Introducción
El complejo proceso industrial depende de tipos de válvulas para dirigir el flujo de fluidos que incluyen líquidos y gases y lodos como principales actores. Estos dispositivos mecánicos actúan como héroes anónimos para controlar sustancias vitales gestionando su caudal, presión y dirección, lo que garantiza el funcionamiento seguro del sistema. La válvula de globo y la válvula de bola representan dos opciones de válvulas populares que destacan en diferentes aplicaciones debido a sus características operativas distintas. Los ingenieros y técnicos, así como quienes se ocupan del mantenimiento de los sistemas de manipulación de fluidos, deben conocer las diferencias esenciales entre las válvulas de globo y las de bola, ya que se encuentran entre los tipos más comunes de válvulas utilizadas en diversas industrias. Este artículo examina la comparación completa entre las válvulas de globo y de bola, explorando sus mecanismos de funcionamiento y variaciones de diseño, así como sus capacidades de rendimiento y criterios de selección para aplicaciones industriales.
Diferencias fundamentales: Válvula de Globo vs Válvula de Bola
Aunque tanto las válvulas de globo como las de bola sirven para el propósito fundamental de controlar el flujo de fluidos, sus mecanismos internos y las características de rendimiento resultantes difieren significativamente. Estas diferencias determinan su idoneidad para distintas aplicaciones.
Principio de funcionamiento
La principal diferencia radica en sus distintos principios de funcionamiento. Una válvula de globo, perteneciente a la categoría de válvulas de movimiento lineal, funciona mediante el movimiento lineal de sus componentes. El disco o tapón de esta válvula se mueve perpendicularmente a la dirección del caudal. La válvula funciona elevando el disco para exponer una abertura restringida entre el asiento de la válvula cuando está en posición abierta. El disco se mueve hacia abajo sobre el asiento en pasos graduales que bloquean el flujo hasta que se alcanza una parada completa. Este diseño, típico de las válvulas que forman parte de la familia de válvulas de movimiento lineal, permite a los usuarios conseguir un control y una regulación exactos del caudal.
En cambio, una válvula de bola emplea un movimiento rotatorio, caracterizado por la rotación de la bola. La bola esférica, o bola giratoria, con un orificio (un agujero) en su centro es el elemento principal de este diseño de válvula. La posición de la válvula permite que el orificio se alinee con la tubería para permitir un flujo sin restricciones. Un giro de un cuarto de vuelta del vástago de la válvula de 90 grados hace que la bola bloquee el paso del fluido haciendo que el orificio quede perpendicular a la dirección del flujo, lo que a menudo se indica mediante la posición de la palanca. Las válvulas de bola funcionan mediante un sistema básico de dos posiciones que caracteriza su diseño.
Estructura
Los distintos principios de funcionamiento de las válvulas de globo y de bola se hacen visibles a través de sus diferentes diseños estructurales. Una válvula de paso recto consta de un cuerpo de válvula en forma de globo (su homónimo) con un bonete que protege los componentes internos y un vástago que se conecta al disco del obturador, junto con un volante manual o un accionamiento en el extremo de un vástago roscado. El diseño del espacio de flujo en forma de S o Z dentro de la válvula de globo provoca mayores caídas de presión. La base de la válvula suele proporcionar una conexión estable al sistema de tuberías. Cada uno de estos elementos forma parte integrante de la válvula.
Las válvulas de bola mantienen un diseño básico y compacto en comparación con otros tipos de válvulas. El dispositivo consta de un cuerpo de válvula que contiene la bola, junto con asientos de estanqueidad y un vástago conectado a la bola con roscas en el extremo de un vástago giratorio roscado, y un actuador operativo o maneta. El centro de la bola contiene un orificio que crea el espacio de flujo cuando está abierta. Una válvula de bola mantiene una trayectoria de flujo directa durante su posición abierta, reduciendo así las limitaciones de caudal. Cada uno de estos elementos es también una parte crucial de la válvula.
Control del caudal
Aquí es donde suele radicar la diferencia fundamental en su aplicación. Las válvulas de globo son excelentes para estrangular y regular el caudal. Su movimiento lineal permite un control preciso del grado de apertura, lo que las hace ideales para aplicaciones en las que el caudal de los medios debe ajustarse con frecuencia o mantenerse a un nivel específico. La capacidad de funcionar en posición parcialmente abierta es una característica clave, ya que permite un control preciso del caudal de fluido en la dirección correcta. Imagine a un director de orquesta controlando meticulosamente el volumen de una orquesta: ése es el nivel de control que ofrece una válvula de globo.
Las válvulas de bola existen principalmente para proporcionar una detención total o completa del flujo. Las válvulas de bola presentan una funcionalidad de estrangulamiento limitada, pero su objetivo principal sigue siendo proporcionar operaciones de cierre rápidas y seguras. El movimiento de rotación de la bola desde la apertura total provoca un cambio exponencial del caudal que dificulta los ajustes precisos. Un interruptor funciona como un dispositivo de encendido/apagado sin posiciones intermedias. Las características operativas de la mayoría de las válvulas de bola son similares a las de un interruptor de luz.
Sellado
Los dos tipos de válvula crean juntas eficaces mediante métodos de funcionamiento diferentes. La válvula de globo, que actúa como una de las válvulas de cierre, logra su función de sellado cuando el disco se aloja firmemente contra el asiento de la válvula. Esto crea un cierre hermético que impide el paso del fluido. Las características del diseño permiten a los usuarios sustituir o volver a colocar los componentes del disco y el asiento para conservar el sellado más seguro a medida que envejece el equipo, lo que garantiza un rendimiento continuado incluso después de un uso repetido en posición cerrada.
El mecanismo de sellado de las válvulas de bola funciona forzando los asientos a presionar contra la superficie de la bola. El PTFE (teflón) y otros elastómeros representan los materiales típicos utilizados para fabricar estos asientos de válvula. Cuando la válvula alcanza su posición cerrada, el cierre de la válvula empuja a la bola para que entre en contacto con los asientos y cree un sello a prueba de fugas, lo que se traduce en una baja probabilidad de fugas. Las válvulas de bola fabricadas con altos estándares pueden crear una condición de cero fugas absolutas conocida como sellado "hermético a las burbujas", consiguiendo detener por completo el flujo del medio. La posición de la maneta suele indicar este estado cerrado, a veces colocada en ángulo recto con respecto a la tubería.
Pérdida de presión
El recorrido sinuoso del fluido a través de las válvulas de globo provoca una mayor pérdida de presión que la que experimentan las válvulas de bola. La función de restricción del disco junto con los cambios direccionales en el patrón de flujo conducen a este resultado. En consecuencia, el fluido que sale de una válvula de globo puede estar a una presión inferior a la de entrada.
Las válvulas de bola mantienen una trayectoria de flujo directa durante su funcionamiento, lo que se traduce en una escasa caída de presión. El diseño de las válvulas de bola permite obtener elevados caudales con mínimos requisitos energéticos. El fluido avanza directamente con obstáculos mínimos en su trayectoria, lo que garantiza que la presión se mantenga relativamente constante desde la entrada hasta la salida.
Escenarios de aplicación
Las distintas características de las válvulas de globo y de bola dictan sus escenarios de aplicación preferentes dentro de diversos sistemas de tuberías industriales.
Las válvulas de globo se utilizan habitualmente en:
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Aplicaciones que requieren una regulación frecuente del caudal.
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Servicios de alta presión y alta temperatura.
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Sistemas de vapor.
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Sistemas de agua de refrigeración, una opción habitual para regular el caudal.
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Sistemas de aceite industrial, que garantizan el suministro controlado de combustible.
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Válvulas de control en las que es esencial un control preciso del caudal, incluidas las aplicaciones en la industria naval.
Las válvulas de bola suelen encontrarse en:
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Servicio de aislamiento de encendido/apagado, una opción común en muchas aplicaciones, incluida la fontanería residencial.
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Aplicaciones en las que se requiere un cierre rápido.
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Aplicaciones de lodos y fluidos viscosos (diseños de paso total).
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Servicios de baja a media presión y temperatura, incluidas algunas aplicaciones en redes de riego.
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Procesamiento químico.
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Gasoductos de gas natural.
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Sistemas de parada de emergencia, donde la fiabilidad es primordial.
Resumen de aplicaciones, presupuesto e industrias
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Característica
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Válvula de globo
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Válvula de bola
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Aplicaciones típicas
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Estrangulación, regulación de caudal, alta presión/temperatura, vapor, agua de refrigeración, fuelóleo, válvulas de control
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Aislamiento de encendido/apagado, cierre rápido, lodos, presión/temperatura baja a media, procesamiento químico, gas natural
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Presupuesto
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Generalmente más caros, sobre todo los de mayor tamaño y potencia
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Generalmente menos caros, especialmente para tamaños más pequeños y clasificaciones más bajas
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Industrias adecuadas
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Generación de energía, petróleo y gas (upstream), tratamiento de aguas, HVAC, control de procesos
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Química, petroquímica, petróleo y gas (midstream/downstream), alimentación y bebidas, residencial, agricultura
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¿Qué válvula elegir? Factores a tener en cuenta para la válvula de globo frente a la de bola
La selección de la válvula adecuada requiere una cuidadosa consideración de varios factores relacionados con la aplicación específica.
Tipo de medio
La selección del material del fluido representa un punto de consideración vital. Las válvulas de bola de paso total son las más adecuadas para lodos y fluidos muy viscosos, ya que reducen los problemas de obstrucción. Para la construcción de las válvulas deben seleccionarse materiales que se adapten a los fluidos corrosivos. Los requisitos de su proyecto se cumplirán plenamente cuando elija un proveedor que demuestre excelencia tanto en la funcionalidad del producto como en la capacidad de diseño de soluciones para seleccionar la válvula óptima.
Caídas de presión
Cuando la minimización de la presión es una de sus principales preocupaciones, una válvula de bola ofrece una reducción de la pérdida de presión superior a la de otros tipos de válvulas. Esta pequeña caída de presión hace que las válvulas de bola sean ideales para aplicaciones en las que la eficiencia energética y el mantenimiento de caudales elevados son fundamentales. Por el contrario, la mayor caída de presión de las válvulas de globo resulta beneficiosa cuando las aplicaciones necesitan reducir la presión o regular el caudal. Independientemente de sus requisitos de presión, asociarse con una empresa que posee una experiencia líder en válvulas automatizadas, con un historial probado en diversos sectores, le ofrece la seguridad de que está seleccionando una solución respaldada por una amplia experiencia.
Temperatura
Los materiales disponibles para las válvulas se adaptan a distintos requisitos de temperatura de funcionamiento. Las especificaciones de temperatura tanto de los materiales de las válvulas como de los asientos deben evaluarse cuidadosamente. Los materiales de alta calidad de las válvulas automatizadas son necesarios en entornos de temperatura exigentes para garantizar tanto la fiabilidad como una vida útil prolongada.
Coste
Las válvulas de bola cuestan menos que las de globo en la mayoría de los casos porque tienen menos componentes y una estructura de diseño más sencilla. Las ventajas de rendimiento de las aplicaciones críticas superan las diferencias de coste cuando estas aplicaciones necesitan un control preciso o un funcionamiento a alta presión. Los productos rentables de VINCER VALVE superan los precios de las marcas internacionales, lo que permite un ahorro sustancial en la adquisición sin sacrificar los estándares de rendimiento esenciales.
Cómo la actuación mejora el rendimiento de las válvulas de globo y de bola
El proceso de accionamiento mediante una fuente de energía externa mejora tanto las válvulas de globo como las de bola, ya que mejora su rendimiento operativo y su funcionalidad. Los actuadores pueden ser neumáticos (con presión de aire), eléctricos (con motor eléctrico) o hidráulicos (con presión de fluido). Quienes deseen automatizar sus sistemas de válvulas deben tener en cuenta a un proveedor que ofrezca una amplia gama de soluciones industriales para la automatización, lo que permite diversas opciones y la posibilidad de adaptar las soluciones a necesidades específicas, ofreciendo una mayor flexibilidad en el diseño del sistema.
Para válvulas de globo, la actuación permite un control automatizado y preciso del caudal. Los actuadores eléctricos, en particular, pueden integrarse con sofisticados sistemas de control para ajustar la posición de la válvula en función de los parámetros del proceso en tiempo real, garantizando caudales óptimos y la eficiencia del sistema. El sistema funciona de forma similar a los brazos robóticos que utilizan datos de sensores para controlar una esfera con gran precisión.
Para válvulas de bola, la actuación permite un funcionamiento rápido y fiable de encendido y apagado, especialmente en sistemas de seguridad críticos o procesos automatizados. Las operaciones de parada de emergencia se benefician de los actuadores neumáticos porque ofrecen respuestas rápidas e inmediatas. Los actuadores eléctricos permiten el posicionamiento exacto de las válvulas de bola en aplicaciones que necesitan la modulación de la válvula, aunque este uso es menos frecuente que con las válvulas de globo.
Los sistemas de actuación eliminan la necesidad de operadores humanos, ya que proporcionan ventajas de control automático en entornos peligrosos y ubicaciones de válvulas inaccesibles. La automatización del funcionamiento de las válvulas crea funciones de válvulas coherentes y repetibles, lo que se traduce en procesos más estables y eficaces. Su búsqueda de una solución de válvulas automatizadas debe centrarse en empresas que entiendan primero los requisitos de su aplicación para sugerirle el sistema de válvulas óptimo.
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Estrategias de mantenimiento y optimización de la vida útil
Un mantenimiento adecuado es crucial para garantizar una larga vida útil y un funcionamiento fiable de las válvulas de globo y de bola. Descuidar el mantenimiento puede provocar daños importantes y reducir la vida útil prevista de estos componentes críticos. El proceso de mantenimiento esencial incluye inspecciones periódicas junto con procedimientos de limpieza y tareas de lubricación aplicables. Elegir válvulas de alta calidad de un fabricante reputado contribuye significativamente a la longevidad y reduce la frecuencia de mantenimiento, ayudando a garantizar que funcionen de forma fiable durante largos periodos de tiempo. Además, una instalación y un funcionamiento adecuados pueden mitigar problemas como el golpe de ariete, que puede afectar negativamente a la vida útil, y minimizar muchas vibraciones, otro factor que puede acortar la vida útil de las válvulas.
La inspección de los componentes de la válvula de globo debe centrarse en la comprobación del disco y el asiento para detectar signos de desgaste y daños. El restablecimiento de la capacidad de estanquidad de la válvula es posible mediante el reapriete o la sustitución de estos componentes. Antes de que el técnico apriete o sustituya la empaquetadura del vástago, debe comprobarse si presenta fugas.
Las válvulas de bola necesitan un mantenimiento mínimo porque tienen una estructura básica. Los asientos sufren desgaste durante el funcionamiento, lo que provoca fugas. El funcionamiento rutinario de la válvula mediante ciclos ayuda a evitar que la bola se adhiera a las superficies del asiento. El funcionamiento de la válvula puede requerir la instalación de un nuevo asiento.
La aplicación de un programa de mantenimiento preventivo, basado en las recomendaciones del fabricante de la válvula y en la aplicación específica, es clave para maximizar la vida útil de estas válvulas y evitar fallos inesperados. El método de mantenimiento proactivo funciona de forma similar al cuidado del jardín para producir un rendimiento duradero del equipo y garantizar una larga vida útil.
Conclusión
Las válvulas de globo y las válvulas de bola tienen aplicaciones diferentes en los sistemas de conducción de fluidos porque poseen ventajas únicas que las hacen adecuadas para aplicaciones distintas. Las válvulas de globo ofrecen una gestión precisa del caudal para fines de estrangulación, lo que las convierte en la primera opción cuando se necesita un control preciso, mientras que las válvulas de bola funcionan mejor como dispositivos de aislamiento de encendido/apagado, ofreciendo poca resistencia al caudal y dando lugar a una baja caída de presión. La decisión entre estas dos válvulas requiere una evaluación de las necesidades específicas de la aplicación, que incluyen la compatibilidad con el medio, los parámetros operativos y los requisitos de coste total. La actuación mejora aún más las capacidades de ambos tipos de válvulas, permitiendo la automatización y la mejora del rendimiento. A la hora de buscar soluciones de válvulas fiables y completas, es primordial contar con un socio que conozca bien sus necesidades y se comprometa a ofrecerle la solución adecuada. La rápida transición de completamente abierta a completamente cerrada en las válvulas de bola, que a veces se produce a un ritmo exponencial, es una característica clave a tener en cuenta para las necesidades de cierre rápido.
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