En una comparación entre una válvula de mariposa y una válvula de retención, la primera se abre, se cierra o regula el caudal según se le indique, mientras que la segunda limita automáticamente el flujo inverso. Utiliza una válvula de mariposa para el aislamiento o para tareas de regulación adecuadas, y una válvula de retención para la protección contra el reflujo; muchos sistemas de bombeo necesitan ambas.
| Factor de selección | Válvula de mariposa | La válvula de retención |
|---|---|---|
| Trabajo principal | Aislamiento controlado y tareas de regulación adecuadas | Prevención automática del reflujo |
| Mecanismo de operación | Un eje hace girar un disco unos 90 grados aproximadamente | Las fuerzas del fluido mueven un disco, una placa, una bola u otro elemento de cierre |
| Funcionamiento externo | Palanca, caja de cambios o actuador motorizado | Los diseños convencionales no necesitan ningún actuador externo |
| Dirección del flujo | Muchos modelos admiten el servicio bidireccional; comprueba las especificaciones técnicas. | Diseñado para permitir el flujo en sentido directo y impedir el flujo en sentido inverso |
| Ajuste del caudal | Posible dentro del rango de control especificado para el modelo | No está diseñado para mantener un ajuste de caudal preestablecido |
| Aplicaciones típicas | Distribución de agua, sistemas de climatización, aislamiento de procesos y determinadas tareas de control | Descarga de bombas, ramales de bombas en paralelo y tuberías de proceso que requieren protección contra el reflujo |
| Límites de presión y temperatura | Depende del diseño, los materiales, los asientos y la clase de presión | Depende del diseño, los materiales, los asientos y la clase de presión |
| Comparación de costes | Incluir el actuador, los controles, la instalación y las pérdidas de energía | Incluir el rendimiento de los cerramientos, la instalación, el mantenimiento y las pérdidas energéticas |
Cómo controla el caudal una válvula de mariposa
A válvula de mariposa Controla el flujo girando un disco en el interior de la tubería. Cuando el disco queda perpendicular al flujo, el fluido pasa a su alrededor. Si se gira hacia el asiento, el paso se cierra.
El disco recorre aproximadamente 90 grados, o un cuarto de vuelta, desde la posición abierta a la cerrada. Una palanca puede accionar válvulas más pequeñas. Para otros tamaños y condiciones de servicio, una caja de engranajes o un actuador proporcionan el par necesario.
Incluso cuando está completamente abierto, el disco permanece en la trayectoria del flujo. El fluido tiene que pasar a su alrededor, por lo que sigue habiendo cierta restricción y pérdida de presión.
La guía de Spirax Sarco sobre válvulas de aislamiento rotativas describe este mecanismo y su diseño compacto, que hace que las válvulas de mariposa resulten útiles en espacios reducidos.
¿Qué diseño de válvula de mariposa deberías tener en cuenta?
El diseño del asiento y la geometría del disco determinan qué válvula de mariposa es adecuada para su aplicación. Una válvula básica con asiento de material resiliente y una válvula de triple desplazamiento con asiento metálico pueden tener límites de funcionamiento muy diferentes.
Entre las opciones más habituales se encuentran:
- Las válvulas concéntricas con asiento elástico son habituales en sistemas de agua, climatización y servicios públicos en general, siempre que el material del asiento sea adecuado para el fluido y la temperatura.
- Las válvulas de doble desplazamiento reducen el roce del asiento durante el funcionamiento. Los modelos adecuados permiten hacer frente a aplicaciones de proceso más exigentes.
- Las válvulas de triple desplazamiento incorporan un desplazamiento geométrico adicional, normalmente con sistemas de sellado metálicos, para determinadas aplicaciones en condiciones de servicio extremo.
Los términos «Wafer», «lug» y «de doble brida» describen los tipos de conexión del cuerpo. No obstante, necesitarás las especificaciones del modelo para determinar su capacidad de presión y su rendimiento de regulación.
Adapta el diseño interno y el tipo de conexión a tu aplicación. La guía de selección de válvulas de mariposa de Bray explica en qué se diferencian estas familias de diseño.
Cómo evita el reflujo una válvula de retención
Una válvula de retención se abre con el flujo en sentido directo y se cierra automáticamente cuando las condiciones cambian hacia el flujo inverso. La gravedad, un resorte, la presión inversa o una combinación de estas fuerzas la cierran, dependiendo del diseño.
Supongamos que una bomba se detiene mientras la tubería aguas abajo sigue bajo presión. El fluido podría intentar volver a través de la bomba. Una válvula de retención adecuada se cierra para limitar ese movimiento inverso.
Cada situación requiere un mecanismo diferente:
- Una válvula de retención oscilante cuenta con un disco articulado que se abre al fluir el líquido hacia delante.
- A válvula de retención de doble disco cuenta con dos placas articuladas, normalmente asistidas por resorte, dentro de un cuerpo compacto.
- Una válvula de elevación o de pistón se abre cuando su elemento de cierre se separa del asiento.
- Una válvula de retención axial o de boquilla cuenta con un elemento de cierre guiado que se desplaza a lo largo del eje del flujo, a menudo con la ayuda de un resorte.
- Una válvula de bola se abre cuando la bola se desplaza de su asiento. Algunos modelos son aptos para aguas residuales u otros fluidos.
Elige entre ellas teniendo en cuenta el fluido, el rango de caudal, la orientación de instalación y el comportamiento de cierre que requiera tu sistema. El tamaño del cuerpo por sí solo no te indicará cómo funciona una válvula.
Por qué son importantes la presión de fractura y el caudal mínimo
La presión de apertura es la presión diferencial a la que una válvula de retención comienza a abrirse. No indica la caída de presión que se produce con cada caudal de funcionamiento ni si la válvula permanecerá abierta de forma estable.
Una válvula puede abrirse y, a continuación, vibrar a medida que fluctúa el caudal. Si es demasiado grande, puede permanecer demasiado tiempo parcialmente abierta, y los movimientos repetidos desgastan los componentes.
El tutorial sobre válvulas de retención de Spirax Sarco explica tanto el mecanismo de apertura como los problemas derivados de un dimensionamiento incorrecto.
Facilita al proveedor los caudales mínimo, normal y máximo, así como el diámetro de la tubería. Pregunta si la válvula propuesta funcionará de forma estable en todo ese rango.
Las diferencias que afectan al rendimiento del sistema
Las válvulas de mariposa permiten un control programado, mientras que las válvulas de retención responden automáticamente al fluido. Ambas requieren comprobaciones específicas para cada modelo en cuanto a presión, temperatura, fugas y comportamiento durante una parada.
Corte programado frente a cierre automático
Un operador o un actuador acciona una válvula de mariposa. El fluido acciona una válvula de retención convencional. Durante un corte de corriente o una desconexión de la bomba, esos diferentes factores determinan cómo responde cada válvula.
Una válvula de mariposa abierta no detecta ni bloquea por sí sola el flujo inverso. Un actuador de cierre automático sigue necesitando una secuencia de funcionamiento y un tiempo de cierre adecuados para el sistema.
Tampoco se puede utilizar una válvula de retención convencional para seleccionar un ajuste de caudal. Su elemento móvil puede quedar parcialmente abierto, pero son las condiciones del proceso las que determinan esa posición.
Para realizar tareas de mantenimiento, utilice el sistema de aislamiento especificado y compruebe que el equipo esté despresurizado. Una válvula de retención puede presentar fugas o atascarse, por lo que su mera presencia no garantiza un aislamiento seguro.
Presión nominal, estanqueidad y resistencia al caudal
Los límites de presión, las tasas de fuga y la caída de presión varían según el modelo en ambas familias de válvulas. Compare las válvulas concretas en función de la temperatura del fluido y las condiciones de caudal previstas.
Por ejemplo, Bray ofrece opciones de clase ASME 150 a 900 para su válvula de mariposa de triple desplazamiento Tri Lok, siempre que se respeten los límites de presión y temperatura de la configuración seleccionada. Estos diseños especializados permiten realizar funciones que van más allá del ámbito de las válvulas básicas de servicios públicos.
Muchas válvulas de mariposa sellan en ambas direcciones. Comprueba que la presión diferencial nominal requerida sea válida en cada dirección, así como la dirección de flujo recomendada por el fabricante y las especificaciones de cierre.
Para comparar la pérdida de presión, solicita al fabricante el coeficiente de caudal —normalmente Cv o Kv— o una curva de caída de presión. Utiliza tu caudal de funcionamiento y, en el caso de una válvula de control, la posición de apertura correspondiente.
Golpe de ariete y golpe de válvula de retención
Una válvula de mariposa que se cierre rápidamente puede provocar un golpe de ariete, y una válvula de retención mal adaptada puede golpear con fuerza. La instalación de una válvula de retención no garantiza que desaparezcan las oscilaciones de presión perjudiciales.
El golpe de ariete es una onda de presión provocada por un cambio brusco en la velocidad de un líquido, como el que se produce cuando una válvula de mariposa se cierra demasiado bruscamente.
Una válvula de retención puede golpear bruscamente cuando se produce una velocidad inversa considerable antes de que su elemento de cierre alcance el asiento. Los diseños asistidos por resorte con recorrido corto pueden reducir ese riesgo, siempre que su respuesta se adapte a la desaceleración del caudal del sistema.
En el caso de una tubería de impulsión larga o de una parada exigente de la bomba, solicita una evaluación de transitorios. La descripción “sin golpes de ariete” que figure en un catálogo debe ir respaldada por un comportamiento de cierre adecuado en tus condiciones de funcionamiento.
Cuando tu sistema necesita ambas válvulas
Se necesitan ambas funciones de la válvula cuando el sistema requiere protección automática contra el reflujo, así como aislamiento o control bajo comando. Las bombas en paralelo suelen tener estos requisitos por separado.
Imaginemos una instalación hipotética con dos bombas que alimentan el mismo colector.
Cuando una bomba se detiene, la bomba en funcionamiento puede mantener la presión en el colector común. Una válvula de retención situada en la rama de descarga de la bomba inactiva ayuda a evitar el flujo inverso a través de dicha bomba.
Una válvula de mariposa independiente puede desempeñar la función de aislamiento de la derivación, siempre que su capacidad de cierre y los procedimientos de aislamiento de la planta lo permitan. Las tareas de mantenimiento también pueden requerir el aislamiento aguas arriba, el drenaje, la purga o barreras adicionales.
Especifique por separado el rendimiento de cierre de la válvula de retención y los requisitos de aislamiento de la válvula de mariposa. Siga las instrucciones de diseño de las tuberías y del fabricante en cuanto a la separación y la disposición.
¿Cuánto cuestan las válvulas de mariposa y las válvulas de retención?
El coste de una válvula de mariposa frente al de una válvula de retención depende de la aplicación, la construcción y el paquete completo instalado. Ninguno de los dos tipos es siempre más barato.
Una válvula de mariposa manual con asiento elástico puede resultar económica en una tubería de agua de gran diámetro. Una válvula de mariposa motorizada añade un actuador a la compra. Los posicionadores, los interruptores y el cableado de control pueden aumentar aún más el coste de instalación cuando se requieran dichos accesorios.
Los precios de las válvulas de retención varían según el diseño: tipo wafer compacto, de aleta completa y axial de diseño especial. El presupuesto también depende del tipo de material, la clase de presión, las pruebas realizadas y el rendimiento de cierre que necesites.
Recomiendo incluir los mismos requisitos junto a cada presupuesto:
- Haga coincidir el tamaño nominal, la clase de presión, el material del cuerpo, los componentes internos, el asiento y las conexiones finales.
- Incluya el reductor o el actuador, la fuente de alimentación, los accesorios y la posición de seguridad requerida.
- Tenga en cuenta los soportes, el acceso, las operaciones de elevación, los trabajos en las bridas y el espacio disponible para las tuberías.
- Enumera las inspecciones, los certificados de materiales, las homologaciones pertinentes y los ensayos requeridos.
- Compara la pérdida de presión, las piezas de recambio, las inspecciones, las reparaciones y el tiempo de inactividad a lo largo de la vida útil de la válvula.
Cuando el sistema requiera ambas funciones, hay que presupuestar ambas válvulas. Aunque se adquiera una válvula de aislamiento más barata, seguirá siendo necesario cumplir con el requisito de protección contra el reflujo.
Ejemplo práctico del coste de la pérdida de presión
Una caída de presión adicional supone un gasto de energía cuando la bomba tiene que proporcionar una altura manométrica adicional para mantener el mismo caudal. La Directrices del Departamento de Energía de EE. UU. sobre el ahorro energético en las válvulas de control explica que la potencia necesaria para superar una caída de presión depende tanto del caudal como de la magnitud de dicha caída.
Para comparar a dos candidatos que desempeñan el mismo puesto, ten en cuenta estos datos hipotéticos:
- Flujo: 0,020 m³/s, o 72 m³/h.
- Pérdida de carga adicional: 20 000 Pa, o 0,20 bar.
- Eficiencia combinada de la bomba y el motor: 70%.
- Funcionamiento: 6.000 horas al año.
- Precio de la electricidad: $0,12 por kWh.
La potencia eléctrica adicional es de aproximadamente:
Caudal × caída de presión adicional ÷ rendimiento
Eso da 0,020 × 20 000 ÷ 0,70 = 571 vatios, es decir, unos 0,57 kW.
A lo largo de 6.000 horas, la energía adicional es de aproximadamente 3.429 kWh, con un coste aproximado de $411 al año bajo estas hipótesis.
Estas cifras sirven para ilustrar el cálculo; no son valoraciones del producto ni una previsión para su planta. El coste real viene determinado por su perfil de funcionamiento, la eficiencia de la bomba, los controles y la respuesta del sistema.
Cómo elegir la válvula adecuada en cinco pasos
Empieza por la función que debe cumplir la válvula y, a continuación, comprueba la compatibilidad con los fluidos, las características técnicas, el comportamiento del caudal y los detalles de instalación. Facilita esos requisitos a los proveedores para que puedan proponerte un modelo adecuado.
1. Definir qué debe hacer la válvula
Elija una válvula de mariposa para tareas de aislamiento o regulación adecuadas que requieran control manual o mediante un actuador. Elija una válvula de retención para evitar automáticamente el flujo inverso. Algunos sistemas necesitan ambas.
Redacta el requisito en una sola frase, por ejemplo: “Evitar el reflujo a través de la bomba en reposo”. Utilízalo para filtrar las opciones del catálogo.
2. Describe el fluido y su estado
Indique el fluido, el rango de temperatura, la concentración química, el contenido de sólidos y cualquier característica abrasiva o corrosiva. Estos datos afectan a todos los componentes en contacto con el fluido.
Comprueba el asiento, la vástago, el muelle y las juntas, así como el cuerpo. En el caso de las aguas residuales, infórmate sobre el paso de residuos y la acumulación de sedimentos. Para aplicaciones con productos químicos, solicita orientación sobre la compatibilidad en las concentraciones y temperaturas reales.
3. Comprueba el rango completo de funcionamiento
Compara los parámetros de la válvula propuesta con la presión máxima de funcionamiento, la temperatura, la presión diferencial y las condiciones transitorias previsibles. La selección puede venir determinada por algún límite aplicable a cualquier componente o condición de servicio.
Incluye el funcionamiento en vacío, las condiciones de limpieza y los casos de parada, cuando proceda. La designación de una clase de presión no indica una presión admisible fija para todas las temperaturas.
En el caso de las válvulas de mariposa motorizadas, compruebe que el actuador tenga un par suficiente para las condiciones especificadas y la acción de seguridad requerida.
4. Tamaño para el rango de caudal
Comprueba la válvula con caudales mínimos, normales y máximos, incluyendo el arranque y el funcionamiento con carga reducida. Debe funcionar en las condiciones reales de funcionamiento de tu planta, no solo en el punto de diseño.
En el caso de las válvulas de retención, solicita información sobre la apertura estable y la pérdida de presión. En el caso de las válvulas de mariposa de regulación, comprueba el rango de control útil, la velocidad, el riesgo de cavitación y los requisitos del actuador.
Que esté medio abierta no significa necesariamente que el caudal sea la mitad del caudal con la válvula totalmente abierta. Las características de la válvula y el resto del sistema de tuberías determinan la cantidad de fluido que pasa a través de ella.
5. Confirmar la instalación y el acceso al servicio
Antes de realizar el pedido, compruebe la orientación permitida, las dimensiones entre caras, la compatibilidad de las bridas, el espacio libre del disco y el acceso para el mantenimiento. Una válvula que se ajuste al diámetro nominal de la tubería puede, aun así, interferir con los componentes adyacentes.
Para válvulas de mariposa con orejetas, solicita una confirmación explícita de cualquier clasificación de servicio «sin salida» propuesta. Las orejas roscadas por sí solas no garantizan que la válvula pueda mantener la presión de forma segura tras la retirada de las tuberías situadas aguas abajo.
En el caso de una válvula de retención, siga la flecha de flujo y las instrucciones de orientación del modelo. Compruebe las posiciones de instalación permitidas, incluso si el diseño es de resorte o tipo wafer.
Errores que hay que evitar en la instalación y el mantenimiento
Una orientación incorrecta, un espacio libre insuficiente, unas condiciones de funcionamiento inadecuadas y el desgaste no tenido en cuenta pueden provocar problemas. Sigue las instrucciones de instalación y mantenimiento correspondientes al modelo concreto que vayas a instalar.
Antes de la puesta en servicio, retire los restos de la instalación y compruebe que las piezas móviles puedan desplazarse libremente. Compruebe que el disco de mariposa no toque el interior de la tubería ni los accesorios adyacentes.
Durante el mantenimiento, comprueba si hay nuevas vibraciones, sacudidas, fugas o ruidos de parada. Estos síntomas pueden indicar un problema de funcionamiento, así como componentes dañados.
En las válvulas de mariposa, revise el asiento, las juntas del vástago, el funcionamiento del actuador y los topes de recorrido. Compruebe si hay fugas tanto externas como internas.
En las válvulas de retención, revisa el asiento, las bisagras o guías y los resortes, si los hay. Comprueba si hay depósitos o indicios de fugas inversas.
Establece los intervalos de inspección basándote en las recomendaciones del fabricante y en tu historial de funcionamiento, teniendo en cuenta la intensidad del servicio y la frecuencia de los ciclos. El servicio con agua limpia y el servicio con materiales abrasivos que impliquen ciclos frecuentes no requerirán necesariamente el mismo programa de mantenimiento. Una norma general de sustitución cada seis meses no tiene en cuenta esas diferencias.
Antes de abrir cualquier equipo, siga los procedimientos de aislamiento, bloqueo, vaciado y despresurización del centro de trabajo. En los lugares de trabajo de EE. UU. sujetos a la norma de la OSHA sobre el control de la energía peligrosa, la energía peligrosa almacenada o residual debe neutralizarse, y un empleado autorizado debe verificar el aislamiento antes de que comience el mantenimiento.
Preguntas frecuentes
Las válvulas de mariposa y las válvulas de retención no son intercambiables en condiciones normales de funcionamiento. Los nombres similares, especialmente el de “válvula de mariposa de retención”, pueden hacer que la distinción resulte confusa.
¿Es lo mismo una válvula de retención de mariposa que una válvula de mariposa?
No. Por “válvula de retención de mariposa” se suele entender una válvula de retención de doble placa con dos placas articuladas que se asemejan a alas. Se cierra automáticamente para impedir el flujo inverso.
Una válvula de mariposa convencional cuenta con un disco accionado por un eje mediante una palanca, un reductor o un actuador. Comprueba el mecanismo de funcionamiento y la ficha técnica siempre que el nombre de un producto resulte ambiguo.
¿Puede una válvula de mariposa sustituir a una válvula de retención?
Una válvula de mariposa convencional no puede sustituir la función automática de una válvula de retención. Puede permitir el flujo inverso mientras está abierta y no reacciona de forma autónoma cuando el flujo se invierte.
Un sistema de válvulas accionadas de diseño específico podría gestionar la parada de la bomba. Aún es necesario evaluar de forma conjunta sus sensores, su comportamiento en caso de corte de suministro eléctrico, su sincronización y su rendimiento en condiciones transitorias.
¿Qué válvula es mejor para la regulación del caudal?
Una válvula de mariposa diseñada y dimensionada para funciones de control es la opción que hay que tener en cuenta para la regulación del caudal. Una válvula de retención convencional no dispone de una posición de apertura programable que permita ajustar el caudal.
Incluso con una válvula de mariposa, las tareas de control exigentes requieren una revisión del dimensionamiento. Las grandes reducciones de presión o un amplio rango de caudal pueden justificar un diseño diferente de la válvula de control.
¿Qué válvula requiere menos mantenimiento?
El mantenimiento depende del diseño y de las condiciones de funcionamiento. Una válvula de retención no requiere ninguna intervención habitual por parte del operador, pero sus componentes pueden sufrir desgaste, ensuciarse o atascarse.
Compara el acceso a las piezas de recambio, el número de ciclos previsto, la limpieza de los fluidos, los requisitos de inspección y las consecuencias de las fugas. El funcionamiento automático no elimina la necesidad de realizar mantenimiento.
Elige la válvula en función de la función que deba desempeñar
Elige una válvula de mariposa adecuada para el aislamiento o el ajuste del caudal según sea necesario, y una válvula de retención para la protección automática contra el reflujo. Especifica ambas cuando el sistema de tuberías requiera ambas funciones.
Antes de solicitar un presupuesto, recopila los datos sobre el fluido, las condiciones de funcionamiento, el rango de caudal, la pérdida de presión admisible y las limitaciones de instalación. Pide a los proveedores que indiquen el modelo exacto y faciliten sus datos de rendimiento, para que puedas comparar el funcionamiento y el coste total a la hora de evaluar una válvula de mariposa frente a una válvula de retención.
