La elección entre una válvula de bola y una válvula solenoide depende de la aplicación: una válvula de bola es adecuada para un caudal con baja resistencia y un aislamiento fiable, especialmente cuando permanece en una misma posición durante horas. Una válvula solenoide es adecuada para la conmutación eléctrica rápida y compacta de un fluido compatible dentro de su rango de funcionamiento nominal.
| Factor de selección | Válvula de bola | Electroválvula |
|---|---|---|
| Mecanismo de operación | Una bola con un agujero gira 90 grados. | Una bobina electromagnética acciona un mecanismo interno, ya sea directamente o a través de una etapa piloto. |
| Actuación | Manual, eléctrico, neumático o hidráulico. | Eléctricos; algunos diseños también utilizan presión hidráulica. |
| Velocidad de conmutación | Depende del actuador; los modelos eléctricos suelen tardar unos segundos o más. | Muchos horarios cambian con frecuencia; consulta los horarios de apertura y cierre por separado. |
| Capacidad de flujo | Los diseños de paso completo ofrecen una trayectoria de flujo relativamente libre de obstrucciones. | La capacidad depende del orificio y de los conductos internos; compárese con Cv o Kv. |
| Funcionamiento a baja presión | No necesita presión en la línea para hacer girar la bola. | Los modelos de acción directa y los de diferencial cero especificado pueden funcionar sin diferencia de presión. |
| Capacidad de retención | Algunos actuadores eléctricos consumen poca o ninguna potencia de mantenimiento; otros tienen cargas en modo de espera. | Las bobinas convencionales necesitan alimentación mientras están activadas; los diseños con enclavamiento utilizan impulsos. |
| Posición en caso de corte de corriente | Depende del actuador y de su sistema de retorno en caso de fallo. | Depende de si la válvula es de cierre normal, de apertura normal o de enclavamiento. |
| Sensibilidad a los residuos | Los diseños de paso total pueden ser adecuados para algunos fluidos contaminados, pero los asientos y las cavidades siguen siendo vulnerables. | Los conductos piloto pequeños y las superficies de estanqueidad pueden ser sensibles a la contaminación. |
Una válvula de bola motorizada y una válvula de bola accionada neumáticamente pueden comportarse de forma muy diferente, incluso cuando comparten el mismo cuerpo de válvula. El actuador determina cómo se mueve la válvula y contribuye a determinar qué ocurre cuando falla su suministro eléctrico.
Para el control de fluidos de tipo «abierto/cerrado» habitual, utilice los ejemplos que figuran a continuación para reducir sus opciones y, a continuación, consulte las fichas técnicas de la válvula y del actuador. Los cálculos y los casos de aplicación son meramente ilustrativos y no constituyen resultados de pruebas de campo.
Cómo funcionan las válvulas de bola y las válvulas solenoides
Una válvula de bola controla el caudal mediante la rotación de una bola con un orificio; una válvula solenoide utiliza un mecanismo electromagnético. El actuador y el diseño interno determinan la rapidez con la que se mueve cada válvula, la cantidad de fluido que deja pasar y las condiciones a las que puede hacer frente.
Válvulas de bola: recorrido del flujo en un cuarto de vuelta
Una válvula de bola se abre cuando el orificio de la bola queda alineado con la tubería y se cierra cuando la bola gira 90 grados. La fuerza de giro la proporciona una maneta o un actuador.
Es habitual encontrar dos configuraciones de diámetro interior:
- Puerto lleno: La abertura tiene aproximadamente el mismo diámetro que el interior del tubo conectado, lo que ayuda a limitar la pérdida de presión. La guía de ZECO sobre válvulas de bola de paso total explica esta configuración del orificio.
- Puerto reducido: La abertura es más pequeña, lo que puede reducir el coste y el tamaño, al tiempo que aumenta la restricción del caudal.
Ambas configuraciones provocan cierta pérdida de presión. Consulta el coeficiente de caudal indicado en las especificaciones para comprobar si la válvula puede admitir el caudal que necesitas; el tamaño de la conexión por sí solo no te lo indicará.
Un válvula de bola eléctrica utiliza un motor, mientras que un actuador neumático utiliza aire comprimido. Su velocidad, sus límites de funcionamiento y su comportamiento en caso de fallo del suministro pueden variar considerablemente.
Válvulas solenoides: accionamiento directo o asistido por presión
Una válvula solenoide utiliza un campo magnético para mover un émbolo u otro elemento interno. En un diseño de acción directa, ese movimiento acciona directamente la abertura de paso; en un diseño pilotado, controla un pequeño conducto que ayuda a mover el elemento de estanqueidad principal.
Bürkert distingue entre las válvulas solenoides de acción directa y las servoasistidas en función de cómo utilizan la fuerza magnética y la presión del fluido. Muchas válvulas pilotadas necesitan una diferencia mínima de presión entre la entrada y la salida para funcionar correctamente.
Una válvula puede encajar en la tubería y tener la tensión adecuada, pero aun así no abrirse correctamente en un depósito alimentado por gravedad. Un diseño de acción directa o de diferencial cero, debidamente especificado, puede resolver ese problema, siempre que tenga suficiente capacidad de caudal.
Compara las especificaciones que afectan a tu sistema
Empieza por el caudal, el diferencial de presión, el tiempo de respuesta, el consumo energético y la posición de fallo. Estas especificaciones te permiten saber si una válvula concreta es adecuada para la aplicación. Las afirmaciones de que una familia de válvulas es siempre más rápida, más resistente o más fiable omiten demasiados detalles.
Caudal y caída de presión
Una válvula de bola de paso total suele ser adecuada para aplicaciones en las que las prioridades son mantener el caudal y limitar la caída de presión. Para cualquiera de los dos tipos de válvula, utilice Cv o Kv para comparar la capacidad de caudal real.
Estos coeficientes describen la cantidad de fluido que puede dejar pasar una válvula en condiciones definidas. No son cifras intercambiables, por lo que hay que mantener la coherencia en las unidades.
A modo de ejemplo simplificado de flujo de agua sin cavitación:
Caída de presión en psi ≈ (caudal en galones estadounidenses por minuto ÷ Cv)².
Supongamos que tu sistema necesita 10 galones estadounidenses por minuto:
- Una válvula con un Cv = 5 produce una caída de presión de aproximadamente 4 psi.
- Una válvula con un Cv = 10 produce una caída de presión de aproximadamente 1 psi.
Estos valores calculados ilustran la diferencia; no son valores nominales de un producto concreto. Dos válvulas con conexiones de tubería idénticas pueden tener capacidades de caudal muy diferentes.
Utiliza el método de dimensionamiento del fabricante para el fluido y las condiciones reales. La calculadora de Cv de Swagelok tiene en cuenta parámetros como el fluido, la presión de entrada y de salida, y la temperatura. Los servicios con gases, líquidos viscosos y cavitación requieren más datos que el sencillo ejemplo con agua anterior.
Presión de funcionamiento y diferencial mínimo
Comprueba tanto la presión nominal como la diferencia de presión necesaria a través de la válvula. Una válvula puede estar diseñada para tu presión máxima de entrada y, aun así, no funcionar si las presiones de entrada y salida están demasiado próximas entre sí.
Imaginemos un depósito que se va vaciando poco a poco. Una válvula solenoide pilotada podría funcionar mientras el depósito esté lleno, pero dejar de ser fiable cuando la diferencia de presión descienda por debajo del mínimo especificado.
Una válvula de bola motorizada no necesita ese diferencial para girar. No obstante, sí necesita un par de accionamiento suficiente para funcionar a pesar de la presión real, la fricción del asiento y las condiciones del proceso.
Ambas familias incluyen productos especializados para alta presión, por lo que una válvula de bola no tiene automáticamente la clasificación más alta. Compara las clasificaciones exactas de presión y temperatura, la presión diferencial admisible y las restricciones de dirección del caudal.
Velocidad de conmutación y golpe de ariete
Muchas válvulas solenoides son aptas para una conmutación rápida, mientras que los tiempos de recorrido de las válvulas de bola eléctricas varían considerablemente. La opción más rápida solo resulta útil si tu proceso y tus tuberías pueden soportarla.
La ficha técnica del actuador para válvulas de bola LR24A-SR de Belimo, por ejemplo, indica un tiempo de funcionamiento de 90 segundos para una carrera de 90 grados. No se podría utilizar ese actuador para un proceso que requiera una carrera completa en pocos segundos.
En una línea de líquido, los cambios bruscos en el caudal pueden provocar golpe de ariete, una sobrepresión que somete a tensión a las tuberías y a los componentes. Un solenoide de cierre rápido puede contribuir a ello. También puede hacerlo una válvula de bola manual o neumática de accionamiento rápido.
En Directrices de la Universidad de Florida sobre el golpe de ariete en los sistemas de riego Explica cómo los cambios bruscos en el caudal generan ondas de presión. Recomienda elegir tuberías que puedan soportar la presión de funcionamiento más la sobrepresión prevista, teniendo en cuenta los efectos de la temperatura.
Un cierre más lento puede ayudar, pero el tiempo total de recorrido del actuador no indica exactamente cómo varía el caudal cuando la válvula está a punto de cerrarse. La guía sobre golpes de ariete de Bürkert también describe diseños de válvulas solenoides que utilizan un cierre suave del diafragma para reducir este problema.
En el caso de una instalación sensible a los picos de presión, se deben analizar conjuntamente el comportamiento de cierre, la velocidad del flujo, la longitud de la tubería y las medidas de control de picos de presión.
Consumo energético y tiempo de retención
Las válvulas solenoides convencionales suelen necesitar alimentación eléctrica continua cuando están activadas. Algunas válvulas de bola motorizadas dejan de consumir energía del motor una vez alcanzada la posición indicada, aunque los controles, los calentadores u otros componentes pueden seguir consumiendo electricidad.
En la guía sobre solenoides con enclavamiento DC de Hunter se explica que un controlador alimentado por batería envía un pulso breve para accionar el solenoide. Por lo tanto, un diseño con enclavamiento no sigue la regla habitual de alimentación continua de la bobina.
El actuador Belimo mencionado anteriormente indica un consumo de 0,4 W en reposo, lo que debe tenerse en cuenta en el cálculo energético incluso cuando el motor no está en marcha.
Una bobina hipotética de 8 W que permanece encendida de forma continua durante un día de 24 horas consume:
8 × 24 ÷ 1.000 = 0,192 kWh al día.
Multiplica esa cifra por tus días de funcionamiento reales y por la tarifa eléctrica. A continuación, ten en cuenta la energía de conmutación y las cargas en modo de espera a la hora de comparar alternativas. En el caso de los sistemas neumáticos, incluye el coste del suministro de aire comprimido.
Posición en caso de corte de corriente y funcionamiento a prueba de fallos
Especifica si el caudal debe detenerse, continuar o permanecer sin cambios en caso de corte de corriente. El nombre de la válvula por sí solo no garantiza ese comportamiento.
Un convencional válvula solenoide normalmente cerrada está diseñada para cerrarse cuando se desconecta la alimentación; la versión normalmente abierta está diseñada para abrirse. Ambas deben funcionar dentro de las condiciones especificadas, y la contaminación o los fallos mecánicos pueden impedir que se produzca la acción prevista.
Un solenoide de enclavamiento puede permanecer en su último estado. Un actuador eléctrico estándar también puede quedarse donde está cuando se corta la corriente.
Si una válvula de bola debe desplazarse a una posición de fallo definida, especifique un actuador de retorno por resorte o de energía acumulada adecuado. Compruebe el comportamiento del conjunto completo en caso de fallo eléctrico, pérdida de la señal de control y pérdida de aire comprimido, cuando proceda.
En el caso de una parada de seguridad, comprueba las homologaciones necesarias y el rendimiento a nivel del sistema. La indicación “normalmente cerrado” por sí sola no constituye una certificación de seguridad.
Elige la válvula adecuada en función del fluido y del plan de mantenimiento
La compatibilidad química, la contaminación, la temperatura y el acceso para el mantenimiento pueden influir en la vida útil de la válvula más que la elección entre mecanismos de bola y de solenoide. Comprueba todos los componentes en contacto con el fluido, incluidos los asientos, las juntas, los diafragmas y las piezas metálicas internas.
El hecho de que el cuerpo de una válvula sea de acero inoxidable no significa automáticamente que sea apta para cualquier sustancia química. El EPDM, el NBR, el FKM y el PTFE tienen límites diferentes, y la compatibilidad puede variar en función de la concentración y la temperatura.
Resumen de ZECO sobre materiales del asiento de las válvulas de bola Es un punto de partida útil para comparar las opciones de asientos blandos. Comprueba que el grado seleccionado se ajuste a los parámetros de presión y temperatura de la válvula completa y a las propiedades químicas de tu fluido.
El agua sucia plantea un reto diferente. Los pequeños conductos de pilotaje de los solenoides pueden obstruirse, mientras que las partículas presentes en una superficie de sellado pueden provocar fugas. Un filtro adecuado puede ser de ayuda, pero conlleva su propia caída de presión y la necesidad de limpiarlo.
Las válvulas de bola de paso total pueden manejar algunos fluidos que contienen partículas, pero los sólidos abrasivos pueden dañar los asientos y el material puede acumularse en las cavidades del cuerpo. Aún así, requieren un plan de mantenimiento, aunque en la descripción del producto se indiquen como “autolimpiantes”.”
Para lodos, fluidos viscosos o procesos higiénicos, solicite un diseño específico para ese fin. Una válvula de uso general puede resultar inadecuada, independientemente de su mecanismo de funcionamiento.
Yo comprobaría el acceso para el mantenimiento antes de comprarlo. Hay que dejar espacio suficiente para poder realizar el mantenimiento de la bobina, el actuador, las juntas y el filtro cercano sin tener que desmontar un tramo grande de tubería.
Elige cómo quieres que funcione tu sistema
Un solenoide compacto suele ser adecuado para la conmutación frecuente de fluidos limpios, mientras que una válvula de bola accionada de paso total suele ser adecuada para el aislamiento con una pérdida de presión limitada. El tiempo que la válvula permanece abierta y la frecuencia con la que se acciona pueden influir en la elección.
Una máquina pequeña que se enciende y apaga con frecuencia
Una válvula solenoide es un buen punto de partida cuando una máquina necesita un control rápido y repetido de apertura y cierre del paso de aire limpio o de un líquido compatible. Comprueba el tiempo de respuesta, la capacidad nominal de ciclos, el tiempo de funcionamiento de la bobina y el diferencial de presión disponible.
Supongamos que una máquina necesita breves ráfagas de aire. Una válvula solenoide direccional compacta puede cumplir con los requisitos de sincronización y canalizar o expulsar el aire según sea necesario.
En el caso de la dosificación de líquidos, la rápida conmutación por sí sola no garantiza una dosis precisa. Las variaciones de presión, el caudal y los retrasos en la apertura y el cierre también influyen en el volumen suministrado.
Una tubería de agua que permanece abierta durante horas
Merece la pena plantearse el uso de una válvula de bola motorizada de paso total cuando una tubería de agua permanece abierta durante largos periodos de tiempo y la pérdida de presión es un factor importante. Especifique la homologación para agua potable si es necesario, la protección adecuada de la carcasa y la posición deseada en caso de corte de corriente.
Para el servicio de agua potable en EE. UU., consulta la Requisitos de la EPA sobre instalaciones de fontanería sin plomo y la certificación del producto. En el caso de las tuberías, accesorios y elementos fijos incluidos en la normativa, “sin plomo” significa un contenido medio ponderado de plomo no superior a 0,25% en todas las superficies en contacto con el agua. Este requisito es independiente de la presión nominal de la válvula; no se aplica de la misma manera a los productos exentos que se utilizan exclusivamente para servicios no potables.
Para el riego, también conviene tener en cuenta las válvulas de diafragma solenoides diseñadas específicamente para este fin. Ofrecen controles compatibles y una capacidad de caudal adecuada, mientras que los modelos con enclavamiento resultan adecuados para algunas instalaciones alimentadas por batería.
Comprueba también la interfaz de control. Es posible que la salida de un programador de riego no accione directamente un actuador motorizado, aunque sus tensiones nominales parezcan similares.
Un proceso que desvía el flujo cada 10 segundos
Cuando se producen desviaciones frecuentes, es necesario comprobar la disposición de los puertos, el comportamiento de transición y el ciclo de trabajo del actuador antes de elegir una de las dos familias de válvulas. Una conexión de tres vías, por sí sola, no indica cómo varía el caudal entre las salidas.
Si el comando cambia cada 10 segundos, el conjunto realiza 360 transiciones por hora. Un actuador que tarda varios segundos en cada movimiento puede pasar una parte considerable de esa hora en funcionamiento.
Comprueba si la válvula bloquea momentáneamente ambas salidas o si las conecta durante el recorrido. Esto es importante si la bomba no admite una descarga bloqueada o si los dos flujos deben permanecer separados.
Una válvula solenoide adecuada o un conjunto de válvula de bola neumática podrían cumplir con los requisitos. Un actuador eléctrico también puede funcionar si su velocidad, capacidad de ciclo y límites de funcionamiento se ajustan a la aplicación.
Qué hay que facilitar al proveedor antes de realizar el pedido
Facilita al proveedor las condiciones de funcionamiento y el comportamiento de control requerido para que pueda seleccionar la válvula y el actuador adecuados. Incluye los siguientes datos, además del diámetro de la tubería y la tensión:
- Identifica el líquido o gas, su concentración y viscosidad, así como cualquier posible contaminación.
- Incluye los límites de temperatura del fluido y de la temperatura ambiente.
- Indique la presión de entrada mínima y máxima, la presión de salida y los transitorios previstos.
- Indique el caudal requerido y la caída de presión admisible.
- Defina el control de encendido/apagado, de derivación o de modulación, así como los tiempos de apertura y cierre necesarios.
- Especifica las transiciones por hora, las horas de funcionamiento y los períodos de retención prolongados.
- Indica la posición que debe adoptar tras una pérdida de alimentación, de señal o de suministro de aire.
- Comprueba las conexiones, el sentido del flujo, la orientación, la tensión, la interfaz de control y el espacio de mantenimiento.
- Identifica los requisitos de homologación aplicables en materia de agua potable, gas, zonas peligrosas, contacto con alimentos u otros ámbitos.
Compara el coste de instalación una vez que tengas las opciones adecuadas. Ten en cuenta el cableado, los controles, el sistema de filtración, el suministro de aire, la energía, las piezas de recambio y la mano de obra de mantenimiento. Una válvula más barata puede resultar más cara de mantener y reparar si no se adapta adecuadamente a la aplicación.
Preguntas frecuentes sobre la selección de válvulas
En algunos sistemas es posible sustituir un tipo de válvula por otro, pero la válvula de sustitución debe cumplir los mismos requisitos de caudal, presión, control y comportamiento en caso de fallo. La vida útil y la capacidad de regulación también dependen del diseño concreto.
¿Puede una válvula solenoide sustituir a una válvula de bola?
Sí, siempre que cumpla con los requisitos de caudal, rango de presión, compatibilidad con los fluidos, función de control y comportamiento en caso de fallo. No basta con que el tamaño de la rosca sea el adecuado.
Ten en cuenta también el aislamiento para mantenimiento. Es posible que una válvula de accionamiento eléctrico no ofrezca el aislamiento manual con bloqueo que exigen tus procedimientos.
¿Qué válvula dura más?
Ninguna de las dos familias de válvulas presenta una ventaja universal en cuanto a la vida útil. La contaminación, la temperatura, la presión, la frecuencia de conmutación, la instalación y el mantenimiento influyen en el resultado.
Solicita información sobre la vida útil en condiciones comparables. En el caso de una válvula de bola automatizada, evalúa conjuntamente el actuador y el cuerpo de la válvula, ya que cualquiera de los dos puede limitar la vida útil del conjunto.
¿Pueden estas válvulas regular el caudal?
Las versiones especializadas pueden regular el caudal, pero no debe darse por sentado que los modelos normales de tipo «on/off» sean adecuados para una regulación continua. A Válvula de bola con paso en V Un actuador modulador adecuado o una válvula solenoide proporcional podrían ser adecuados para esa tarea.
Comprueba la capacidad de regulación, los límites de caída de presión y el rango de caudal requerido. El simple hecho de dejar una válvula de bola estándar parcialmente abierta no la convierte en una válvula de regulación correctamente dimensionada.
¿Pueden funcionar conjuntamente una válvula de bola y una válvula solenoide?
Sí. Una válvula solenoide puede conducir aire comprimido a un actuador neumático que acciona una válvula de bola.
Este sistema combina el control eléctrico con el accionamiento neumático. No obstante, requiere un dimensionamiento coordinado, una calidad del aire adecuada y una posición de fallo definida para el conjunto completo.
Elige en función de tus condiciones de funcionamiento
Empieza por una válvula solenoide si necesitas una conmutación rápida y compacta de un fluido compatible; opta por una válvula de bola accionada cuando la capacidad de caudal, el aislamiento y los largos periodos de retención sean los requisitos principales. A continuación, comprueba que las especificaciones reales del producto se ajustan a tu sistema.
Antes de comparar precios, anotaría el caudal requerido, el diferencial de presión disponible, la frecuencia de conmutación y la posición de fallo deseada. Utilizaría esos requisitos para descartar los conjuntos inadecuados y, a continuación, comprobaría que las opciones restantes quepan en el espacio disponible.
Guarda esas especificaciones junto a las fichas técnicas del producto cuando realices la comparación final.
