La selección de válvulas es un paso muy importante en el diseño de cualquier sistema de conducción de fluidos, ya que un tipo de válvula incorrecto puede acarrear muchos problemas. Entre todos los tipos de válvulas, la de compuerta y la de bola son dos de las más utilizadas en ingeniería y tecnología. Aunque ambas se utilizan para controlar el flujo de líquido, difieren en diseño, funcionalidad y aplicación. Es crucial comprender estas diferencias para lograr los mejores resultados en términos de rendimiento del sistema, productividad y seguridad en numerosas industrias. Este artículo se centrará en la descripción detallada de las válvulas de compuerta y las válvulas de bola, que le ayudará a hacer la elección correcta para su aplicación.
¿Qué es una válvula de compuerta?
En su forma más simple, una válvula de compuerta es una válvula de movimiento lineal que abre o cierra el paso del agua o de cualquier otro fluido. Su principal aplicación es abrir o cerrar completamente el paso del fluido, permitiendo un paso total cuando está en posición abierta y ningún paso cuando está cerrada. Algunos de los tipos más comunes de válvulas de compuerta son las válvulas de compuerta de corredera paralela, las válvulas de compuerta de cuña (cuña sólida, cuña flexible y cuña dividida) y las válvulas de compuerta de conducto pasante, que se desarrollan para satisfacer diferentes condiciones de alta presión y temperatura.
¿Qué es una válvula de bola?
Una válvula de bola es un tipo de válvula rotativa que gira un cuarto de vuelta para abrir o cerrar la válvula con la ayuda de un disco esférico que tiene un orificio en el centro. Las válvulas de bola se caracterizan por su capacidad para cerrar rápidamente, proporcionar un cierre hermético y tener un tamaño relativamente pequeño, lo que las hace adecuadas para su uso en sistemas de suministro de agua. Hay varios tipos de válvulas de bola, como las de paso total, paso reducido, paso en V y las montadas en muñón, y cada una de ellas tiene diferentes coeficientes de caudal y presiones nominales. El elemento principal es una bola hueca con un orificio giratorio.
Válvula de compuerta frente a válvula de bola: ¿cómo se comparan?
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Diseño y estructura
La estructura de las válvulas de compuerta y de bola también presenta algunas diferencias que pueden resumirse como sigue: Una válvula de compuerta se compone de cuerpo, bonete, compuerta, anillos de asiento, vástago y actuador, que puede ser manual o automático. La compuerta se desliza a lo largo del vástago con la ayuda de los anillos de asiento para regular el caudal. Las válvulas de bola, en cambio, suelen estar formadas por un cuerpo, una bola, asientos, vástago y actuador. La bola, con su exclusivo orificio, es el principal componente de control del caudal, que gira para abrir o cerrar los asientos y permitir o impedir el flujo de fluidos. Las válvulas de compuerta suelen ser más grandes y pesadas que las válvulas de bola del mismo tamaño y clase de presión, debido principalmente al espacio necesario para el movimiento de la compuerta.
Control de caudal
En el caso del control del caudal, las válvulas de compuerta se utilizan principalmente para aplicaciones de apertura y cierre en grandes conductos de suministro de agua. No son muy eficaces para controlar o gestionar el caudal. Algunos de los problemas que pueden surgir al abrir parcialmente una válvula de compuerta son las vibraciones inducidas por el caudal, la erosión de la compuerta y los asientos debido a la alta velocidad del fluido que pasa por la abertura restringida y los daños en la válvula. Las válvulas de bola se utilizan principalmente para el servicio de apertura y cierre, pero pueden proporcionar cierta medida de estrangulación, especialmente cuando la bola tiene un puerto en forma de V. Sin embargo, la estrangulación con una válvula de bola no es posible. Pero la estrangulación con una válvula de bola estándar también puede provocar el desgaste del asiento si se realiza durante mucho tiempo. En términos de control de caudal, el uso de válvulas de control es más recomendable que el de válvulas de compuerta y de bola.
Aplicaciones
Las válvulas de compuerta se utilizan en aquellos procesos en los que es necesario un flujo amplio y libre del medio y en los que la válvula no se abre o cierra con frecuencia. Algunos ejemplos son:
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Plantas de tratamiento de agua y aguas residuales
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Oleoductos y gasoductos
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Centrales eléctricas
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Explotaciones mineras
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Manipulación de materiales a granel
Las válvulas de bola, por su rapidez de funcionamiento y su capacidad de cierre y sellado, se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como:
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Sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado
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Distribución de gas natural
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Tratamiento químico
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Industria alimentaria
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Productos farmacéuticos
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Sistemas automatizados de control de procesos
Depende principalmente de las necesidades del sistema, por ejemplo, si requiere un cierre rápido, un sellado hermético o una baja caída de presión.
Rendimiento de sellado
La estanqueidad es uno de los aspectos más importantes del rendimiento de una válvula, y tanto las válvulas de compuerta como las de bola tienen distintos grados de estanqueidad. Las válvulas de bola, especialmente las que tienen asientos blandos (PTFE o elastómero) son relativamente más eficaces en términos de estanqueidad que las válvulas de compuerta. Esto se debe a la forma esférica de la bola y al contacto uniforme con los asientos a lo largo de la superficie de sellado. Las válvulas de compuerta dependen del cierre de la compuerta sobre los asientos para crear la estanqueidad. Con el tiempo, las superficies de sellado de las válvulas de compuerta pueden sufrir desgaste en función de la frecuencia de uso de la válvula o si el fluido que pasa por la válvula contiene materiales abrasivos, lo que puede provocar fugas.
Vida útil
La vida útil tanto de las válvulas de compuerta como de las de bola depende del material utilizado en la válvula, las condiciones de trabajo (presión, temperatura, tipo de fluido) y la frecuencia de uso. En general, las válvulas de bola tienen un diseño menos complejo y menos piezas en movimiento, por lo que es más probable que tengan una vida útil más larga, sobre todo en servicios cíclicos. El funcionamiento de cuarto de vuelta también reduce el desgaste de las piezas internas. Las válvulas de compuerta, debido a su movimiento oblicuo, pueden sufrir más desgaste en la compuerta y los asientos, especialmente si la válvula se utiliza para estrangular. No obstante, en los casos en que se utilizan sobre todo en posición totalmente abierta o totalmente cerrada y no están expuestas a condiciones severas, las válvulas de compuerta también pueden servir durante mucho tiempo y garantizar la durabilidad del sistema en su conjunto.
Mantenimiento y limpieza
El mantenimiento de las válvulas de compuerta y las válvulas de bola es diferente debido al diseño de ambas. Las válvulas de compuerta suelen ser más exigentes en cuanto a mantenimiento debido al número de piezas que se mueven y al desgaste de la compuerta y los asientos. El mantenimiento del husillo puede requerir una lubricación frecuente, mientras que la empaquetadura puede requerir una inspección para comprobar si hay alguna fuga. La limpieza también puede ser más complicada en las válvulas de compuerta debido a la cavidad que suele haber disponible para que se depositen los residuos, provocando así la contaminación. Las válvulas de bola son comparativamente menos complejas y, por tanto, necesitan menos mantenimiento. No obstante, los asientos de las válvulas de bola pueden desgastarse por la acción de fluidos abrasivos o altas presiones. Limpiar una válvula de bola suele ser fácil, a veces sólo es necesario abrirla y enjuagarla.
Factores a tener en cuenta al elegir entre válvulas de compuerta y de bola
Tipo de fluido
La naturaleza del fluido que debe gestionar el sistema es un factor crítico en la elección de la válvula. Para fluidos limpios y no viscosos, tanto las válvulas de compuerta como las de bola pueden ser las mejores opciones. Sin embargo, para fluidos que contienen sólidos en suspensión o lodos, las válvulas de compuerta pueden ser más susceptibles de atascarse o dañar el asiento debido al movimiento deslizante de la compuerta. Las válvulas de bola, que se limpian al girar la bola, pueden ser preferibles en este tipo de aplicaciones. Para fluidos muy corrosivos, el material de construcción de las piezas de la válvula (cuerpo, asientos, juntas) es crítico y ambos tipos de válvulas se fabrican en diversos materiales resistentes a la corrosión y pueden soportar gases.
Espacio de instalación
El tamaño del espacio de instalación también puede determinar si se utiliza una válvula de compuerta o de bola. Las válvulas de bola suelen tener un diseño más compacto que las válvulas de compuerta del mismo tamaño nominal y presión nominal. Esto hace que en muchos sistemas se prefieran las válvulas de bola, ya que en muchos casos requieren menos espacio de instalación. Las válvulas de compuerta necesitan más recorrido lineal para que la compuerta se levante completamente cuando están totalmente abiertas y esto puede ser una limitación en algunas aplicaciones.
Coste
El coste inicial de las válvulas de compuerta y las válvulas de bola puede variar en función del tamaño, la clase de presión, el material de construcción y la marca. En general, para los tamaños pequeños y las clases de baja presión, el coste de las válvulas de bola puede ser ligeramente superior al de las válvulas de compuerta. Pero en los tamaños grandes y las clases de alta presión, la diferencia de coste puede no ser mucha y, a veces, las válvulas de compuerta pueden ser más baratas. El coste global también debe incluir los costes a largo plazo, como los costes de mantenimiento del equipo y los costes de sustitución del equipo en un futuro próximo.
Presión
Para presiones bajas y medias, hasta ANSI Clase 300, se pueden utilizar tanto válvulas de compuerta como de bola, pero se prefieren las de bola por su mayor estanqueidad y rapidez de funcionamiento. En aplicaciones de alta presión (ANSI Clase 600+), es necesario el uso de diseños especiales para ambas. Las válvulas de compuerta se utilizan para aplicaciones de muy alta presión, pero también hay válvulas de bola de alta presión con montaje de muñón. Siempre es importante asegurarse de que la presión nominal de la válvula es superior a la presión máxima del sistema y al choque hidráulico.
Temperatura
Otro factor que influye en la elección de la válvula es la temperatura del fluido que se manipula. Las válvulas de compuerta y las válvulas de bola pueden pedirse con diferentes materiales para el cuerpo, los asientos y las juntas, que son adecuados para diferentes rangos de temperatura. La temperatura desempeña un papel importante en el rendimiento y la durabilidad de la válvula, por lo que puede ser alta o baja. Por ejemplo, las altas temperaturas pueden provocar el deterioro de algunos materiales blandos de los asientos utilizados en las válvulas de bola. La siguiente tabla muestra los límites aproximados de temperatura para los materiales de válvulas más utilizados:
| Material | Temperatura típica (°C) | Temperatura típica (°F) |
| Acero al carbono | -29 a 427 | -20 a 800 |
| Acero inoxidable | -196 a 538 | -320 a 1000 |
| PTFE (teflón) | -200 a 260 | -328 a 500 |
| EPDM | -50 a 150 | -58 a 302 |
| Buna-N (nitrilo) | -40 a 121 | -40 a 250 |
Accionamiento de válvulas: El siguiente paso para las válvulas de compuerta y de bola
Aunque el accionamiento por volante o palanca es típico de las válvulas de compuerta y de bola, hay muchas aplicaciones en las que es necesario un control remoto o automático. Aquí es donde entra en juego el accionamiento de la válvula. En las válvulas de compuerta y de bola pueden utilizarse actuadores neumáticos, eléctricos e hidráulicos. Los actuadores neumáticos funcionan según el principio del aire comprimido para proporcionar la fuerza necesaria para accionar la válvula, lo que los convierte en una solución rentable y eficaz para muchas aplicaciones. Los actuadores eléctricos emplean un motor eléctrico para suministrar el par necesario para el funcionamiento de la válvula, y son fáciles de interconectar con los sistemas de control.
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Conclusión
Seleccionar la válvula adecuada es crucial para el éxito de cualquier sistema de conducción de fluidos. La decisión entre estos dos tipos de válvulas depende de la naturaleza de la aplicación, el tipo de fluido, la presión, la temperatura, el espacio disponible, el coste y si es necesario accionar la válvula. Sólo comprendiendo las diferencias y los puntos fuertes de cada una de ellas se puede hacer la elección correcta de las válvulas y disponer de un sistema de manipulación de fluidos mejor y más eficaz.
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