La elección entre una válvula de mariposa y una válvula de paso suele depender de la aplicación: las válvulas de mariposa ofrecen un cuerpo compacto y una menor pérdida de presión cuando están totalmente abiertas, mientras que las válvulas de control de paso son adecuadas para una regulación precisa del caudal. Elige una válvula de mariposa para tareas de aislamiento en las que se requiera un caudal elevado, y opta por una válvula de control de paso cuando necesites una regulación estable.
| Factor de selección | Válvula de mariposa | Válvula de globo |
|---|---|---|
| Movimiento operativo | Disco giratorio; normalmente 90° desde la posición cerrada hasta la posición totalmente abierta | Movimiento lineal del obturador o del disco; las versiones manuales suelen utilizar un volante multivuelta |
| Caudal | Relativamente directo, con el disco permaneciendo en la corriente | El flujo atraviesa la abertura de un asiento; la forma del cuerpo influye en la resistencia |
| Regulación del caudal | Los diseños adecuados permiten la modulación; comprueba el rango de control útil. | Los diseños de control ofrecen opciones de ajuste para una regulación precisa |
| Pérdida de presión con válvula totalmente abierta | Suele ser menor para tamaños nominales y caudales comparables | Normalmente es mayor; comprueba el coeficiente de caudal exacto |
| Espacio y peso | A menudo son más cortos y ligeros, sobre todo en los modelos tipo «wafer» o con orejetas | A menudo son más largos y pesados, y requieren espacio libre para el capó y el actuador |
| Precio de compra | A menudo resultan más económicos en diámetros mayores | A menudo es más elevado en diámetros mayores; el acabado y el sistema de accionamiento influyen en el precio |
| Rendimiento de cierre | Depende del diseño del asiento, su clasificación, la dirección y las condiciones de la prueba | Depende del diseño del asiento, su clasificación, la dirección y las condiciones de la prueba |
| Aplicaciones típicas iniciales | Tuberías de agua, aislamiento del agua de refrigeración y control adecuado de la climatización | Regulación del vapor, control del flujo de proceso y reducción de presión |
Las válvulas de bola son adecuadas para la regulación del caudal; las válvulas de mariposa ofrecen una baja resistencia cuando están abiertas, y los modelos de mariposa pueden desempeñar funciones de control.
Comparación entre la válvula de mariposa y la válvula de globo
Cómo funcionan las válvulas de mariposa y las válvulas de bola
Una válvula de mariposa controla el caudal mediante la rotación de un disco. Una válvula de globo desplaza un obturador o un disco hacia un asiento para modificar la apertura. Esos movimientos influyen tanto en la forma en que la válvula controla el caudal como en el espacio que necesita.
Las válvulas de mariposa hacen girar un disco a lo largo de la tubería
Una válvula de mariposa se abre a medida que su disco gira hasta alinearse con el flujo. Al girarla hacia la posición cerrada, el disco bloquea el paso y se acopla al asiento.
El disco permanece dentro del paso incluso cuando la válvula está totalmente abierta. Sigue obstruyendo parcialmente el flujo, por lo que incluso una válvula de mariposa totalmente abierta presenta una pérdida de presión.
Encontrarás diseños concéntricos, de doble desplazamiento y de triple desplazamiento. Los de ZECO gama de válvulas de mariposa Incluye opciones con asiento compensado y asiento metálico. Comprueba la geometría y la disposición de las juntas para tu aplicación: una válvula de agua con asiento elástico y una válvula de proceso con asiento metálico tienen límites diferentes.
Las válvulas de bola regulan la apertura del asiento
Una válvula de bola convencional desplaza su obturador hacia el asiento o lo aleja de él para modificar la sección de paso disponible. Las versiones manuales suelen utilizar un volante; las versiones automatizadas utilizan un actuador para posicionar el vástago.
Un cuerpo de válvula de tipo globo con patrón recto redirige el flujo alrededor del asiento. Los cuerpos con patrón en Y y angulares modifican esa trayectoria para adaptarse a diferentes requisitos de pérdida de presión o de servicio. Los productos de ZECO Guía y gama de productos de válvulas de bola explica estos patrones de carrocería y enumera las configuraciones disponibles.
El movimiento lineal del vástago no produce necesariamente un caudal lineal. El perfil del obturador y otras piezas internas, denominadas en conjunto «conjunto de obturación», determinan la característica de caudal inherente a la válvula.
¿Qué válvula te permite controlar mejor el caudal?
Una válvula de control de bola del tamaño adecuado suele ser la primera opción a tener en cuenta para lograr una regulación precisa y continua. Una válvula de mariposa también puede funcionar bien, sobre todo con caudales elevados, siempre que su disco, su actuador y su rango de funcionamiento se adapten a las condiciones de trabajo.
Pensemos en un intercambiador de calor que debe mantener constante la temperatura de salida a medida que varía la demanda. Su válvula tiene que realizar ajustes eficaces tanto a baja carga como cerca de la plena producción. Una válvula capaz de gestionar el caudal máximo puede seguir teniendo dificultades cuando la demanda es mínima.
Para cualquiera de las dos válvulas, solicita:
- El coeficiente de caudal en diferentes posiciones de desplazamiento.
- El rango de control recomendado por el fabricante.
- Funcionamiento previsto con caudal mínimo, normal y máximo.
- Rendimiento del actuador y del posicionador bajo la carga prevista.
- Límites de ruido, vibraciones y presión diferencial.
Un posicionador ayuda al actuador a alcanzar la posición indicada, pero una válvula de dimensiones excesivas o un conjunto interno inadecuado seguirán causando problemas.
Las aplicaciones que requieren una gran capacidad y un tamaño de instalación reducido. También se advierte de que el dimensionamiento y las variaciones en las cargas de proceso son importantes, mientras que los diseños de discos caracterizados pueden ampliar el rango de control.
Yo consultaría el rango de control especificado antes de invertir más dinero en el actuador. Para obtener información más detallada sobre la posición y el dimensionamiento del disco, consulta la guía de ZECO sobre uso de válvulas de mariposa para el control del caudal.
Caída de presión: compara las mismas condiciones de funcionamiento
Con el mismo caudal y un diámetro nominal similar, una válvula de mariposa totalmente abierta suele presentar una menor pérdida de presión que una válvula de paso convencional. Para la regulación del caudal, compare la apertura real y el coeficiente de caudal de cada opción.
Una válvula de aislamiento puede pasar la mayor parte de su vida útil completamente abierta, por lo que su resistencia se suma a la altura de bombeo cada vez que el sistema está en funcionamiento. El Departamento de Energía de EE. UU. Oportunidades de ahorro energético en las válvulas de control explica que la potencia necesaria para superar una caída de presión aumenta tanto con el caudal como con la magnitud de dicha caída.
Una válvula de control crea deliberadamente una restricción variable para regular el caudal. Si se reduce en exceso la caída de presión prevista en su diseño, puede disminuir su capacidad para controlar el sistema.
Esto conlleva una contrapartida: una válvula de control de tamaño excesivo puede reducir la resistencia en posición totalmente abierta, al tiempo que provoca grandes variaciones de caudal en una pequeña parte de su recorrido.
Compara ambos candidatos con el mismo caudal, las mismas condiciones del fluido y la misma carga de trabajo requerida. Una válvula de mariposa totalmente abierta y una válvula de globo parcialmente cerrada realizan funciones diferentes.
La cavitación y la formación de burbujas deben comprobarse por separado
Ambos tipos de válvulas requieren una comprobación de cavitación y vaporización cuando las condiciones del líquido suponen un riesgo. Comprueba la temperatura del líquido y su presión a través de la restricción y aguas abajo.
La cavitación se produce cuando la presión local desciende por debajo de la presión de vapor del líquido y se forman burbujas. A medida que la presión se recupera, las burbujas se colapsan y pueden dañar las superficies cercanas.
El fenómeno de «flashing» se produce cuando la presión aguas abajo se mantiene por debajo de la presión de vapor. El vapor persiste y la mezcla de líquido y vapor puede provocar la erosión de la válvula y de las tuberías aguas abajo.
Un conjunto interior adecuado para la válvula de bola puede ayudar a controlar la cavitación; el tipo de cuerpo por sí solo no ofrece esa protección. La elección de la válvula no puede evitar la formación de burbujas provocada por las condiciones del proceso; la geometría y los materiales ayudan a limitar los daños.
Coste de la válvula de mariposa frente al de la válvula de globo: comparación de la instalación completa
Las válvulas de mariposa suelen ser más económicas en tamaños más grandes. Para comparar el coste total, hay que tener en cuenta tanto la instalación y el funcionamiento como el precio de la válvula. Los materiales, la presión nominal, el diseño del asiento, los requisitos de control y el sistema de accionamiento pueden influir en cuál es la opción más económica.
Asegúrate de que los presupuestos cubran los mismos requisitos. Una válvula de mariposa manual con asiento elástico y una válvula de control de tipo globo automatizada son equipos diferentes. Indica el precio de cada paquete completo:
- El cuerpo de la válvula, el asiento, los componentes internos y las pruebas necesarias.
- El actuador, el posicionador, los interruptores y los accesorios.
- Modificaciones en las tuberías, soportes, elevación y acceso para la instalación.
- Energía de bombeo, mantenimiento, repuestos y tiempo de inactividad.
Un porcentaje fijo de ahorro resultaría engañoso. Una válvula de mariposa con asiento metálico, diseñada para un uso exigente, puede costar más que una simple válvula de globo con unas especificaciones diferentes.
Un ejemplo práctico muestra por qué la energía es importante
La pérdida de presión adicional supone un coste cuando la bomba tiene que proporcionar una altura manométrica adicional. A continuación se muestra un cálculo basado en datos hipotéticos; no representa un ahorro real medido con válvulas concretas.
Supongamos que un sistema de abastecimiento de agua tiene:
- Caudal de 0,02 m³/s, equivalente a 72 m³/h.
- Una caída de presión adicional evitable de 50 kPa.
- Eficiencia combinada de la bomba y el motor del modelo 70%.
- Funcionamiento durante 6.000 horas al año.
- La electricidad tiene un precio de $0,12 por kWh.
La potencia eléctrica adicional es aproximadamente de:
Potencia = caudal × caída de presión ÷ rendimiento
Utilizando las mismas unidades: 0,02 × 50 000 ÷ 0,70 = 1 429 vatios, o aproximadamente 1,43 kW.
Eso supone aproximadamente 8.570 kWh y $1.030 al año bajo estas hipótesis.
El ahorro real depende de la curva de la bomba y de los controles. Al eliminar la resistencia de un sistema de velocidad fija, es posible que aumente el caudal en lugar de reducirse el consumo de energía en esa misma cantidad. Las curvas de la bomba y del sistema determinan el punto de funcionamiento. Comprueba ese punto antes de considerar el cálculo como una estimación del ahorro energético.
Válvula de mariposa frente a válvula de globo: el diámetro de la tubería es solo el punto de partida
Las válvulas de mariposa suelen ahorrar espacio y peso a medida que aumenta el diámetro de la tubería. Las válvulas de control de tipo globo deben dimensionarse en función del caudal y la caída de presión requeridos, por lo que el diámetro de la tubería por sí solo no basta para decidir cuál de las dos opciones es la más adecuada.
Por ejemplo, Bray ofrece su gama de válvulas de mariposa de las series 30/31 en NPS 2-20, o DN 50-500. Es evidente que las válvulas de mariposa no se limitan a tuberías de 8 pulgadas o más.
Para la instalación, no te limites a comparar solo el diámetro nominal:
- Distancia entre las uniones de las tuberías.
- Altura total y espacio libre del actuador.
- Peso del conjunto y requisitos de soporte.
- Espacio para retirar el actuador, el capó o las piezas internas.
- Espacio libre para el disco de mariposa en el interior de las tuberías y accesorios adyacentes.
Comprueba la capacidad de caudal incluso cuando el tamaño de la brida coincida. Es posible que una válvula de control automático necesite un cuerpo más pequeño que el tubo de conexión.
Utiliza la capacidad de caudal para comprobar el tamaño
El coeficiente de caudal, Cv, relaciona el caudal de líquido con la caída de presión y permite comparar la capacidad real de la válvula. Para un caudal de líquido turbulento y no estrangulado, una relación simplificada que utiliza unidades del sistema estadounidense es:
Cv = Q × √(SG ÷ ΔP)
En esta fórmula, Q es el caudal en galones estadounidenses por minuto, SG es la densidad relativa del líquido respecto al agua y ΔP es la caída de presión de la válvula en psi.
Para un caudal hipotético de agua de 100 gpm (EE. UU.) con una presión diferencial de 10 psi, la densidad relativa (SG) es aproximadamente 1. Por lo tanto, el valor Cv requerido es 100 × √(1 ÷ 10), es decir, aproximadamente 31.6.
Para el servicio de control, localice el valor Cv 31,6 en la curva de caudal de cada candidato. A continuación, repita el cálculo con la demanda mínima y máxima para comprobar si la válvula puede controlar todo el rango.
La ecuación simplificada no tiene en cuenta todas las condiciones. La viscosidad, los reductores, la cavitación y el flujo estrangulado pueden requerir correcciones; el vapor y los gases requieren métodos de dimensionamiento para flujos compresibles.
La presión, la temperatura y el cierre pueden influir en la elección
Comprueba los valores nominales de presión y temperatura de la válvula, los materiales y las especificaciones de fugas en relación con tu aplicación. Estos límites varían dentro de cada familia de válvulas.
Un asiento resistente que funcione con agua refrigerada puede no ser adecuado para vapor o para un producto químico concreto. Los asientos metálicos pueden ampliar el rango de aplicación, pero aún es necesario verificar su comportamiento frente a las fugas.
Comprueba el cuerpo, el asiento, el disco o el embellecedor, la junta del vástago y el actuador. Todas las piezas del conjunto deben ser adecuadas para el uso previsto.
Ambos tipos permiten un cierre hermético
Ambos tipos pueden cumplir con requisitos exigentes de cierre cuando se especifican para dicha aplicación. Compare la construcción del asiento, la presión diferencial, la potencia del actuador, la dirección del flujo y las condiciones de ensayo antes de decidir cuál sella mejor.
Por ejemplo, Bray describe la serie 30/31 como un sistema que proporciona un cierre hermético bidireccional dentro de los parámetros especificados. Dichos parámetros se aplican a la familia de productos y a las condiciones indicadas.
Pide al proveedor que especifique la norma de ensayo, el medio de ensayo, la presión, la fuga permitida y la orientación aplicable. Considera una promesa sin fundamento de “fuga cero” como una especificación incompleta.
Las fugas en el asiento se producen a través de una válvula cerrada. Las fugas externas se producen a través de las empaquetaduras, las juntas o la pared de contención de presión. Especifica ambos requisitos cuando sea pertinente.
El acceso para el mantenimiento debe figurar en el pliego de condiciones
La válvula más fácil de mantener es aquella cuyo diseño e instalación permiten acceder a las piezas desgastadas y sustituirlas. Compara el acceso, las herramientas, las piezas de recambio y el tiempo de inactividad que conllevan las reparaciones que preveas.
Algunos modelos de válvulas de globo permiten acceder a la junta a través de la tapa, mientras que el cuerpo permanece en la tubería. En algunos casos, para sustituir el asiento de una válvula de mariposa es necesario extraer la válvula de entre las bridas.
Consulte el procedimiento en el manual de mantenimiento. Si no hay espacio suficiente para retirar una pieza desgastada, la reparación de una instalación compacta puede resultar más costosa.
¿Qué válvula se adapta mejor a tu aplicación?
En cuanto al aislamiento, es posible que lo más importante sea una resistencia baja en posición totalmente abierta. En cuanto a la modulación, la válvula debe controlar el rango de caudal requerido. Ten en cuenta estas aplicaciones hipotéticas a la hora de elaborar tu lista de candidatos.
Gran línea de aislamiento del agua de refrigeración
Una válvula de mariposa suele ser una opción acertada para una línea de aislamiento de agua de refrigeración de gran tamaño. Combina una baja resistencia en posición totalmente abierta con un cuerpo compacto. La guía de ZECO sobre Aplicaciones de las válvulas de mariposa con bridas abarca las tuberías de agua de refrigeración y otras instalaciones de gran diámetro.
Comprueba las características químicas del agua, el contenido en sólidos, la compatibilidad de las válvulas y la presión diferencial máxima de cierre. Ajusta una velocidad de cierre que se mantenga dentro de los límites de presión transitoria del sistema, aunque el disco solo necesite un cuarto de vuelta.
Suministro de vapor a un intercambiador de calor
Una válvula de control de tipo globo suele ser adecuada para un suministro de vapor que debe adaptarse a una demanda de calor variable. Seleccione el conjunto interno y el actuador para regular el caudal en todo el rango de funcionamiento requerido.
Comprueba la carga mínima con el mismo cuidado que la carga máxima. Las condiciones del vapor, la relación de presión, el ruido y el tiempo de cierre requerido influyen en la selección final.
Circuito de agua de caudal variable
Cualquiera de los dos tipos de válvula puede funcionar en un circuito de agua modulado, dependiendo del rango de caudal y de los requisitos de control. Una válvula de mariposa de grado de control puede ofrecer un ahorro útil de capacidad y espacio, mientras que una válvula de globo puede ser más adecuada para una regulación precisa a caudales más bajos.
Compara las posiciones de funcionamiento calculadas y el rendimiento de control. Si el valor de Cv es excesivo, es posible que gran parte de la carrera de la válvula tenga un efecto útil mínimo sobre el caudal.
Cómo elegir en cinco pasos
Facilita al proveedor datos operativos suficientes para calcular las dimensiones y comprobar el montaje. Sigue estos cinco pasos antes de aceptar una selección:
- Defina la función. Indique si la válvula aísla, regula el caudal de forma ocasional o modula de forma continua. Incluya la frecuencia de funcionamiento y la respuesta requerida en caso de fallo de la alimentación eléctrica o del aire de instrumentación.
- Registra las condiciones del proceso. Composición del fluido de alimentación, temperatura, presiones mínima y máxima, y caudal mínimo, normal y máximo. Incluye cualquier problema relacionado con los sólidos, la viscosidad o la corrosión.
- Evalúa ambas opciones. Solicita los valores Cv o Kv necesarios, las posiciones de recorrido previstas, los cálculos de caída de presión y las comprobaciones de cavitación, evaporación instantánea o ruido, según corresponda.
- Comprueba la instalación y el cierre. Verifica las conexiones, los valores nominales de presión y temperatura, los criterios de fugas, la fuerza o el par del actuador, el espacio libre y el acceso para el mantenimiento.
- Compara presupuestos completos. Analiza el precio de compra junto con los trabajos de instalación, las implicaciones energéticas, las piezas de recambio y las necesidades de mantenimiento previstas.
Pediría que me facilitaran el cálculo de la selección junto con el presupuesto. Si estás Solicitud de presupuesto para válvulas a ZECO, incluye los datos de funcionamiento indicados anteriormente para que se puedan evaluar conjuntamente las dimensiones, los materiales y el sistema de accionamiento.
Toma la decisión en función de la obligación exigida
Elige una válvula de mariposa cuando se adapte a las condiciones de funcionamiento y su tamaño compacto, su capacidad o su menor resistencia en posición totalmente abierta supongan una ventaja para la instalación. Elige una válvula de control de tipo globo cuando la regulación precisa y el conjunto interno adecuado justifiquen el espacio, el peso y la pérdida de presión adicionales.
Antes de realizar el pedido, confirma los cálculos y las especificaciones exactas del producto con el ingeniero responsable o con el proveedor de válvulas. De este modo, dispondrás de los datos de funcionamiento necesarios para decidir entre una válvula de mariposa y una válvula de paso.
