Válvula de globo

¿Qué es una válvula de globo?

Las válvulas de globo, llamadas así por su forma exterior, se utilizan mucho en las tuberías de las plantas. Son aptas para funcionamiento manual y automático. A diferencia de la válvula de compuerta, la válvula de globo puede utilizarse para regular el caudal o la presión, así como para cortar completamente el flujo. También puede utilizarse a veces como válvula limitadora de presión o como válvula antirretorno. En comparación con una válvula de compuerta o de bola, la válvula de globo tiene una pérdida de presión considerablemente mayor en la posición totalmente abierta. Esto se debe a que el flujo de fluido cambia de dirección al atravesar la válvula. La relación L/D de este tipo de válvula es de aproximadamente 340. Las válvulas de globo se fabrican en tamaños de hasta NPS 16. Generalmente se accionan mediante volante.

¿Cómo funcionan las válvulas de globo?

Una válvula de globo está diseñada principalmente para detener, arrancar y regular el caudal. Se compone de un disco móvil y un asiento anular fijo en un cuerpo generalmente esférico. El asiento de una válvula de globo está en el centro de la tubería y paralelo a ella, y la abertura del asiento se cierra con el disco. Al girar la maneta, manualmente o mediante un actuador, el disco desciende o se eleva por medio del vástago de la válvula. Cuando el disco está completamente bajado, se cierra el paso del fluido. Cuando el disco está totalmente elevado, el caudal de fluido es máximo. Cuando el disco se eleva por debajo del nivel máximo, el caudal de fluido se regula proporcionalmente al recorrido vertical del disco.

Tipos de válvulas de globo

Hay tres diseños principales de cuerpo para válvulas de globo, a saber.. Tee patrón o Z-cuerpo, patrón de ángulo, y Wye patrón o Y-cuerpo del cuerpo.

Tee Pattern Válvula de globo

El diseño de la válvula de globo en T es el tipo de cuerpo más común, con un diafragma en forma de Z. La posición horizontal del asiento permite que el vástago y el disco se desplacen perpendicularmente a la línea horizontal. Este diseño tiene el menor coeficiente de caudal y la mayor caída de presión. Se utilizan en servicios de estrangulación severos, como en líneas de derivación alrededor de una válvula de control. Las válvulas de globo en T también pueden utilizarse en aplicaciones en las que la caída de presión no es un problema y se requiere estrangulación.

Válvulas de globo de escuadra

El diseño de las válvulas de globo en ángulo es una modificación de la válvula de globo en T básica. Los extremos de esta válvula de globo están en un ángulo de 90 grados, y el flujo de fluido se produce con un único giro de 90 grados. Tienen un coeficiente de caudal ligeramente inferior al de las válvulas de globo con patrón en estrella. Se utilizan en aplicaciones que tienen periodos de flujo pulsante debido a su capacidad para manejar el efecto de slugging de este tipo de flujo.

Válvulas de globo en estrella

El diseño de las válvulas de globo en estrella es una alternativa a la elevada caída de presión inherente a las válvulas de globo. El asiento y el vástago tienen un ángulo de aproximadamente 45 grados, lo que proporciona una trayectoria de flujo más recta a plena apertura y ofrece la menor resistencia al flujo. Pueden abrirse durante largos periodos sin sufrir erosión. Se utilizan mucho para estrangular durante operaciones estacionales o de arranque. Pueden atravesarse con una varilla para eliminar residuos cuando se utilizan en líneas de drenaje que normalmente están cerradas.

Construcción de válvulas de globo

Las válvulas de globo suelen tener vástagos ascendentes, y los tamaños más grandes son de construcción exterior de tornillo y yugo. Los componentes de la válvula de globo son similares a los de la válvula de compuerta. Este tipo de válvula tiene asientos en un plano paralelo o inclinado a la línea de flujo.

El mantenimiento de las válvulas de globo es relativamente sencillo, ya que los discos y los asientos se reparan o sustituyen fácilmente. Esto hace que las válvulas de globo sean especialmente adecuadas para servicios que requieren un mantenimiento frecuente de las válvulas. Cuando las válvulas se accionan manualmente, el menor recorrido del disco ofrece ventajas en cuanto al ahorro de tiempo del operario, especialmente si las válvulas se ajustan con frecuencia.

La principal variación en el diseño de las válvulas de globo radica en los tipos de discos empleados. Los discos tipo tapón tienen una configuración larga y cónica con una amplia superficie de apoyo. Este tipo de asiento ofrece la máxima resistencia a la acción erosiva de la corriente de fluido. En el disco de composición, el disco tiene una cara plana que se presiona contra la abertura del asiento como una tapa. Este tipo de disposición del asiento no es tan adecuada para la estrangulación por alta presión diferencial.

En las válvulas Globo de hierro fundido, los discos y los anillos de asiento suelen ser de bronce. En las válvulas Globo de acero para temperaturas de hasta 750 °F (399 °C), el embellecedor suele ser de acero inoxidable, lo que le confiere resistencia al agarrotamiento y al gripado. Las caras de contacto suelen tratarse térmicamente para obtener valores de dureza diferenciales. También se utilizan otros materiales para los embellecedores, incluidas las aleaciones a base de cobalto.

La superficie de asiento está rectificada para garantizar el contacto total de la superficie de apoyo cuando la válvula está cerrada. Para las clases de presión más bajas, la alineación se mantiene mediante una contratuerca de disco larga. Para presiones más altas, las guías del disco se funden en el cuerpo de la válvula. El disco gira libremente sobre el vástago para evitar el gripado de la cara del disco y el anillo de asiento. El vástago se apoya en una placa de empuje endurecida, eliminando el gripado del vástago y el disco en el punto de contacto.

Discos de válvula de globo

Los discos de las válvulas de globo utilizan tres diseños básicos de disco:

Disco esférico (disco convencional)

El disco de bolas es adecuado para bajas temperaturas y bajas presiones. Ideal para operaciones de arranque y parada. No es adecuado para regular el caudal.

Disco de composición （Enchufe giratorio）

Por definición, los discos compuestos constan de varios componentes. El disco se fabrica casi siempre en metal, mientras que un anillo no metálico se monta sobre el disco para formar la zona de asiento. El material del anillo no metálico se elige para que tenga buenas características contra la corrosión y la erosión, y puede fabricarse a medida para garantizar que sea adecuado para su propósito. Si el anillo no metálico se elige correctamente, debería permitir un mejor sellado. Los discos de material compuesto se emplean a menudo en aplicaciones de sistemas de vapor.

Disco de enchufe

Los discos obturadores tienen una forma alargada y cónica. La forma del disco de obturador lo hace mucho más adecuado para la estrangulación que los diseños de tipo disco compuesto y de bola.

Válvula de globo Conexión bonete

Los capós son otros componentes importantes de las válvulas de compuerta y de globo. Al desmontar el bonete, el personal de mantenimiento tiene acceso a los mecanismos internos y puede sustituir componentes como el asiento, el vástago, etc. (embellecedor). La conexión bonete - cuerpo de la válvula en las válvulas de globo tiene varios diseños. El bonete puede estar unido al cuerpo de la válvula mediante pernos, bridas, soldadura o mediante un mecanismo de sellado a presión; el bonete puede ser parte integrante del cuerpo de la válvula. A continuación se detallan algunas de las conexiones entre el bonete y el cuerpo de la válvula.

Conexión con bonete atornillado

El bonete atornillado es uno de los diseños más sencillos y económicos. Sin embargo, la junta del bonete debe acomodarse a las caras giratorias, y el desenroscado frecuente del bonete puede dañar las caras de la junta. Además, el par necesario para apretar la junta del bonete llega a ser muy grande para las válvulas de mayor tamaño. Por esta razón, el uso de bonete atornillado se restringe normalmente a tamaños de válvula no superiores a NPS 3.

Conexión por bonete soldado

Si el bonete está hecho de un material soldable, la conexión del bonete puede hacerse completamente por soldadura. Los bonete soldados no sólo son económicos, sino también los más fiables, independientemente del tamaño, la presión de funcionamiento y la temperatura. Sin embargo, uno de sus principales inconvenientes es que sólo se puede acceder al interior de la válvula retirando la soldadura, lo que puede provocar la deformación del bonete. Por este motivo, los bonete soldados se utilizan normalmente sólo cuando se espera que la válvula no requiera mantenimiento durante largos periodos de tiempo, cuando se trata de una válvula desechable o cuando la fiabilidad del sellado de la junta del bonete supera la dificultad de acceder a las partes internas de la válvula.

Anillo de unión Conexión del bonete

El bonete también puede sujetarse al cuerpo de la válvula mediante un anillo de unión atornillado independiente. Esta construcción tiene la ventaja de impedir cualquier movimiento entre las caras de la junta mientras ésta se aprieta. Por lo tanto, desenroscar repetidamente el bonete no puede dañar fácilmente las caras de la junta. Al igual que con el bonete roscado, el uso de bonete con anillo de unión roscado está restringido a tamaños de válvula normalmente no superiores a DN 80 (NPS 3).

Sello de presión Conexión del bonete

El bonete con sello a presión supera la desventaja del peso dejando que la presión del fluido apriete la junta. Por lo tanto, la junta del bonete se hace más estanca a medida que aumenta la presión del fluido. Este principio de construcción suele ser el preferido para las válvulas de gran tamaño que funcionan a altas presiones y temperaturas.

Venta de válvulas de globo

Sentido de circulación de las válvulas de globo

Para aplicaciones con bajas temperaturas, las válvulas de globo se instalan normalmente de forma que la presión quede por debajo del disco. Esto contribuye a un funcionamiento sencillo y ayuda a proteger la empaquetadura.

Para aplicaciones con servicio de vapor a alta temperatura, las válvulas de globo se instalan de forma que la presión esté por encima del disco. De lo contrario, el vástago se contraerá al enfriarse y tenderá a levantar el disco del asiento

Ventajas de la válvula de globo

• • Mejor cierre en comparación con la válvula de compuerta.

• • Bueno para el uso frecuente, ya que no hay temor de desgaste del asiento y el disco

• • Fácil de reparar, ya que se puede acceder al asiento y al disco desde la parte superior de la válvula

• • Funcionamiento rápido en comparación con la válvula de compuerta gracias a la menor longitud de carrera

• • Normalmente se acciona mediante un actuador automático

Ventajas de la válvula de globo

• • Elevada pérdida de carga por dos o más giros en ángulo recto del fluido que fluye dentro del cuerpo de la válvula.

• • Obstrucciones y discontinuidades en el paso del caudal que provocan una pérdida de carga elevada.

• • En una gran línea de alta presión, las pulsaciones y los impactos pueden dañar las piezas internas del embellecedor.

• • Una válvula de gran tamaño requiere una potencia considerable para abrirse y genera ruido durante su funcionamiento.

• • Es más pesada que otras válvulas de la misma presión nominal.

• • Más costosa que la válvula de compuerta.