIPOSA (BUTTERFLY VALVE)

Cuando se necesita controlar el flujo en tuberías de gran tamaño de una manera rápida, económica y eficiente, la Válvula de Mariposa (o Butterfly Valve) se convierte en la opción preferida. Su diseño compacto y su sencillo mecanismo de giro la hacen ideal para una amplia gama de aplicaciones.

¿CÓMO FUNCIONA?

El principio de funcionamiento es directo. Un disco circular  gira sobre un eje dentro del cuerpo de la válvula. Al igual que la válvula de bola, su operación es de ¼ de vuelta (90 grados):

• Abierta: El disco gira para posicionarse paralelo al flujo, ofreciendo una mínima obstrucción.
• Cerrada: El disco gira para posicionarse perpendicular al flujo, bloqueando el paso.

Las características principales son:

• Accionamiento Rápido: El giro de solo ¼ de vuelta permite abrirla o cerrarla rápidamente, aunque este cierre rápido también conlleva riesgo de golpe de ariete, similar a la válvula de bola.
• Ligera, Compacta y Económica: Al tener un cuerpo muy corto y requerir menos material, especialmente en diámetros grandes, es significativamente más ligera, compacta y económica que una válvula de compuerta o globo del mismo tamaño.
• Grandes Diámetros: Su diseño simple las hace ideales para tamaños muy grandes (desde 2″ hasta más de 100″), donde otras válvulas serían extremadamente pesadas y costosas.
• Simplicidad y Fiabilidad: Al tener pocas partes móviles, su mantenimiento es sencillo y son muy fiables

Las limitaciones que encontramos en esta válvula son:

• Estanqueidad Limitada: Aunque pueden proporcionar un cierre muy bueno, generalmente no sellan de forma tan hermética como una válvula de bola de alta calidad. La estanqueidad depende del material del asiento (generalmente elastómero como EPDM o Viton) y puede verse comprometida con fluidos abrasivos o altas temperaturas.
• Regulación Pobre: Aunque el disco puede posicionarse en ángulos intermedios, no son ideales para la regulación precisa de caudal o presión. El disco crea turbulencia y produce una curva de flujo no lineal, lo que hace que el control sea impreciso.
• Pérdida de Carga: Aun completamente abierta, el disco permanece en el centro del flujo, lo que genera una pérdida de carga mayor que en una válvula de compuerta o una válvula de bola full-port.

VÁLVULA DE RETENCIÓN (CHECK VALVE)

Las Válvulas de Retención, también conocidas como Válvulas Check o Antirretorno, son componentes pasivos cruciales en cualquier sistema de tuberías. Su misión es simple pero vital: permitir el flujo en una única dirección y bloquear automáticamente cualquier reverso o retorno. Actúan como guardianes que aseguran que los fluidos sigan el camino diseñado, protegiendo equipos costosos y previniendo fenómenos peligrosos.

¿CÓMO FUNCIONA?

Su operación es automática y elegante, aprovechando la energía del propio fluido. No requieren intervención manual, eléctrica ni de ningún otro tipo de actuador.

1. Apertura por Flujo Forward: Cuando la bomba está en funcionamiento, la presión del fluido en la dirección correcta (flujo forward) supera la fuerza de cierre de la válvula (que puede ser un resorte, el peso del obturador o la gravedad). Esto hace que el mecanismo interno (disco, bola o pistón) se abra, permitiendo el paso.
2. Cierre Automático por Cese o Reversión: Al detenerse la bomba, la presión cae. La fuerza del resorte, la gravedad o la presión de retorno del fluido (si intenta volver) actúan inmediatamente, devolviendo el obturador a su asiento y sellando el paso de forma hermética.

Las características principales son:

Su papel es fundamental en la línea de descarga (impulsión) de una bomba, donde realizan dos funciones vitales:

1. Prevención del Golpe de Ariete: Esta es su función más crítica. Al cerrarse automáticamente, evitan que una columna masiva de agua retroceda con fuerza hacia la bomba parada. Este retroceso es una de las causas principales del golpe de ariete, un pico de presión extremadamente alto que puede dañar tuberías, conexiones, la propia bomba y otros componentes del sistema.
2. Mantenimiento del Cebado (Prime): En bombas que no son autocebantes, la válvula check evita que el agua impulsada drene de regreso hacia la fuente cuando la bomba se apaga. Esto mantiene la tubería de descarga y la carcasa de la bomba llenas de agua, permitiendo que la bomba arranque de nuevo inmediatamente sin necesidad de ser cebada manualmente.

Las limitaciones son:

• Orientación Correcta: La mayoría deben instalarse en una orientación específica (horizontal o vertical). Siempre verifique la flecha de dirección del flujo marcada en el cuerpo de la válvula.
• Pérdida de Carga: Como cualquier obstrucción en la tubería, generan una cierta pérdida de presión. La selección del tipo y tamaño correcto es clave para minimizarla.
• Selección: La elección incorrecta puede causar problemas como cierre brusco (golpe de ariete), cierre lento (permitiendo un retorno indeseado) o obstrucción

VÁLVULA DE SEGURIDAD / ALIVIO (SAFETY / RELIEF VALVE)

En cualquier sistema presurizado, desde una caldera industrial hasta un compresor de aire, la posibilidad de una sobrepresión representa un riesgo significativo para los equipos y, lo más importante, para la seguridad del personal. Las Válvulas de Seguridad y Alivio (Safety/Relief Valves) son los dispositivos de protección última, diseñados para activarse automáticamente y prevenir una falla catastrófica al liberar el exceso de presión de manera controlada.

¿CÓMO FUNCIONA?

Su operación es completamente automática y no depende de fuentes de energía externas (eléctrica, neumática o humana). Utilizan la propia presión del sistema como fuerza de activación:

1. Estado Cerrado (En Calma): Un resorte de calibración (u otro mecanismo) aplica una fuerza hacia abajo sobre un disco o tapón, manteniéndolo firmemente asentado contra la boquilla de entrada. Esta fuerza del resorte es mayor que la fuerza ejercida por la presión normal del sistema.
2. Estado de Apertura (Sobrepresión): Cuando la presión del sistema supera el punto de calibración o «set pressure» (la presión a la que se ha configurado la válvula para abrir), la fuerza ejercida por el fluido vence la fuerza del resorte. El disco se levanta, liberando fluido (gas, vapor o líquido) al exterior o a un sistema de desfogue, aliviando así la presión interna.
3. Estado de Cierre (Recuperación): Una vez que la presión del sistema cae por debajo de un nivel seguro (presión de recierre), la fuerza del resorte vuelve a predominar, empujando el disco contra su asiento y sellando nuevamente la válvula.

Las características principales son:

• Protección Primaria: Actúan como el último recurso de protección (dispositivo de alivio de presión última). Su correcto funcionamiento es literalmente una cuestión de seguridad vital.
• Autonomía Total: Al ser dispositivos mecánicos y automáticos, garantizan la protección incluso en fallos de energía eléctrica o de los sistemas de control automatizado.
• Precisión y Calibración: Deben ser calibradas con precisión por personal autorizado para abrir en una presión específica y definida por el diseño del sistema. Nunca deben ser manipuladas o recalibradas por personal no cualificado.
• Capacidad de Descarga: Su diseño debe permitir evacuar un caudal suficiente para reducir la presión del sistema por debajo del nivel de peligro antes de que se alcance la presión máxima permitida.