Diseño de vástago de válvula de bola: tipos de válvulas de bola flotante

A válvula de bola Es una válvula de movimiento rotacional que utiliza un disco en forma de bola para detener o iniciar el flujo de fluido. La bola, que se muestra en la figura siguiente, realiza la misma función que el disco en la válvula de globo.

Cuando se gira la manija de la válvula para abrir la válvula, la bola gira hasta un punto donde el orificio a través de la bola está alineado con la entrada y salida del cuerpo de la válvula. Cuando se cierra la válvula, la bola gira de modo que el orificio quede perpendicular a las aberturas de flujo del cuerpo de la válvula y se detiene el flujo.

Qué es Válvula de bola?

La mayoría de los actuadores de válvulas de bola son del tipo de acción rápida, que requiere un giro de 90° de la manija de la válvula para operar la válvula. Otros actuadores de válvulas de bola funcionan con engranajes planetarios. Este tipo de engranaje permite el uso de un volante y una fuerza operativa relativamente pequeños para operar una válvula bastante grande.

Algunas válvulas de bola se han desarrollado con un tapón recubierto de superficie esférica que está hacia un lado en la posición abierta y gira hacia el paso de flujo hasta que bloquea completamente la ruta del flujo.

El asiento se logra mediante el movimiento excéntrico del tapón. La válvula no requiere lubricación y puede usarse para servicio de estrangulación.

Las válvulas de bola son un tipo de equipo de tubería que cierra o controla el flujo en una tubería mediante el uso de una esfera hueca y asientos redondos sostenidos en un cuerpo de válvula. Existen dos tecnologías básicas para el diseño de válvulas de bola, el diseño de bola flotante y el diseño de bola montada sobre muñón.

Los componentes principales de una válvula de bola incluyen:

Cuerpo de válvula: recipiente a presión que contiene los componentes necesarios para controlar o cerrar el flujo a través de una tubería. Está diseñado para conectar dos o más secciones de tubería o tubería entre sí.

Bola: una esfera con una trayectoria de flujo (agujero o túnel) que pasa por el centro y un punto de conexión para que un eje la gire.

Asientos: discos redondos en forma de rosquilla que forman un sello entre el cuerpo y la bola.

Vástago: un eje que conecta la bola interna con el exterior de la válvula para facilitar la rotación de la bola.

Empaquetadura: sellos flexibles que se ajustan alrededor del eje y evitan que el medio que viaja a través de la válvula se escape hacia el exterior.

Bonete: la parte del cuerpo de la válvula que alberga el vástago y la empaquetadura.

Operador o actuador: dispositivo externo diseñado para girar el vástago de la válvula. Puede ser una palanca, un engranaje, un engranaje accionado por motor (actuador eléctrico) o un actuador neumático/hidráulico.

¿Qué tipos de válvulas de bola se utilizan en tuberías?

Las válvulas de bola no tienen un mecanismo complicado. Son fáciles de instalar y sencillos de usar. Su diseño simple los hace versátiles, pueden usarse en muchas aplicaciones industriales diferentes. Existen muchos tipos de válvulas de bola según la construcción y función de su cuerpo.

Tipos basados en la configuración del cuerpo

Los fabricantes de válvulas de bola clasifican estas válvulas según la configuración de su cuerpo. Existen cuatro tipos de válvulas de bola según su construcción.

Válvula de bola de entrada superior

Como sugiere el nombre, las válvulas de bola de entrada superior permiten el acceso a las partes internas de la válvula quitando la cubierta del capó en la parte superior. Estas válvulas se pueden montar y desmontar fácilmente. El fácil acceso permite la reparación y el mantenimiento sin tener que desconectar la válvula de bola de la tubería.

Válvula de bola de entrada final

Estas válvulas de bola tienen un cuerpo de una sola pieza. Las conexiones de la válvula son embridadas o atornilladas. La bola se inserta por un extremo y se mantiene en su lugar mediante un inserto atornillado. Las válvulas de bola de entrada final suelen ser de menor tamaño y se utilizan para aplicaciones que requieren menos presión.

Válvula de bola dividida

En las válvulas de bola de cuerpo dividido, el cuerpo de la válvula se divide en dos o tres piezas que se atornillan entre sí como bridas. Una parte del cuerpo siempre es más grande que el resto y es la que sostiene la pelota. El prensaestopas está construido alrededor de la parte más grande del cuerpo. Las válvulas de bola de cuerpo dividido suelen ser de mayor tamaño, aunque también puedes encontrar otras más pequeñas. Son fáciles de inspeccionar y mantener.

Válvula de bola soldada

En las válvulas de bola con cuerpo soldado, el casquete está soldado al cuerpo de la válvula. Esto hace que la válvula esté a salvo de cualquier tipo de fuga. No se puede acceder ni mantener las piezas internas de la válvula. Las válvulas de cuerpo soldado son adecuadas para aplicaciones subterráneas, tuberías submarinas y para regular el flujo de materiales peligrosos.

Tipos basados en el movimiento de la pelota

Diseño de bola flotante.

Una válvula de bola de diseño flotante intercala la bola hueca entre dos o más asientos ahuecados que forman un sello hermético entre el cuerpo y la bola en los puertos de entrada y salida del cuerpo de la válvula.

La bola gira (generalmente 90 grados) mediante un eje que sobresale del cuerpo de la válvula y está conectado a algún tipo de operador. Por este motivo, la mayoría de las válvulas de bola se denominan válvulas de cuarto de vuelta. Este eje no está unido rígidamente a la bola para que el asiento de la bola acune la bola evitando que se mueva hacia abajo en el cuerpo de la válvula.

Diseño de bola montada en muñón

La válvula de bola con diseño de muñón funciona casi de la misma manera que la bola flotante, excepto que los asientos están cargados por resorte contra la bola y la bola no pivota. En este diseño la bola sólo gira sobre su eje.

En la válvula de bola montada en muñón, la bola utiliza un segundo eje y un cojinete en la parte inferior de la bola. Este vástago o “poste” mantiene la parte inferior de la válvula en su lugar. La parte superior de la bola no tiene ranuras y el vástago superior está rígidamente unido a la bola. Esto evita que la bola se desplace hacia el asiento situado aguas abajo.

Tipos basados en orificios

El orificio es el diámetro interno de las bolas utilizadas en las válvulas de bola. Hay tres tipos básicos de válvulas de bola según el diámetro interior.

Válvula de bola flotante de puerto completo

La válvula de bola de puerto completo se llama así porque el diámetro del orificio de esta válvula coincide con el diámetro de la tubería conectada. Esto significa que no hay restricción para el flujo a través de la válvula. Las válvulas de bola de paso total o flujo total son ideales para situaciones en las que pigging puede ser requerido. Se utilizan ampliamente en las industrias química, petroquímica y de refinación.

Válvula de bola flotante de puerto reducido

Como sugiere el nombre, una válvula de puerto reducido tiene un diámetro interno que es uno o dos tamaños nominales menor que el diámetro interno de la tubería conectada. La ruta del flujo está restringida, lo que resulta en mayores pérdidas de energía. Una válvula de puerto reducido se utiliza principalmente en la industria del petróleo y el gas.

Válvula de bola flotante con puerto V

La válvula de bola con puerto en V presenta una bola en forma de V o un asiento con forma similar. Esta válvula de bola se utiliza en aplicaciones donde la velocidad del flujo debe mantenerse en un cierto nivel. Es por eso que la válvula de bola en V también se llama válvula de control.

Tipos basados en el número de piezas

Las válvulas de bola pueden alojarse en estructuras de una, dos o tres piezas.

Válvula de bola flotante de una pieza

Esta es la válvula de bola más barata porque cuenta con una sola pieza de carcasa soldada o forjada al cuerpo de la válvula. Las válvulas de bola de una sola pieza no se pueden abrir, por lo que la limpieza, el mantenimiento o el reemplazo de piezas es imposible. Esta válvula de bola es adecuada para aplicaciones industriales de pequeña escala y materiales como gases que no requieren mantenimiento de válvula.

Válvula de bola flotante de dos piezas

Esta válvula de bola está hecha de dos piezas de carcasa que están roscadas entre sí. Las válvulas de dos piezas se pueden desmontar para su limpieza y mantenimiento, pero eso requiere que la válvula esté desenganchada de la tubería.

Válvula de bola flotante de tres piezas

La válvula de bola de tres piezas presenta tres piezas diferentes de carcasa que están atornilladas entre sí. La válvula se puede limpiar y mantener fácilmente. Las piezas internas también se pueden reemplazar sin desenganchar la válvula de la tubería. Las válvulas de bola de tres piezas son más caras que los otros dos tipos de válvulas de esta categoría.

Materiales de válvulas

Las bolas suelen ser metálicas en cuerpos metálicos con adornos (asientos) hechos de materiales elastoméricos (materiales elásticos que se parecen al caucho). También está disponible la construcción de plástico.

Los asientos elásticos para válvulas de bola están fabricados con diversos materiales elastoméricos. Los materiales de asiento más comunes son teflón (TFE), TFE relleno, nailon, Buna-N, neopreno y combinaciones de estos materiales.

Debido a los materiales elastoméricos, estas válvulas no se pueden utilizar a temperaturas elevadas. Se debe tener cuidado en la selección del material del asiento para garantizar que sea compatible con los materiales que manipula la válvula.

Diseño de vástago de válvula de bola

El vástago de una válvula de bola no está sujeto a la bola. Normalmente tiene una porción rectangular en el extremo de la bola que encaja en una ranura cortada en la bola. La ampliación permite la rotación de la bola a medida que se gira el vástago.

Vástago de válvula de bola a prueba de explosiones

Algunos vástagos de válvulas de bola tienen una ranura cortada en la cara superior del vástago que muestra la trayectoria del flujo a través de la bola. La observación de la posición de la ranura indica la posición del puerto a través de la bola. Esta característica es particularmente ventajosa en válvulas de bola multipuerto.

El vástago a prueba de explosiones es una de las características básicas de diseño de la válvula de bola.

Vástago de válvula de bola Se inserta desde el interior del cuerpo de la válvula con un hombro integral tipo T para proporcionar una prueba de explosión de manera efectiva. Se inserta internamente como una función de asiento trasero para garantizar la seguridad del sellado del vástago.

Para describirlo en detalle, el vástago está sellado mediante juntas tóricas y anillos de empaquetadura y se mantiene en su posición mediante la carcasa del vástago que está atornillada al cuerpo de la válvula. Las juntas tóricas y los anillos de empaquetadura se comprimen y mantienen en su posición mediante la brida del casquillo, que está atornillada a la carcasa del vástago. Eso significa que cuando reemplazamos la empaquetadura, la característica del vástago a prueba de reventones puede evitar que el vástago sea empujado hacia afuera por la presión del interior de la válvula.

Diseño de capó de válvula de bola

Una tapa de capó se fija al cuerpo y mantiene el conjunto del vástago y la bola en su lugar. El ajuste de la tapa del bonete permite la compresión de la empaquetadura, que suministra el sello del vástago.

La empaquetadura para vástagos de válvulas de bola generalmente tiene la configuración de anillos de empaque moldeados, normalmente de TFE, material relleno de TFE o impregnado con TFE. Algunos vástagos de válvulas de bola están sellados mediante juntas tóricas en lugar de empaquetaduras.

Posición de la válvula de bola

Algunas válvulas de bola están equipadas con topes que permiten solo una rotación de 90°. Otros no tienen topes y pueden girar 360°. Con o sin topes, basta con una rotación de 90° para cerrar o abrir una válvula de bola.

La manija indica la posición de la bola de la válvula. Cuando la manija se encuentra a lo largo del eje de la válvula, la válvula está abierta. Cuando la manija se encuentra a 90° a través del eje de la válvula, la válvula está cerrada.

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