Explicación de la válvula de bola accionada: Todo lo que necesita saber

El control preciso de fluidos (líquidos, gases y vapor) en las industrias modernas es de suma importancia. En entornos complicados o peligrosos, el accionamiento manual de las válvulas resulta ineficaz y poco práctico. Por eso se inventaron los sistemas automáticos, uno de los cuales son las válvulas de bola automáticas. Constituyen la columna vertebral de la automatización del control de fluidos y actúan como el pulso inteligente en los sistemas de tuberías industriales.

¿Qué es una válvula de bola accionada?

Una válvula de bola actuada funciona mediante un actuador controlado por un aparato eléctrico, neumático o hidráulico. A diferencia de las válvulas de bola tradicionales, que requieren una tediosa manipulación manual de la palanca de la válvula para hacer girar la bola en su interior, las válvulas de bola actuadas funcionan sin necesidad de personal in situ. Pueden controlarse a distancia y responderán a señales preestablecidas alterando el caudal de fluido según sea necesario. Las válvulas de bola también pueden ser de una pieza, dos piezas, tres piezas o de entrada superior. Estos diseños estructurales determinan la facilidad de mantenimiento y la capacidad de retención de presión de la válvula.

Cómo funciona una válvula de bola accionada

El funcionamiento de una válvula de bola accionada se basa en la característica de cuarto de vuelta de una válvula de bola. Hay una bola con un orificio dentro del cuerpo de la válvula. Si el actuador gira la bola 90 grados y el orificio está alineado con la tubería, la válvula está abierta y la bola puede permitir el paso suave del fluido. En cambio, si el orificio está perpendicular a la tubería, la válvula está totalmente cerrada y no puede pasar ningún fluido. El actuador recibe señales eléctricas, de presión de aire o de control de caudal, e incluso señales hidráulicas, y convierte dicha energía en una fuerza de rotación que acciona el vástago de la válvula, que está conectado a la bola. Este tipo de válvulas de bola sólo pueden realizar acciones de encendido y apagado simplemente automatizadas. Sin embargo, si se acoplan a un actuador modulante, el caudal de fluido puede controlarse con una precisión milimétrica, comparable a la de un metrónomo que controla el ritmo del movimiento del fluido.

Válvulas de bola neumáticas, eléctricas e hidráulicas

Las válvulas de bola accionadas se clasifican principalmente en tres categorías: neumáticas, eléctricas e hidráulicas, en función de su fuente de energía. Cada una de ellas tiene una funcionalidad específica y se adapta a los distintos requisitos de las aplicaciones industriales. Conocer las diferencias entre ellas puede ayudar a elegir la mejor para unas condiciones de funcionamiento concretas.

Válvulas de bola de accionamiento neumático

La fuente de energía de las válvulas de bola de accionamiento neumático es el aire limpio, seco y comprimido. El movimiento giratorio causado por la presión del aire suele activarse mediante sistemas de pistón o cremallera y piñón en los actuadores. Los actuadores neumáticos pueden ser de simple efecto (retorno por muelle) o de doble efecto. En los de simple efecto, los ciclos de apertura y cierre se simplifican a una sola acción. Si se pierde la presión del aire, la válvula vuelve a su posición de seguridad gracias al muelle interno; en los tipos de doble efecto, un ciclo completo requiere presión de aire para las funciones de apertura y cierre.

• Ventajas: Las respuestas se producen muy rápidamente con una estructura simple y de baja tasa de fallos, lo que las hace ideales para aplicaciones que requieren un cierre de emergencia o ciclos rápidos. En las industrias que trabajan con entornos peligrosos inflamables o explosivos, son mucho más seguros porque no utilizan electricidad. Para necesidades de par elevado, los reforzadores neumáticos suelen ser más baratos y compactos que los actuadores eléctricos de par comparable. El mantenimiento también es sencillo.
• Contras: necesitan un sistema de suministro fiable en forma de compresores de aire, depósitos de almacenamiento y tuberías, lo que hace que el sistema sea más complejo y costoso durante la configuración inicial. Estos sistemas suelen tener menor precisión que sus homólogos eléctricos; un control preciso requiere también un posicionador. El consumo también puede verse afectado por la presión del aire suministrado.

Válvulas de bola de accionamiento eléctrico

Las válvulas de bola de accionamiento eléctrico obtienen su energía de la electricidad que activa un motor que emite un par de giro. Este par se transfiere a través de un conjunto de engranajes que activa el vástago de la válvula. Dependiendo del método de control, los aparatos pueden clasificarse como de tipo encendido/apagado o de tipo modulante. Los actuadores de encendido/apagado normalmente sólo funcionan en las posiciones de apertura total o cierre total. Los actuadores de modulación permiten un control preciso del ángulo de apertura de la válvula en función de una señal eléctrica estándar (por ejemplo: señal de corriente de 4-20 mA o señal de tensión de 0-10 V), lo que permite un mejor ajuste de la cantidad de fluido.

• Ventajas: La precisión del control es alta, lo que facilita la regulación eficaz del caudal. La automatización y el control remoto mediante sistemas PLC o DCS son fáciles de integrar. Al no necesitar una fuente de aire neumática o hidráulica, la instalación consiste simplemente en conectar los cables de alimentación y de señal de control. Se pueden realizar operaciones de control más avanzadas, como controles de retardo o funciones de apertura/cierre lentos. Son ideales para regiones que carecen de aire comprimido o energía hidráulica.
• Contras: La lenta velocidad de respuesta en comparación con los sistemas neumáticos hace que estas válvulas no sean aptas para su uso en funciones muy sensibles al tiempo. En entornos húmedos, polvorientos o explosivos, estas válvulas necesitarán actuadores de protección, lo que aumenta el coste total. Los actuadores eléctricos de alto par suelen ser voluminosos y pesados. Durante el funcionamiento, debe tenerse en cuenta la gestión del calor, especialmente durante un uso prolongado, para el motor.

Válvulas de bola de accionamiento hidráulico

Las válvulas de bola de accionamiento hidráulico utilizan aceite hidráulico como medio de trabajo, generando un potente par a través de cilindros o motores hidráulicos. Los actuadores hidráulicos suelen utilizarse en aplicaciones que requieren una fuerza o un par muy grandes, como el control de válvulas de alta presión en grandes tuberías.

• Ventajas: Su capacidad de generar pares muy elevados los hace ideales para comandar válvulas de gran tamaño con presiones nominales elevadas y superar empujes de fluido considerables. El movimiento suave y potente es beneficioso para aplicaciones que requieren un posicionamiento crítico y el mantenimiento de la posición fijada.
• Contras:Las válvulas de control, los filtros, las bombas de combustible, los depósitos de aceite, así como las válvulas de control y las tuberías, contribuyen a crear un sistema muy complejo que conlleva una fuerte inversión inicial debido a su elevada complejidad y a la necesidad de una bomba y un sistema de estación hidráulica en pleno funcionamiento. La temperatura y la limpieza del aceite deben controlarse junto con otras tareas de mantenimiento, lo que aumenta la complejidad. El riesgo de que el aceite hidráulico se filtre y contamine el medio ambiente o provoque incendios, unido a los gastos necesarios para vigilar estas cosas, hace que la inversión no sea aconsejable.

Característica	Válvula de bola de accionamiento neumático	Válvula de bola de accionamiento eléctrico	Válvula de bola de accionamiento hidráulico
Fuente de energía	Aire comprimido	Electricidad	Aceite hidráulico
Velocidad de respuesta	Rápido	Relativamente lento	Suave, puede ser rápido
Control Acc.	Media (Puede mejorar con posicionador)	Alta	Alta
Rango de par	Mediana a grande	De pequeño a grande	Muy grande
Coste	Relativamente bajo (sin sistema de aire)	Media a alta	Alta
Seguridad	Alta (medio ambiente peligroso)	Necesita protección (medio ambiente peligroso), sin riesgo de fuga	Necesita protección, existe riesgo de fuga
Necesidad del sistema	Sistema de aire (compresor, tuberías)	Fuente de energía	Estación hidráulica y tuberías
Uso típico	Conmutación rápida, Desconexión de emergencia, Zonas peligrosas	Control preciso, Mando a distancia, Sin fuente de aire	Necesidades de alta presión y par de gran tamaño

Aplicaciones comunes de las válvulas de bola accionadas

 

Las válvulas de bola accionadas son fundamentales en determinados sectores por su automatización y adaptabilidad:

• Automatización industrial: Estas válvulas permiten bombear, mezclar o distribuir fluidos de forma controlada en líneas de producción, así como durante la fabricación. Esto mejora la automatización y la eficiencia.
• Tratamiento del agua y desalinización: Estas válvulas se utilizan en sistemas municipales de suministro de agua, plantas de tratamiento de aguas residuales, plantas desalinizadoras y control de agua bruta. En aplicaciones con agua de mar corrosiva, las válvulas deben estar fabricadas con materiales resistentes a los productos químicos.
• Química y Petróleo y Gas: En la extracción, transporte por tuberías y refinado de petróleo y gas, estas válvulas se utilizan para regular el movimiento de crudo, gas natural y diversos productos químicos. Estos medios suelen ir acompañados de atributos de alta presión, inflamabilidad y explosividad. Por lo tanto, el rendimiento de seguridad y la clasificación a prueba de explosiones de la válvula deben cumplir criterios estrictos.
• Alimentación y farmacia: En la fabricación de alimentos y bebidas, así como en la producción de productos farmacéuticos, las normas de higiene son fundamentales. Para mantener unas condiciones sanitarias adecuadas, las válvulas de bola accionadas deben fabricarse de forma que permitan procedimientos rápidos de limpieza y esterilización para que no contaminen el medio.
• HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado): Empleados en todo tipo de instalaciones, desde edificios de apartamentos hasta aeropuertos, los sistemas HVAC controlan la circulación y el flujo de agua caliente/fría o vapor y aire caliente/frío. La automatización de los controles de temperatura por zonas mejora la eficiencia energética.
• Fabricación de equipos: Integrados como componentes principales de accionamiento en diversos equipos, maquinaria y sistemas industriales para lograr la conmutación y el control automáticos de las vías de fluidos dentro del equipo.
• Industria minera: Se utilizan para manipular lodos minerales o productos químicos corrosivos que contienen partículas sólidas. Las válvulas deben tener una excelente resistencia al desgaste y a la corrosión, con una estructura robusta y fiable.
• Industria energética: Se emplea en centrales eléctricas para controlar el vapor y el agua a alta presión y alta temperatura que se utilizan en apéndices del sistema como el agua de alimentación de calderas, las tuberías de vapor y los circuitos de agua refrigerante, garantizando un funcionamiento seguro y estable de la central eléctrica.

Como componentes clave para un funcionamiento eficaz y seguro en las industrias modernas, las válvulas de bola influyen directamente en su productividad, dando lugar a un mercado considerable de válvulas de bola actuadas.

¿Por qué elegir válvulas de bola accionadas?

Las válvulas de bola accionadas tienen claras ventajas sobre las válvulas manuales, lo que aumenta su preferencia en muchas industrias modernas. Estas ventajas añaden valor en términos de eficiencia, seguridad y control.

Una ventaja clave es la automatización. Las válvulas accionadas pueden activarse a distancia o configurarse para que se abran y cierren en función de las condiciones o de un horario concreto. Ya no es necesario el esfuerzo manual, lo que ahorra tiempo y es muy importante en zonas peligrosas o impracticables. Además, se mejora la eficacia en el trabajo. Los procesos realizados automáticamente son más rápidos y fiables que los realizados manualmente, lo que aumenta el gasto de mano de obra y reduce la tasa de producción por persona.

Otra ventaja clave es la mejora de la seguridad. Al automatizar el funcionamiento de las válvulas, el personal no está expuesto a entornos peligrosos, altas temperaturas, presiones o medios peligrosos. Esto minimiza los riesgos y contribuye a mantener un entorno de trabajo más seguro. Además, las válvulas actuadas ofrecen un control preciso, sobre todo las de tipo modulante, que permiten realizar ajustes finos de los caudales. Esta precisión es vital para procesos que requieren cantidades exactas de fluido o perfiles de caudal específicos.

Al igual que otros equipos, las válvulas de bola automatizadas son eficaces y están fabricadas para soportar aplicaciones y entornos difíciles. Estos dispositivos pueden funcionar continuamente durante un largo periodo de tiempo con muy poca intervención humana. Están equipados con interfaces de sistemas de control que permiten una supervisión y un control avanzados de los sistemas de fluidos.

Elegir la válvula de bola accionada adecuada

Seleccionar la válvula de bola actuada adecuada para una aplicación no es tan sencillo como parece. Elegir una válvula es como elegir un "corazón" ideal en un complejo sistema "circulatorio" de válvulas en el que hay que tener en cuenta sistemáticamente muchos factores. El fallo de la válvula también es muy importante en este escenario. Se trata del estado en que debe encontrarse la válvula cuando se pierde la señal de control o la alimentación (fallo al abrir, fallo al cerrar o permanece estática). Esto es muy importante en muchas situaciones en las que la seguridad del sistema es una prioridad.

Factores clave de selección:

• Tipo de medio y características: Examine detalladamente la composición química del fluido junto con sus atributos físicos, como la corrosividad, la viscosidad, la concentración de partículas sólidas, la inflamabilidad y la explosividad.
• Presión y temperatura: Desde un punto de vista profesional, especifique los límites de la presión y temperatura normales de funcionamiento, junto con la presión y temperatura máximas concebibles. Estos valores son vitales para elegir el material del cuerpo de la válvula y las juntas.
• Requisitos de control: Determine si la válvula se necesita para un simple encendido/apagado o para un control preciso del caudal. Esto determina el tipo de actuador (on/off o modulante). Características como los finales de carrera pueden ser importantes en este caso para proporcionar información sobre la posición abierta o cerrada de la válvula.
• Entorno de instalación: Hay que tener en cuenta si la válvula se va a instalar en el interior o en el exterior, la temperatura y la humedad ambiente, la presencia de polvo o gases corrosivos y si es necesaria una clasificación antideflagrante.
• Energía disponible: Asegúrese de comprobar en el emplazamiento si se dispone de una fuente de energía o de aire comprimido estable y fiable (presión, limpieza).
• Tipo y tamaño de conexión: Elija el tipo y el tamaño de la conexión de la válvula de acuerdo con las normas existentes del sistema de tuberías, como las normas de las bridas, las normas de las roscas y el diámetro de la tubería.
• Material del cuerpo de la válvula y de la junta: En función de las características del medio, la temperatura, la presión y el entorno, seleccione los materiales del cuerpo de la válvula (como cuerpo de acero inoxidable, cuerpo de acero al carbono, cuerpo de PVC) y los materiales de la junta (como PTFE, EPDM, FKM) que sean resistentes a la corrosión, la temperatura y la presión, y compatibles con el medio.

A la hora de plantearse la compra de una válvula de bola actuada, merece la pena considerar un proveedor que satisfaga sus necesidades. VINCER cuenta con más de una década de experiencia en soluciones de válvulas automatizadas. VINCER se especializa en una línea completa de válvulas actuadas, con válvulas de bola eléctricas, válvulas de mariposa, válvulas de compuerta, válvulas de control, válvulas solenoides y otros accesorios necesarios. Un proveedor fiable debe esforzarse por ser un "proveedor integral de soluciones de válvulas inteligentes" con una oferta de productos variada y servicios de asistencia completos. Por ejemplo, VINCER garantiza soluciones personalizadas mediante un extenso estudio de ocho dimensiones: análisis del medio, análisis de la temperatura, método de control, requisitos del material, análisis de la presión del medio, tiempo de apertura/cierre del medio, determinación de la norma de conexión y posición y espacio de instalación, lo que garantiza que la válvula seleccionada se adapte de forma óptima a la aplicación para evitar complicaciones y reducir costes con el tiempo. Sus productos cuentan con importantes certificaciones como ISO9001, CE, RoHS, SIL y FDA, que indican el cumplimiento de las normas internacionales. Esto, unido a la competitividad de los precios y a las sustanciales ventajas de costes frente a marcas extranjeras, permite a los clientes estirar más su presupuesto. Además, la pronta respuesta (en 12 horas) y la rapidez de entrega (productos estándar en 7-10 días, personalizados en 15-30 días) reducen enormemente los retrasos en los proyectos. Al elegir un proveedor con estas ventajas, no sólo recibe un producto, sino también un socio profundamente comprometido con sus logros operativos.

Guía de instalación y mantenimiento

Una instalación eficaz y revisiones periódicas garantizan el mejor rendimiento, estabilidad y fiabilidad a largo plazo de las válvulas de bola accionadas. El descuido de cualquiera de estos pasos provocará un mal funcionamiento de las válvulas, lo que casi con toda seguridad interrumpirá las operaciones del sistema. Antes de cualquier instalación o mantenimiento, asegúrese de que el medio de presión en la tubería correspondiente está completamente purgado, y aplique aislamientos de seguridad como el cierre de las válvulas aguas arriba con etiquetas de advertencia de aislamiento para garantizar la seguridad del personal.

Puntos de instalación

Cada paso del manual de instalación debe seguirse cuidadosamente, tal y como sugiere la guía del fabricante. Así se garantiza que el armazón inicial sea sólido y que todas las actividades estructurales posteriores puedan ejecutarse correctamente.

1. Comprobar y preparar: Confirme que el modelo de válvula y las especificaciones recibidas coinciden con el pedido y compruebe que la válvula y el actuador no han sufrido daños durante el transporte. Elimine cualquier residuo del interior de la válvula y de las conexiones de las tuberías.
2. Limpieza y alineación de tuberías: Limpie a fondo el sistema de tuberías antes de la instalación para eliminar la escoria de soldadura, la suciedad y otras impurezas que podrían dañar las superficies de sellado de la válvula. Asegúrese de que los extremos de las tuberías están alineados para evitar aplicar tensiones adicionales a la válvula.
3. Dirección de instalación: La mayoría de las válvulas de bola no tienen un requisito específico de dirección de flujo, pero si el cuerpo de la válvula o el manual del producto indican una dirección de flujo, asegúrese de instalarla en esa dirección. En el caso de ciertas estructuras especiales de válvulas de bola (como las válvulas de bola montadas en muñón), la dirección de instalación correcta puede afectar al rendimiento.
4. Apriete de la conexión: Utilice métodos adecuados para fijar la válvula a la tubería y el actuador a la válvula, tal y como se describe en la documentación del producto o en las normas pertinentes (por ejemplo, conexiones embridadas o roscadas, soldadura). Compruebe que los soportes o acoplamientos utilizados para conectar el actuador a la válvula están bien colocados y sujetos.
5. Conexión eléctrica/fuente de aire:
   • Actuador eléctrico: Asegúrese de conectar los cables de alimentación, los cables de señal de control y los cables de señal de realimentación exactamente como se muestra en el diagrama de cableado. Asegúrese también de que los cables están protegidos contra la entrada de agua, polvo o corrosión. Si el actuador tiene un requisito de conexión a tierra, confirme que está bien conectado a tierra.
   • Actuador neumático:Asegúrese de que la presión de aire cumple los requisitos del actuador antes de conectar líneas de aire comprimido limpias y secas. Inspeccione visualmente todos los racores de las líneas de aire y asegúrese de que están cerrados herméticamente y no presentan fugas de aire.
6. Prueba de funcionamiento: Tras la configuración, haga funcionar la válvula de bola accionada sin medio o a una presión mínima durante varios ciclos completos de apertura y cierre. Compruebe que el movimiento de la válvula es pulido y que la conexión entre el actuador y la válvula es correcta. Para las válvulas de control, evalúe la respuesta de apertura a señales variables.

Mantenimiento periódico

Es vital adoptar un enfoque proactivo del mantenimiento para garantizar que el equipo funcione de forma fiable durante largos periodos de tiempo. Por ello, establezca un plan sistemático de inspección y mantenimiento.

1. Inspección visual:Compruebe si la superficie exterior del actuador y de la válvula presenta signos de fugas (medio o aceite hidráulico), corrosión, pintura descascarillada, pernos de conexión sueltos o daños mecánicos.
2. Limpieza: Limpie periódicamente el polvo, el aceite y los residuos del exterior de la válvula y del actuador para mantener limpias las superficies del equipo.
3. Lubricación: Seguir las instrucciones del fabricante para lubricar las partes móviles del actuador o del vástago de la válvula. Lubricar demasiado puede provocar la acumulación de contaminantes, por lo que se debe tener cuidado al lubricar.
4. Comprobación del rendimiento: Compruebe periódicamente el funcionamiento de apertura y cierre de la válvula para verificar si el tiempo de funcionamiento es normal y si se produce algún atasco. En el caso de las válvulas de control, compruebe si su precisión de control cumple los requisitos.
5. Comprobación del suministro de energía:
   • Eléctrico: Compruebe que la tensión de alimentación es estable y que las señales de control son correctas.
   • Neumática: Compruebe que la presión del aire es estable, que el aire está limpio y seco, y si es necesario cambiar los filtros. Compruebe si hay fugas en los conductos de aire y los racores.
   • Hidráulica: Compruebe el nivel y la calidad del aceite hidráulico. Compruebe que la estación hidráulica funciona de forma estable y que los accesorios de las tuberías no pierden aceite.
6. Comprobación de sujetadores: De vez en cuando, compruebe que los pernos que unen la válvula a la tubería y el actuador a la válvula no estén flojos; si lo están, apriételos.

Solución de problemas

Cuando una válvula de bola accionada muestre un comportamiento anómalo, mantenga la calma y siga estos pasos:

1. Reúne información: Recopile detalles exhaustivos de los problemas (no se mueve, apertura/cierre parcial, fugas, ruidos extraños, etc.), la hora en que se produjeron, las condiciones de trabajo específicas en ese momento como el medio, la presión, la temperatura y el estado de la señal de control.
2. Consulta el Manual: Asegúrese de revisar la sección de solución de problemas del manual del producto. En función del problema que observes, comprueba las posibles causas y las soluciones previstas.
3. Compruebe el suministro de energía: Confirme que la fuente de energía, aire o hidráulica suministrada al actuador es normal, estable y cumple con los parámetros requeridos.
4. Compruebe la señal de control: Confirme que la señal de salida del sistema de control al actuador es correcta (como tensión, corriente o señal de presión de aire).
5. Compruebe la conexión mecánica: Comprobar que la conexión entre el actuador y la válvula es segura, que el acoplamiento no está dañado o suelto y que el vástago de la válvula no está doblado o atascado.
6. Acciones iniciales: Para problemas sencillos, como una conexión floja o un suministro de aire insuficiente, puede intentar realizar ajustes o reponer el aire.
7. Póngase en contacto con Asistencia Profesional: Deje de trabajar en él inmediatamente si durante los primeros pasos de localización de averías encuentra un componente interno de la válvula o una parte importante del sistema del actuador que sea más complejo que un simple problema. Póngase en contacto con el departamento de asistencia técnica de su proveedor de válvulas, ya sea VINCER u otro, y comuníquele los detalles pertinentes para que sus expertos puedan recomendarle las medidas necesarias. No intente hacerla funcionar bajo ninguna condición sin identificar plenamente la causa raíz, puede acabar complicando aún más la situación y creando un riesgo para la seguridad.

Tendencias futuras de las válvulas de bola accionadas

La evolución de las tecnologías de válvulas de bola actuadas está alineada con los avances en automatización con progresos en sofisticación, precisión, eficiencia e integración. Algunos puntos focales son: la implementación de sistemas inteligentes junto con la IA para el diagnóstico supervisado y el mantenimiento preventivo, más precisión y capacidad de respuesta ágil, costes operativos competitivos orientados al consumo de energía, síntesis modular, mejor adaptabilidad a los factores ambientales, IoT e implementación inalámbrica. Estas innovaciones mejorarán su contribución a la automatización industrial y los sistemas inteligentes en la fabricación.

Conclusión

El uso del control automatizado de fluidos con válvulas de bola actuadas ha mejorado la eficiencia en la automatización contemporánea de procesos en diversas industrias y en la vida cotidiana. La precisión y fiabilidad de estos "controladores de tuberías inteligentes" los hace capaces de automatizar sin esfuerzo el mando de fluidos para numerosos sistemas de fluidos. Las válvulas de bola actuadas mejoran la seguridad y la eficacia de las operaciones y procesos en industrias que van desde sencillos sistemas de control de encendido/apagado hasta complejos sistemas de modulación de control de caudal. Con los avances de la tecnología para la automatización industrial, las válvulas de bola actuadas inteligentes serán más refinadas, más inteligentes y más eficientes energéticamente, permitiendo así la construcción de sistemas de control de fluidos más sofisticados y seguros.