Instalación de válvulas de retención: dirección del flujo, orientación y las normas que determinan la vida útil de la válvula

Función de una válvula de retención: dirección del flujo y hacia dónde se dirige

Una bomba de refuerzo que funciona bien toda la mañana puede estropearse con un solo corte de corriente. Cuando el motor se detiene, la columna de agua acumulada en la tubería de descarga se invierte, hace girar la bomba al revés y puede soltar el impulsor. La única pieza que se interpone entre una parada normal y ese fallo es un simple disco que se cierra al girar. Eso es todo lo que es una válvula de retención: una compuerta unidireccional para la tubería. El problema es que la compuerta solo funciona cuando apunta en la dirección correcta, se encuentra en el lugar adecuado y utiliza un mecanismo que se adapta al recorrido de la tubería.

En el interior del cuerpo, una pieza móvil responde a la presión. El flujo hacia delante empuja el disco para abrirlo. Cuando la presión hacia delante disminuye, un resorte, la gravedad o el propio reflujo devuelven el disco a su asiento antes de que se genere la oleada inversa. No hay maneta ni actuador, nada que ajustar a posteriori. La instalación es el único ajuste que se le hará a la válvula, y lo primero que hay que fijarse es en la flecha de flujo fundida o estampada en el cuerpo. El flujo de la tubería y la flecha deben apuntar en la misma dirección antes de colocar ni un solo tornillo.

Si la válvula está orientada en la dirección incorrecta, falla en una de estas dos situaciones. Si el disco no puede abrirse, la tubería queda sin paso: la bomba funciona contra una compuerta cerrada, se sobrecalienta y se produce cavitación. Si el disco nunca se asienta, se produce un reflujo en la tubería cada vez que se apaga la bomba y se producen golpes de ariete en cada reinicio. Ninguno de estos fallos se detecta durante la instalación. Ambos aparecen semanas más tarde, por lo que la comprobación de la flecha se realiza antes del montaje, y no durante la resolución de averías.

La ubicación sigue la misma lógica. La válvula debe colocarse en el lado de descarga de la bomba, donde impide el reflujo hacia el interior de la misma. En el lado de aspiración, añade una pérdida por fricción permanente a la entrada de la bomba y supone un riesgo de cavitación. Los sistemas residenciales siguen la misma regla a menor escala. La válvula de retención de una bomba de sumidero se coloca en el tramo vertical de descarga, justo por encima de la bomba y por debajo del nivel del suelo, de modo que el agua situada por encima no pueda volver a caer al foso.

Hay un término que conviene aclarar antes de continuar. En los sistemas de riego, un conjunto de válvula de retención doble es un dispositivo antirretorno compuesto por dos válvulas, además de válvulas de cierre y orificios de prueba, y su función es proteger el suministro de agua potable. Todo lo que se trata en este artículo se refiere a la válvula de retención simple que se encuentra dentro de una bomba o de una línea de proceso. Ambos conceptos no son intercambiables.

Diseños de válvulas de retención y sus respectivas funciones: primero, la orientación

Todas las válvulas de retención cumplen la misma función, pero sus mecanismos difieren, y es el mecanismo el que determina qué puede hacer la tubería con ella. La orientación es el ejemplo más claro: se trata de una restricción mecánica, no de una preferencia del instalador. No se puede pretender que un diseño que se cierra por gravedad se cierre en sentido ascendente. Las tres estructuras que se muestran a continuación abarcan la mayoría de las instalaciones industriales. Cada una de ellas combina el mecanismo con las condiciones que tolera y con la vía de fallo que se produce cuando se ignoran dichas condiciones.

Válvulas de retención de aleta

Una válvula de retención oscilante tiene un disco articulado en la parte superior del paso. El flujo hacia delante la abre; la gravedad y el flujo inverso la cierran. Al no contar con un resorte que la ayude, el disco necesita un flujo estable y mayoritariamente horizontal para funcionar correctamente. Funciona bien en tuberías horizontales y en tuberías verticales donde el flujo asciende. En una tubería vertical con flujo descendente, falla por su propio diseño: el disco queda abierto, el flujo se invierte y se produce un cierre brusco con toda la columna de agua detrás. La turbulencia es el «asesino silencioso». Un codo o la descarga de una bomba situados justo aguas arriba provocan un flujo inestable en el disco oscilante, este vibra y el pasador y el asiento se desgastan mucho antes de lo previsto. Entre los diseños habituales, las válvulas de retención oscilantes son las más sensibles a la longitud de la tubería recta.

Válvulas de retención de elevación

Una válvula de retención de elevación desplaza su disco axialmente a lo largo de un asiento guiado. La presión en sentido de avance eleva el disco; la gravedad lo hace descender de nuevo. La guía debe estar en posición vertical para que actúe la gravedad, por lo que se trata de un equipo para tuberías horizontales. Si se atornilla en un tramo vertical, el disco se atasca en la guía o se asienta descentrado y produce fugas. A cambio de esa rigidez se obtiene una mejor calidad de estanqueidad: el recorrido guiado corto proporciona un asiento más limpio que un disco oscilante, a costa de una mayor resistencia al caudal. Algunas versiones con brida y elevación incorporan un volante atornillable, lo que permite que el mismo cuerpo actúe como válvula de aislamiento de emergencia durante la puesta en marcha.

Válvulas de retención de doble placa para obleas

Una válvula de doble placa divide el disco en dos medias placas unidas por una bisagra central, cada una de ellas sujeta por un resorte de torsión. Los resortes comienzan a cerrar las placas en el momento en que el caudal hacia delante se ralentiza, de modo que las placas alcanzan sus asientos antes de que se genere la sacudida inversa. Ese cierre precoz es la razón por la que las válvulas de doble placa son la solución predeterminada para el golpe de ariete en las obras de rehabilitación. El cuerpo tipo wafer se sujeta entre dos bridas, lo que supone la disposición de cara a cara más corta de la gama, y los resortes cierran las placas en cualquier posición. Esto convierte al diseño de doble placa en el que más tolera las variaciones de orientación. Aun así, cualquier orientación que se desvíe de la horizontal o la vertical ascendente requiere una confirmación por escrito del fabricante, ya que la fuerza de los resortes varía en función del tamaño.

Otros dos diseños completan el esquema. Las válvulas de retención axiales, o silenciosas, cuentan con un disco accionado por resorte situado en la línea central de la tubería. Son las que se cierran más rápido de todas y las que mejor soportan las peores condiciones de caudal, razón por la cual las estaciones de bombeo las instalan cerca de la descarga. Las válvulas de retención de bola permiten el paso de sólidos y lodos que atascarían un disco, sacrificando un cierre hermético a cambio de esa tolerancia.

Ninguno de estos límites de actitud es una cuestión de preferencia. Cada uno de ellos viene determinado por la ubicación de la gravedad y los resortes en el interior del mecanismo. Cuando la actitud que necesitas no aparece en la documentación del fabricante, lo que hay que hacer no es una prueba de ajuste, sino plantear una pregunta por escrito.

Instalación de una válvula de retención: pasos, sellado y comprobaciones in situ

Una vez elegido el diseño y leída la flecha, la instalación consiste en una breve secuencia de pasos. Cada paso es imprescindible, ya que saltárselo conlleva un fallo documentado.

1. Aislar y escurrir. Apague la bomba, bloquee la alimentación eléctrica, despresurice la tubería y vacíe el tramo. Una junta que se abra bajo una altura manométrica residual se descargará sin previo aviso.
2. Vuelve a comprobar la dirección y la actitud in situ. Coloca la flecha del cuerpo en sentido contrario a la dirección real del flujo, no a la del dibujo, y comprueba que la orientación instalada se ajuste a las normas de diseño mencionadas anteriormente. Las desviaciones de las tuberías in situ respecto a los planos son tan frecuentes que este paso permite detectar errores reales antes de que se conviertan en un misterio semanas más tarde.
3. Haz la unión. Los extremos roscados se envuelven con cinta de sellado en el sentido de giro, de modo que al apretarlos no se desenrolle. Los extremos con brida requieren superficies limpias, una junta centrada y pernos apretados en cruz en varias pasadas. Los cuerpos tipo wafer requieren que ambas bridas estén alineadas en un eje común, con la válvula centrada entre ellas; un apriete desigual de los pernos deforma el cuerpo y, con ello, se deforma también el asiento.
4. Trata con cuidado los asientos soldados. En los puntos en los que la válvula se vaya a soldar a la tubería, en los modelos con asiento blando es necesario retirar primero el asiento y el disco. El calor de la soldadura destruye los asientos de elastómero si permanecen en su sitio, y en el caso de las válvulas con asiento metálico también se debe seguir el procedimiento de soldadura indicado por el fabricante para evitar que el calor deforme el asiento.
5. Enjuaga y, a continuación, comprueba el resultado. Purgue la tubería antes de la primera puesta en marcha para que los residuos de soldadura y los residuos no lleguen nunca al disco ni al asiento. A continuación, realice una prueba de presión y compruebe si hay fugas en sentido inverso. Una válvula que mantenga la presión en sentido directo pero que presente fugas en sentido inverso no aguantará un cierre de emergencia.

Tres de los fallos de esta cadena son culpa nuestra: una sede blanda soldada en su sitio, una puesta en marcha sin purga y un cuerpo de oblea deformado por tornillos desiguales. Los tres se pueden comprobar in situ en menos tiempo del que lleva la reparación.

Donde debe estar: Distancia de descarga de la bomba y normas sobre tramos rectos

La posición del sistema es anterior al tramo recto. El orden es importante en ambas direcciones. La válvula de aislamiento permite realizar tareas de mantenimiento sin necesidad de vaciar el sistema, y la válvula de retención protege la bomba de cualquier variación que se produzca en la tubería tras una parada. El lado de succión no lleva ninguna válvula de retención, ya que las pérdidas por fricción y el riesgo de cavitación superan cualquier beneficio que pudiera aportar en ese punto.

En lo que respecta a la distancia respecto a la bomba, es donde las normas escritas dejan de coincidir, y conviene tener en cuenta esta discrepancia antes de que se convierta en una discusión en la obra.

Las cifras no coinciden porque el perfil de daños varía según la estructura. El flujo turbulento que se produce a la salida de una bomba o de un codo es lo que más hace oscilar un disco oscilante, por lo que las válvulas de retención oscilantes requieren las distancias más estrictas. Los diseños axiales con resorte mantienen el disco en la línea central y no se ven afectados por esa misma turbulencia. Si se consulta la tabla por tipo de estructura, la mayor parte de las discrepancias se resuelven. Considere 10 diámetros como el valor predeterminado conservador para las válvulas de disco oscilante y acepte distancias más cortas para los diseños con resorte. Cuando un bastidor compacto no deje espacio, sustituya el argumento por una respuesta por escrito del fabricante de la válvula. (Consejos útiles, 2008; Revista Valve, 2023)

Lo positivo es que el valor de la distancia se decide en la fase de especificación. Si se establece en la fase de diseño, no supone ningún coste. Si se detecta en la puesta en servicio, implica cortar la pieza, volver a soldarla y volver a realizar las pruebas, y así es precisamente como se producen los casos de erosión que se muestran a continuación.

Dos posiciones nunca son adecuadas. Justo detrás de un aumentador, el chorro raspa el disco y el pasador hasta que la válvula deja de cerrarse. En el lado de succión, la válvula priva de caudal a la bomba a la que se supone que debe proteger.

Parámetros de tallas y especificaciones antes de realizar el pedido

La elección del tamaño influye en la vida útil de la válvula de forma más discreta que cualquier otro factor de los pasos anteriores, y se decide en la oficina, antes incluso de que se realice el pedido.

El tamaño de la tubería no es lo mismo que el tamaño de la válvula

Una válvula de retención dimensionada en función de la tubería, en lugar de en función del caudal, permanece parcialmente abierta durante toda su vida útil, y un disco parcialmente abierto vibra. Esta vibración desgasta el pasador, la bisagra y el borde del asiento hasta que el disco deja de asentarse por completo.

El mismo informe señala que las válvulas sobredimensionadas son la causa más común con la que se encuentran sus autores. La guía de instalación de DFT afirma lo mismo desde el punto de vista del taller, atribuyendo la mayoría de los problemas de mantenimiento de las válvulas de retención a errores de aplicación y dimensionamiento. La norma de trabajo entre los ingenieros es utilizar un tamaño de tubería inferior al de la línea en los diseños convencionales, verificándolo con los datos de caudal del fabricante. Considéralo una regla general más que una norma; lo importante es la verificación. Las tuberías de bajo caudal requieren la misma comprobación de la presión de apertura, ya que una válvula que nunca se abre por completo falla precisamente por este motivo.

Presión, temperatura y norma de conexión

La clase de presión y la temperatura dependen del sistema, no del valor más alto que indique el proveedor. Las clasificaciones de clase y PN se obtienen de la ficha de diseño. La temperatura determina el tipo de asiento —blando o metálico— y, con ello, la técnica de soldadura que se debe seguir en los pasos de instalación. La norma de conexión debe coincidir con las bridas de la línea y, en los proyectos de exportación, eso implica confirmar explícitamente si se trata de ANSI, GB, DIN o JIS, en lugar de darlo por sentado.

Las gamas industriales publicadas dan una idea de la escala. Los cuerpos de doble placa tipo «wafer» van desde DN15 hasta DN300, con presiones de hasta unos 40 bar. Las válvulas de retención oscilantes con bridas alcanzan DN600, y las versiones con asiento metálico están homologadas para servicios de hasta unos 425 °C. Las válvulas de retención de elevación con bridas se sitúan en torno a los 16 bar. Considérelas como referencias a escala de catálogo y compruébelas con las tablas reales del fabricante, ya que el material del asiento y la clase de presión influyen en cada una de esas cifras.

Los cuatro límites de la instalación que deben incluirse en la investigación

Cada una de las vías de fallo mencionadas anteriormente comienza con una decisión que se podría haber tomado en la fase de presupuesto. Por eso, la solicitud de presupuesto es el momento más económico para plantear cuatro preguntas. Uno: especificar por escrito las tolerancias permitidas para el modelo exacto. Dos: recorrido recto recomendado para la disposición real, incluyendo lo que es aceptable dentro de un patín estrecho. Tres: datos de dimensionamiento para el servicio real, presión de apertura y datos de caudal, no solo el diámetro nominal. Cuatro: prácticas de soldadura y puesta en servicio para la familia de asientos que se va a adquirir, incluyendo la extracción de los asientos y el lavado. Un proveedor que responda a estas cuatro preguntas por escrito está gestionando el riesgo de instalación. Uno que responda con adjetivos está vendiendo una clase de presión.

Qué significa esto para tu próximo pedido de válvulas de retención

Si se analizan en su conjunto, los fallos mencionados anteriormente comparten una característica: todos ellos se detectaron antes de la puesta en marcha. El disco de 17 grados se determinó a partir de una línea de pedido. El pasador erosionado se determinó a partir de un esquema de patines. El disco oscilante atascado en posición abierta se determinó a partir de un plano que mostraba un recorrido vertical descendente. Los datos de campo de los fabricantes confirman lo mismo en conjunto, ya que la mayoría de los problemas de mantenimiento de las válvulas de retención se remontan a decisiones relacionadas con la aplicación, el dimensionamiento y la instalación. Nada de esto convierte a la válvula en un mal producto. Simplemente hace que la conversación de compra sea el momento más económico para prevenir el fallo.

Para los ingenieros de proyecto, la versión práctica es breve. Traslada las cuatro condiciones del análisis in situ a la solicitud de oferta y pide a cada licitador que las responda por escrito en función de tu plano real. El coste es de cuatro líneas en el pliego de condiciones. El coste que se evita es tener que cortar una línea ya terminada durante la puesta en servicio, o un disco que llega suelto tras dos años de vibraciones. Las respuestas por escrito también permiten descartar a los proveedores más rápidamente que otra página de clases de presión.

Para los distribuidores y mayoristas, este mismo material se convierte en una recomendación de venta. Las respuestas sobre actitud y distancia se basan en la estructura, no en la marca. La lógica de stock también sigue las gamas publicadas. Las válvulas de doble disco en DN15-DN300 cubren la mayor parte de las líneas de modernización con espacio reducido, mientras que las válvulas de retención oscilantes con bridas abarcan el segmento de gran diámetro y alta temperatura hasta DN600. Un mostrador que responda a la cuestión de la actitud desde el punto de vista del mecanismo, tal y como hace la tabla anterior, evita que los clientes profesionales tengan que recurrir a las devoluciones.

Si esta lista de comprobación requiere que un proveedor responda por escrito, así es como trabajamos en VINCER. Nuestras válvulas de retención de disco están disponibles en diseños de aleta, de elevación y de doble placa, que abarcan desde DN15 hasta DN300 con una presión de hasta 40 bar. Los cuerpos con bridas de aleta y de elevación amplían la gama hasta DN600 y permiten su uso en aplicaciones de alta temperatura. Le proporcionamos los límites de inclinación, recomendaciones sobre el trazado recto y datos de presión de apertura adaptados a su tubería concreta, en sistemas de bridas ANSI, GB, DIN o JIS, y el Gama de válvulas de retención de disco Ahí es donde empieza esa comparación.

Referencias

1. Revista Valve. “Aspectos a tener en cuenta en la instalación de válvulas de retención para maximizar el rendimiento del proceso”. 2023. https://valvemagazine.com/articles/check-valve-installation-considerations-to-maximize-process-performance/
2. Eng-Tips. “Procedimiento de instalación de una válvula de retención”. 2008. https://www.eng-tips.com/threads/check-valve-installation-procedure.212528/