Válvulas de bola: ¿Qué son y cómo funcionan?

En el fascinante mundo de la ingeniería y la tecnología, las válvulas de bola han adquirido una importancia significativa en diversas industrias. Las válvulas de bola juegan un papel fundamental en el control y la regulación del flujo de los equipos criogénicos.

En este artículo, exploraremos en profundidad el papel fundamental de las válvulas de bola en los equipos criogénicos. Analizaremos su funcionamiento en entornos criogénicos, las consideraciones clave al elegirlas, las ventajas que ofrecen y los cuidados necesarios para su mantenimiento. Descubriremos cómo estas válvulas son una pieza clave en el manejo eficiente y seguro de fluidos criogénicos en diversas industrias.

¿Qué son las válvulas de bola?

Las válvulas de bola son un mecanismo de llave de paso que controla el flujo de un líquido o gas mediante una esfera giratoria con un orificio. Estas válvulas se componen de una esfera perforada que gira dentro de un cuerpo, lo que permite o bloquea el paso del fluido en función de su posición. 

Se abre mediante el giro del eje unido a la esfera, de tal forma que permite el paso del fluido cuando está alineada la perforación con la entrada y la salida de la válvula.

¿Cómo funcionan las válvulas de bola?

Para entender el funcionamiento de una válvula de bola, es importante conocer las 7 partes principales de la válvula de bola y el principio de funcionamiento. 

Partes de las válvulas de bola

Los 7 componentes principales de la válvula de bola son:

Partes de las válvulas de bola

Cuerpo de la válvula

El cuerpo de la válvula es un componente importante de una válvula de bola. Es la parte que alberga todas las demás partes. Un cuerpo de válvula tiene un papel vital en la función de la válvula. Se utiliza para controlar el movimiento de los componentes móviles en un sistema de tuberías. El cuerpo de la válvula es la parte principal de una válvula y puede estar hecho de diferentes materiales. Los cuerpos de válvula fundidos son comunes, mientras que los cuerpos forjados se usan para válvulas de alta presión. 

Bola giratoria

Los componentes básicos de una válvula de bola incluyen una bola giratoria, un vástago, un asiento y un mecanismo de control. La bola está conectada al mecanismo de control a través de un eje. Esta bola es hueca y gira para controlar el flujo en la válvula. Es la parte principal de la válvula de bola. 

Vástago

Una válvula de bola es un tipo de válvula mecánica. Su vástago está conectado a un primer eje. Este eje gira en respuesta a una fuerza de accionamiento. Una válvula de bola tiene un vástago que conecta la bola a un mecanismo de control externo. Una válvula de bola manual usa una manija o palanca para girar el vástago. El vástago está conectado al mango, lo que ayuda a que la bola gire. 

Asientos

Los asientos de válvula pueden estar hechos de una variedad de materiales, que incluyen cerámica, metal o una combinación de ambos. Los asientos de las válvulas de bola tienen diferentes características. El asiento interno de una válvula de bola está hecho de una variedad de materiales. Los asientos de una válvula de bola generalmente están hechos de un material novedoso. 

Fuente de alimentación

Hay dos tipos básicos de válvulas de bola: neumáticas y eléctricas. Las válvulas de bola neumáticas utilizan aire comprimido como fuente de energía. Son mejores para aplicaciones que requieren alta durabilidad y tiempos de ciclo rápidos. Los actuadores eléctricos, también conocidos como válvulas de bola motorizadas, usan electricidad. Las válvulas de bola hidráulicas utilizan fluido presurizado como fuente de energía. Estas válvulas ofrecen velocidades de ciclo y torque más altas, pero no son tan duraderas como las válvulas neumáticas.

valvula de bola electrica - Energuias

Embalaje

Una válvula de bola tiene tres componentes principales: el cuerpo de la válvula, el vástago y la empaquetadura. El empaque se coloca alrededor del vástago de la válvula para evitar fugas del medio. Es el sello que evita fugas en la válvula. 

Capó

El bonete de una válvula de bola es una tapa que cubre la abertura del cuerpo de la válvula. También sirve como límite de presión de la segunda etapa para la válvula. El capó se sujeta al cuerpo por medio de un perno o un tornillo. Esta tapa mantiene el conjunto de bola y vástago en su lugar y ajusta la compresión de la empaquetadura.

Principio de funcionamiento de la válvula de bola

El principio de funcionamiento es aplicar un cierto par en el extremo superior del vástago de la válvula con la ayuda de una manija u otro dispositivo de accionamiento y transmitirlo a la bola, de modo que la bola gire alrededor del eje perpendicular al paso de flujo en 90 °. Cuando el orificio de la esfera / bola y la línea central de la válvula del paso del cuerpo coinciden o es vertical, indica que la válvula de bola se ha abierto o cerrado completamente, para lograr el propósito de abrir y cerrar el paso.

Características de las válvulas de bola

Una de las características clave de las válvulas de bola es su capacidad para funcionar eficazmente en entornos criogénicos. Estos entornos implican temperaturas extremadamente bajas que pueden afectar negativamente el rendimiento de los componentes y los sellos tradicionales. Sin embargo, las válvulas de bola están diseñadas para resistir estas condiciones extremas. 

Además, dentro de sus principales características encontramos las siguientes: 

  • Construcción atornillada de dos o tres piezas proyectada con gran rigidez para contener los esfuerzos que se producen en las tuberías. La construcción atornillada facilita el mantenimiento en el lugar.
  • Asientos de auto alivio que aseguran la descarga automática de la sobrepresión de la cavidad del cuerpo.
  • Tienen una conexión de drenaje perforada y roscada.
  • Poseen manija ergonómica reemplazable.
  • Son resistentes a los rayos UV.
  • Cuenta con ribetes para desenroscar fácilmente.

Tipos de válvulas de bola

Existen diferentes tipos de válvulas de bola según sus características y usos, los cuales son: 

Válvulas de bola estándar o roscado 

Las válvulas de bola estándar se componen de la carcasa, los asientos, la bola y la palanca para el giro de la bola. Incluyen válvulas con dos, tres y cuatro puertos que pueden ser de rosca hembra o macho o una combinación de ellas. Tienen una amplia gama de opciones y un gran rango de funcionamiento para la presión y la temperatura.

Válvula de bola de 3 piezas

Válvulas de bola hidráulicas

Las válvulas de bola hidráulicas están especialmente diseñadas para sistemas hidráulicos y de calefacción debido a su alta presión de funcionamiento y a su resistencia al aceite hidráulico y de calefacción. Estas válvulas son de acero o de acero inoxidable. Además de estos materiales, los asientos también hacen que las válvulas hidráulicas sean adecuadas para una alta presión de funcionamiento, ya que están hechos de polioximetileno.

Válvulas de bola con bridas

Las válvulas de bola con bridas se caracterizan por su tipo de conexión. Los puertos se conectan a un sistema de tuberías mediante bridas que suelen estar diseñadas de acuerdo con una norma determinada. Estas válvulas proporcionan un gran caudal, ya que suelen tener un diseño de paso total. Estas válvulas de bola están diseñadas con dos, tres o cuatro puertos. Suelen ser de acero inoxidable, acero o hierro fundido.

valvula de bola con bridas - Energuias

Válvulas de bola ventiladas

Las válvulas de bola ventiladas tienen un aspecto casi idéntico al de las válvulas de bola estándar de 2 vías en lo que respecta a su diseño. Sin embargo, su principal diferencia es que el puerto de salida ventila al ambiente en posición cerrada. Esto se consigue mediante un pequeño orificio que se perfora en la bola y en el cuerpo de la válvula. Cuando la válvula se cierra, los agujeros se alinean con el puerto de salida y liberan la presión. Esto es especialmente útil en los sistemas de aire comprimido, donde la despresurización proporciona un entorno de trabajo más seguro.

Consideraciones claves para elegir válvulas de bola

Cuando se trata de elegir válvulas de bola, es crucial tener en cuenta una serie de consideraciones claves, las cuales garantizarán que las válvulas seleccionadas cumplan con los requisitos específicos y proporcionen un rendimiento óptimo en términos de seguridad y eficiencia. Algunas de estas consideraciones claves son:

Tipo de operación

Las válvulas de bola se pueden operar de forma manual, eléctrica o neumáticas. Sin embargo, las diferentes formas de accionamiento tienen sus ventajas y desventajas: 

  • Válvula de bola manual: generalmente es seleccionada si se tiene un presupuesto bajo, si no hay electricidad o aire comprimido en la instalación o si no se necesita automatización. 
  • Válvula de bola automática: dentro de las válvulas de bola automáticas se encuentran la eléctrica y la neumática y decidirse entre ellas dos puede ser complicado. Sin embargo, depende de lo que se disponga en el lugar  de instalación, si electricidad o aire comprimido y del par necesario. 

Función del circuito

Las válvulas de bola pueden tener funciones de circuito de 2, 3, 4 o 5 vías según el número de puertos:

  • Válvulas de bola de 2 vías: son las válvulas de bola más comunes. Estas válvulas proporcionan un flujo recto de entrada a salida.
  • Válvulas de bola de 3 vías: las válvulas de bola de 3 vías tienen tres puertos y están disponibles con un orificio en L o en T. Las designaciones L y T se refieren al diseño del orificio interno, que determinará la dirección del flujo. 
  • Válvulas de bola de 4 vías: las válvulas de bola de 4 vías no son tan comunes como las de 2 y 3 vías. Una válvula de bola de 4 vías suele estar disponible en cuatro variantes diferentes: puerto L, puerto T, puerto X (puerto LL) y recto.
  • Válvulas de bola de 5 vías: están disponibles como válvulas con doble paso en L perpendicular y son poco frecuentes.

Material de la carcasa

El material de la carcasa de la válvula debe ser compatible con el medio fluido utilizado para la aplicación. Los materiales más comunes y sus características son:

Latón

  • Adecuado para medios neutros y no corrosivos.
  • El latón es versátil, duradero y resistente a las altas temperaturas.
  • No es adecuado para el agua salada (agua de mar), el agua destilada, los ácidos y los cloruros.
  • Su temperatura es -20°C a 60°C (-4°F a 140°F)

PVC

  • Adecuado para medios corrosivos como el agua de mar, la mayoría de los ácidos y bases, soluciones salinas y disolventes orgánicos.
  • No es resistente a los hidrocarburos aromáticos y clorados.
  • El rango de temperatura y presión es inferior al del latón y el acero inoxidable.
  • Su temperatura es -10°C a 60°C (14°F a 140°F)

Acero inoxidable

  • Muy buena resistencia química general a casi cualquier medio.
  • Resistente a la abrasión y a las altas temperaturas y presiones.
  • No es adecuado para el ácido clorhídrico, los cloruros, el bromo y la lejía. Por otra parte, el agua de la piscina tiene una baja concentración de cloruro, por lo que el uso de acero inoxidable aquí es posible.
  • Su temperatura es -40°C a 220°C (-40°F a 428°F)
MaterialVentajasDesventajas
LatónDuradero, adecuado para la mayoría de las aplicacionesSensible a la descincificación
PVCRentable, no es propenso a la corrosiónVida útil más corta, rangos de presión y temperatura limitados
Acero inooxidableMuy resistente a la abrasión, inerte, resistente a la corrosiónPrecio más elevado, a menudo se necesita más par de torsión para hacer girar la bola
Materiales válvulas de bola

Presión

La válvula de bola puede soportar las presiones mínima y máxima del sistema. El material de la carcasa ayuda a determinar el rango de presión de una válvula de bola. Para la presión máxima, el acero inoxidable suele tener la clasificación más alta, seguido del latón y luego de las carcasas de PVC. Es importante revisar la hoja de datos de sus válvulas de bola para confirmar el rango de presión apropiado.

Al tener en cuenta estas consideraciones clave al elegir válvulas de bola para equipos criogénicos, se puede garantizar una selección adecuada que cumpla con los requisitos específicos de los entornos criogénicos. Esto contribuye a la seguridad, eficiencia y rendimiento óptimo de los equipos en diversas industrias que dependen de la criogenia.

Ventajas de las válvulas de bola

Estas válvulas, que consisten en una esfera perforada que controla el flujo de fluidos, presentan características y beneficios destacados que las convierten en una opción popular en aplicaciones industriales. Ahora miraremos en profundidad algunas de las ventajas clave de las válvulas de bola:

bola giratoria - Energuias
  1. Diseño simple, pequeño en tamaño y peso
  2. Sello hermético confiable, el material de la superficie de sellado de las válvulas de bola es plástico ampliamente utilizado, que tiene un buen rendimiento de sellado. 
  3. Operación amigable, apertura y cierre rápido, completamente abierta a completamente cerrada con solo un giro de 90°.
  4. Fácil mantenimiento, configuración simple con sello dinámico que es fácil de reemplazar.
  5. Cuando está completamente abierto o completamente cerrado, la superficie de sellado del asiento y la bola no entra en contacto con él medio cuando el flujo medio. Por lo tanto, la superficie de sellado no se contaminará ni erosionará fácilmente.
  6. El cierre abierto de la válvula de bola tiene un efecto de limpieza, por lo que es adecuado para medios con partículas flotantes.
  7. Larga vida útil.

Las válvulas de bola ofrecen una serie de ventajas significativas en términos de rendimiento de flujo, operación confiable, versatilidad en aplicaciones, capacidad de sellado, durabilidad y bajo mantenimiento. Estas ventajas hacen de las válvulas de bola una opción preferida en diversas industrias donde se requiere un control preciso del flujo de fluidos, como la criogenia.

Mantenimiento y cuidado de las válvulas de bola en entornos criogénicos

El mantenimiento adecuado y el cuidado de las válvulas de bola en entornos criogénicos son aspectos fundamentales para garantizar su funcionamiento óptimo, prolongar su vida útil y prevenir posibles problemas. Dado que las válvulas de bola en estos entornos están expuestas a temperaturas extremadamente bajas y condiciones exigentes, es crucial seguir ciertas pautas de mantenimiento:

  1. Inspección regular: es importante realizar inspecciones periódicas de las válvulas de bola en entornos criogénicos para detectar cualquier signo de desgaste, daño o posible deterioro.
  2. Limpieza adecuada: realizar una limpieza adecuada de las válvulas para eliminar cualquier acumulación de hielo, partículas o impurezas que puedan afectar su funcionamiento.
  3. Lubricación y sellado: la lubricación adecuada garantiza un funcionamiento suave de las válvulas y evita la formación de hielo o la adhesión de componentes. Además, los sellos criogénicos deben ser inspeccionados y reemplazados según sea necesario para asegurar un sellado hermético y prevenir fugas.
  4. Capacitación y personal calificado: es esencial contar con personal capacitado y calificado que comprenda los requisitos específicos de estas válvulas y esté familiarizado con los procedimientos de mantenimiento adecuados. La capacitación regular y la actualización sobre las mejores prácticas de mantenimiento aseguran un manejo adecuado de las válvulas y reducen los riesgos de daños o mal funcionamientos.
  5. Registro de mantenimiento: Llevar un registro detallado de las actividades de mantenimiento realizadas en las válvulas de bola es una buena práctica. Esto incluye la fecha de inspección, las acciones tomadas, los repuestos reemplazados y cualquier otro detalle relevante.

Otros tipos de válvulas en Energuias

En Energuias somos especialistas en soluciones y productos especializados para gases criogénicos, desde detectores de gases y reguladores para gas hasta una variedad de válvulas para equipos criogénicos como: 

Además, contamos con una variedad de equipos criogénicos para todas las necesidades como: 

Compartir