Una válvula de cilindro de buceo o válvula de columna es una válvula de cierre atornillada de alta presión operada manualmente que se ajusta al cuello de un cilindro de buceo para controlar el flujo de gas respirable hacia y desde el recipiente de presión y para proporcionar una conexión con el regulador de buceo o el látigo de llenado . [1] Las válvulas de cilindro generalmente se mecanizan a partir de latón y se terminan con una capa protectora y decorativa de cromado . [2] Un tubo de inmersión de metal o plástico o un esnórquel de válvula atornillado en la parte inferior de la válvula se extiende dentro del cilindro para reducir el riesgo de que los contaminantes líquidos o particulados en el cilindro ingresen a los conductos de gas cuando el cilindro se invierte y bloqueen o atasquen el regulador. [3] [4]
Las válvulas de cilindros se clasifican según cuatro aspectos básicos: la especificación de la rosca para su fijación al cilindro, la conexión al regulador, la clasificación de presión y algunas características funcionales distintivas. Las normas relacionadas con las especificaciones y la fabricación de válvulas de cilindros incluyen la ISO 10297 y la Norma CGA V-9 para válvulas de cilindros de gas. [5]
El cuerpo de la válvula suele estar mecanizado a partir de una pieza de fundición o forjado de latón macizo, que se atornilla a la rosca del cuello del cilindro y se sella con una junta tórica o cinta roscada. La salida está mecanizada para adaptarse a uno de los sistemas de conexión de regulador de buceo estándar, y se proporciona un paso de gas desde el interior del cilindro hasta la conexión del regulador. El control del flujo de gas a través del paso de gas se realiza abriendo y cerrando un orificio de válvula mecanizado en el cuerpo de la válvula, girando la perilla de la válvula para impulsar el husillo de la válvula que mueve el asiento de la válvula hacia o lejos del orificio. El husillo se acopla con el asiento de la válvula mediante una ranura plana o un casquillo cuadrado en el extremo interior del husillo, que pasa a través del sello del husillo en la tapa de la válvula. La rotación del asiento lo impulsa a lo largo de su eje en una rosca de tornillo concéntrica con el orificio. El husillo suele estar sellado por una junta tórica donde pasa a través de la tapa, y las cargas axiales en el husillo suelen ser soportadas por una arandela de teflón o similar de bajo coeficiente de fricción. Se han utilizado otros dispositivos, pero el descrito es muy común y se conoce como válvula balanceada porque la presión del gas en el cilindro se ejerce sobre ambos lados del asiento de la válvula cuando no está sellado, porque el gas puede filtrarse más allá de las roscas del asiento. Históricamente, también se utilizaron otros dos dispositivos de husillo, la válvula no balanceada donde la periferia del asiento está sellada, y la válvula sin casquillo, donde el asiento de la válvula no gira, sino que está sellado en el cuerpo de la válvula detrás de un diafragma. La salida de la válvula está conectada a un regulador para el buceo, o a un látigo de llenado para la carga. La válvula debe estar abierta para estas operaciones, y cerrada para mantener el gas dentro del cilindro para su almacenamiento. [6] [3]
El cuello del cilindro es la parte del extremo que tiene la forma de un cilindro concéntrico estrecho y está roscado internamente para adaptarse a una válvula de cilindro. Las roscas del cilindro pueden tener dos configuraciones básicas: rosca cónica y rosca paralela. [1] La especificación de la rosca de la válvula debe coincidir exactamente con la especificación de la rosca del cuello del cilindro. Las roscas del cuello que no coinciden correctamente pueden fallar bajo presión, lo que puede tener consecuencias fatales. [7] [8] [9] [10] Las roscas paralelas son más tolerantes a la extracción y reinstalación repetidas de la válvula para inspección y prueba. [11] : s9
Existen varios estándares para las roscas del cuello, estos incluyen:
Los hilos paralelos se realizan según varios estándares:
Las roscas 3/4"NGS y 3/4"BSP son muy similares, tienen el mismo paso y un diámetro de paso que solo difiere en aproximadamente 0,2 mm (0,008 pulgadas), pero no son compatibles, ya que las formas de rosca son diferentes.
Todas las válvulas de rosca paralela están selladas mediante una junta tórica en la parte superior de la rosca del cuello que sella en un chaflán o escalón en el cuello del cilindro y contra la brida de la válvula.
Una junta tórica de goma forma un sello entre el metal de la válvula del cilindro y el metal del regulador de buceo . Las juntas tóricas de fluoroelastómero (por ejemplo, viton ) se pueden utilizar con cilindros llenos de mezclas de gases respirables ricos en oxígeno para reducir el riesgo de incendio. [18] Hay dos tipos básicos de conexión de válvula de cilindro a regulador en uso general para cilindros de buceo. Ambos se utilizan ampliamente para cilindros que contienen aire y en muchos países también para otros gases respirables para buceo:
El conector de yugo, también conocido como abrazadera en A o conector internacional, es un componente del regulador que se ajusta alrededor del cuerpo de la válvula en la salida y presiona la junta tórica de salida de la válvula contra el asiento de entrada del regulador. La conexión se describe oficialmente como conexión de yugo CGA 850. [19] El tornillo de sujeción del yugo se atornilla firmemente con la mano para asegurar el contacto de metal con metal entre la válvula y el regulador para restringir suficientemente la junta tórica contra la extrusión. Un apriete excesivo puede hacer que el yugo sea imposible de quitar más tarde sin herramientas. El sello se crea sujetando la junta tórica montada en una ranura en la cara de la válvula entre las superficies del regulador y la válvula. Cuando se abre la válvula, la presión del cilindro expande la junta tórica contra la superficie exterior de la ranura de la junta tórica en la válvula y la cara de la entrada del regulador. Este tipo de conexión es simple, barata y muy utilizada en todo el mundo. Se utilizan varios tamaños de juntas tóricas y tanto el diámetro total como el de sección pueden variar, pero es necesario elegir el tamaño correcto para la válvula para lograr un sellado confiable y para que la junta tórica no se caiga fácilmente durante la manipulación y el almacenamiento. Tiene una clasificación de presión máxima de 240 bar y no está bien protegida contra la sobrepresurización. Una fuerza de sujeción insuficiente puede permitir que la presión estire ligeramente la estructura del yugo, abriendo un espacio entre las caras de sellado de la válvula y el regulador lo suficiente como para extrudir la junta tórica a través del espacio, lo que resulta en una fuga potencialmente catastrófica. Un efecto similar puede ocurrir si la primera etapa se golpea contra el medio ambiente, flexionando el yugo lo suficiente como para abrir un espacio. Cuando se está bajo el agua, lo más probable es que esto ocurra en un entorno elevado donde el buceador no puede realizar un ascenso de emergencia inmediato. El riesgo de que esta causa de extrusión de la junta tórica sea aproximadamente proporcional a la presión en el cilindro y es menor para una estructura de yugo más rígida. [20] [3] Los reguladores más antiguos pueden tener un yugo clasificado para 200 bar, y es posible que no encajen en válvulas más recientes de 240 bar.
En los conectores de rosca DIN , el regulador se enrosca en la válvula del cilindro, atrapando la junta tórica de forma segura entre la cara de sellado de la válvula y la ranura de la junta tórica en el regulador. Estos son más confiables que las abrazaderas A porque la junta tórica está bien protegida y el conjunto es considerablemente más rígido y tiene un perfil más bajo, lo que hace que la extrusión de la junta tórica bajo impacto sea menos probable, pero los operadores en muchos países no utilizan ampliamente los conectores de llenado DIN en compresores o válvulas de cilindros que tienen accesorios DIN, por lo que un buzo que viaja al extranjero con un sistema DIN puede necesitar llevar un adaptador, ya sea para conectar el regulador DIN a un cilindro alquilado o para conectar una manguera de llenado con abrazadera A a una válvula de cilindro DIN. La conexión DIN es un poco más compleja de fabricar, pero si el sello es bueno cuando se abre la válvula, es probable que permanezca bueno durante toda la inmersión, incluso si golpea contra un techo sólido, y en consecuencia es la preferida por los buzos técnicos incluso donde el ajuste de horquilla es más popular en general. Las conexiones DIN están disponibles en dos especificaciones; para presiones de trabajo de hasta 232 bar y 300 bar. El diseño original del accesorio regulador de 200 bar con cinco roscas no sella en una válvula de 300 bar, lo que evita una posible sobrecarga, en particular de la manguera de alta presión y el manómetro sumergible, pero el accesorio de entrada del regulador DIN de 300 bar con siete roscas disponible en casi todos los reguladores recientes es compatible con válvulas de 200 y 232 bar, así como con las válvulas de 300 bar. La forma de la rosca es G5/8" x 14 tpi. La junta tórica se lleva en una ranura en el regulador. Se utilizan comúnmente dos tamaños de junta tórica. [3]
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Hay adaptadores disponibles para permitir la conexión de reguladores DIN a válvulas de cilindro de yugo (abrazadera A o adaptador de yugo), y para conectar reguladores de yugo a válvulas de cilindro DIN. [21] Hay dos tipos de adaptadores para válvulas DIN: adaptadores de enchufe y adaptadores de bloque. Los adaptadores de enchufe se enroscan en un zócalo de válvula DIN de 5 roscas, están clasificados para 232/240 bar y solo se pueden usar con válvulas que están diseñadas para aceptarlos. Estos se pueden reconocer por un hueco con hoyuelo opuesto a la abertura de salida, que se usa para ubicar el tornillo de una abrazadera A. Los adaptadores de bloque generalmente están clasificados para 200 bar y se pueden usar con casi cualquier válvula DIN de 5 roscas de 200 bar. Los adaptadores de abrazadera A o de yugo comprenden una abrazadera de yugo con un zócalo DIN en línea. Son ligeramente más vulnerables a la extrusión de junta tórica que las abrazaderas de yugo integrales, debido a un mayor apalancamiento en el regulador de primera etapa.
Varios fabricantes comercializan una primera etapa idéntica, que solo varía en la elección de la conexión de la válvula del cilindro. En estos casos, puede ser posible comprar componentes originales para convertir el yugo a DIN y viceversa. La complejidad de la conversión puede variar y las piezas no suelen ser intercambiables entre fabricantes. La conversión de los reguladores Apeks es particularmente sencilla y solo requiere una llave Allen y una llave de estrella .
También existen válvulas para cilindros de buceo que contienen gases distintos del aire:
Los componentes internos y otros componentes reemplazables de las válvulas a menudo son intercambiables con otras válvulas del mismo fabricante para un servicio similar. [3]
El volante o pomo de la válvula es un accesorio de goma, plástico o metal moleteado o estriado que se fija al eje de la válvula y se utiliza para girar el eje y abrir y cerrar la válvula. Los materiales habituales en los modelos más recientes son la goma dura o el plástico resistente, que suelen incorporar empuñaduras moldeadas y un inserto de metal para acoplarse a la parte cuadrada o plana del eje, al que suelen estar unidos mediante una tuerca ranurada. [3]
El tubo de inmersión, tubo antiescombros o tubo de esnórquel de válvula es un tubo corto atornillado en el orificio de la parte inferior del cuerpo de la válvula, que se proyecta hacia el espacio interno del cilindro. Su función es evitar que los residuos sueltos dentro del cilindro entren en los conductos de salida si el cilindro se invierte durante su uso, ya que dicho material puede obstruir o atascar el regulador. Originalmente, se fabricaban principalmente con tubos de latón, pero también suelen estar hechos de plástico, pero el latón sigue siendo el preferido para mezclas de gases con alta fracción de oxígeno, ya que presenta un menor riesgo de incendio. Algunos tubos de inmersión tienen un filtro unido al extremo inferior, a menudo hecho de latón sinterizado, pero la mayoría tienen una abertura simple. [18] [3]
Las válvulas de yugo tienen una clasificación entre 200 y 240 bar, y no parece haber ningún detalle de diseño mecánico que impida la conexión entre los accesorios de yugo, aunque algunas abrazaderas de yugo más antiguas no encajan en la popular válvula de cilindro de yugo/DIN combinada de 232/240 bar, ya que el yugo es demasiado estrecho.
Las válvulas DIN se fabrican con presiones nominales de 200 y 300 bar. La cantidad de roscas y la configuración detallada de las conexiones están diseñadas para evitar combinaciones incompatibles de accesorios de llenado o de regulador con la válvula del cilindro. [21]
El tipo de válvula de cilindro más comúnmente utilizado es la válvula simple de salida única, a veces conocida como "válvula K", [6] que permite la conexión de un solo regulador y no tiene función de reserva. Simplemente se abre para permitir el flujo de gas o se cierra para cerrarlo. Se utilizan varias configuraciones, con opciones de conexión DIN o de abrazadera en A y disposiciones de husillo verticales o transversales.
Hasta la década de 1970, cuando los manómetros sumergibles en los reguladores se volvieron de uso común, los cilindros de buceo a menudo usaban un mecanismo de reserva mecánico para indicar al buceador que el cilindro estaba casi vacío. El suministro de gas se cortaba automáticamente mediante una válvula accionada por resorte cuando la presión del gas alcanzaba la presión de reserva. Para liberar la reserva, el buceador tiraba hacia abajo de una varilla que corría a lo largo del costado del cilindro y que activaba una palanca para abrir una válvula de derivación. El buceador terminaba entonces la inmersión antes de que se consumiera la reserva. La reserva se podía ajustar mediante la rigidez del resorte, típicamente 300 libras por pulgada cuadrada (21 bar) para un solo cilindro, pero para juegos dobles 500 libras por pulgada cuadrada (34 bar) y juegos triples 700 libras por pulgada cuadrada (48 bar). [6] : 266 [25] En ocasiones, los buceadores activaban inadvertidamente el mecanismo mientras se colocaban el equipo o realizaban un movimiento bajo el agua y, sin darse cuenta de que ya se había accedido a la reserva, podían encontrarse sin aire en profundidad sin previo aviso. [1] [4] Estas válvulas se conocieron como "válvulas J" por ser el artículo "J" en uno de los primeros catálogos de fabricantes de equipos de buceo. La válvula de yugo sin reserva estándar en ese momento era el artículo "K", y a menudo todavía se la conoce como "válvula K". [6] Las válvulas J todavía las utilizan ocasionalmente los buceadores profesionales en visibilidad cero, donde no se puede leer el manómetro sumergible (SPG). Si bien la industria del buceo recreativo ha descontinuado en gran medida el soporte y las ventas de la válvula J, el Departamento de Defensa de los EE. UU., la Marina de los EE. UU., [26] NOAA (la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica) y OSHA (la Administración Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional) aún permiten o recomiendan el uso de válvulas J como una alternativa a un cilindro de rescate o como una alternativa a un manómetro sumergible. [26] Generalmente no están disponibles en las tiendas de buceo recreativo, pero aún están disponibles de algunos fabricantes. Pueden ser significativamente más caras que las válvulas K del mismo fabricante.
Menos común en los años 1950 a 1970 fue la "válvula R", que estaba equipada con una restricción que dificultaba la respiración a medida que el cilindro se acercaba al agotamiento, pero que permitía una respiración menos restringida si el buceador comenzaba a ascender y la presión del agua ambiental disminuía, lo que proporcionaba una mayor diferencia de presión sobre el orificio. Nunca fue particularmente popular porque si era necesario que el buceador descendiera durante la salida de una cueva o un naufragio, la respiración se volvería progresivamente más difícil a medida que el buceador se hundiera más, y eventualmente se volvería imposible hasta que el buceador pudiera ascender a una presión ambiental lo suficientemente baja. [6]
Las válvulas de reserva fabricadas por Dräger tenían una función similar a la válvula en J accionada por resorte, pero la válvula de reserva desviaba por completo la válvula principal cuando se abría. En una etapa, Poseidon comercializó un colector para cilindros gemelos que presentaba un par de válvulas simples en los cilindros, con una válvula de reserva montada en el bloque de salida central del colector. Este mecanismo retenía la presión de reserva en ambos cilindros, mientras que la disposición habitual con cilindros con colector era retener el gas de reserva en un solo cilindro, por lo que era necesario el uso de diferentes resortes para mantener una proporción aproximadamente constante del suministro total de gas.
Al llenar el cilindro, la válvula J obstruirá el flujo entrante de gas a menos que se abran las válvulas principal y de reserva.
Las válvulas de cilindro Y y H tienen dos salidas, cada una con su propia válvula, lo que permite conectar dos reguladores al cilindro. [27] Si un regulador "fluye libremente", que es un modo de falla común, o se congela, lo que puede suceder en agua por debajo de aproximadamente 5 °C, su válvula se puede cerrar y el cilindro respira desde el regulador conectado a la otra válvula. La diferencia entre una válvula H y una válvula Y es que el cuerpo de la válvula Y se divide en dos postes aproximadamente a 90° entre sí y a 45° del eje vertical, luciendo como una Y, mientras que una válvula H generalmente se ensambla a partir de una válvula diseñada como parte de un sistema de colector con un poste de válvula adicional conectado al zócalo del colector, con los postes de la válvula paralelos y verticales, que se parece un poco a una H. Las válvulas Y también se conocen como "válvulas de honda" debido a su apariencia. [28] Otro estilo de válvula de salida doble tiene las aberturas a 90° entre sí y con respecto a la línea central del cilindro. Se utilizan en cilindros de rebreather para que se pueda instalar un regulador de rescate además del regulador de suministro de rebreather.
Algunos modelos de válvulas de cilindro tienen husillos axiales (en línea con el eje del cilindro) y no son de mano. Las válvulas estándar de husillo lateral tienen la perilla de la válvula en el lado derecho del buceador cuando se montan en la espalda. Las válvulas de husillo lateral que se usan con colectores deben ser de mano derecha (una con la perilla a la derecha y la otra con la perilla a la izquierda), pero en todos los casos la válvula se abre girando la perilla en sentido contrario a las agujas del reloj y se cierra girándola en el sentido de las agujas del reloj. Esta es la convención con casi todas las válvulas para todos los propósitos. Los buceadores de montaje lateral usan válvulas de husillo lateral izquierdo y derecho. Estas pueden ser válvulas de colector obturadas o hechas especialmente para ese propósito. [29] [30]
Las válvulas que se pueden ensamblar como válvulas de salida simple o doble, o como válvulas emparejadas de un sistema de colector, se conocen como válvulas modulares. Generalmente están disponibles como válvulas de mano izquierda y derecha, con una segunda salida sin válvula en la que se puede enroscar un tapón de obturación, una segunda válvula o el extremo de un colector simple o de aislamiento. La salida secundaria de un lado puede tener rosca a la izquierda, generalmente indicada por una ranura alrededor del hexágono de la tuerca, ya que los colectores generalmente tienen algún ajuste de distancia central al girar el colector sobre su eje, lo que lo enroscará dentro o fuera de ambas válvulas al mismo tiempo. Esto hace que sea necesario tener una rosca coincidente en los tapones o válvulas secundarias. [31] [32] [33]
Poseidon introdujo un sistema de válvulas modulares más complejo, en el que se podía ensamblar una amplia variedad de configuraciones a partir de un conjunto de piezas estandarizadas.
Algunas normas nacionales exigen que la válvula del cilindro incluya un disco de ruptura , un dispositivo de alivio de presión que liberará el gas antes de que el cilindro falle en caso de sobrepresurización. [1] Si un disco de ruptura se rompe durante una inmersión, todo el contenido del cilindro se perderá en muy poco tiempo. El riesgo de que esto le suceda a un disco correctamente clasificado, en buenas condiciones, en un cilindro correctamente lleno es muy bajo. La protección contra sobrepresión del disco de ruptura se especifica en la Norma S1.1 de la CGA. Norma para dispositivos de alivio de presión. [5] La presión de ruptura del disco de ruptura generalmente se clasifica entre el 85 % y el 100 % de la presión de prueba. [11]
Componentes adicionales para mayor comodidad, protección u otras funciones, no necesarios directamente para la función como válvula.
Un colector de cilindros es un tubo que conecta dos cilindros entre sí para que el contenido de ambos pueda suministrarse a uno o más reguladores. [26] [34] : 164, 165 Hay tres configuraciones de colector de uso común. El tipo más antiguo es un tubo con un conector en cada extremo que está conectado a la salida de la válvula del cilindro y una conexión de salida en el medio, a la que se conecta el regulador. Una variación de este patrón incluye una válvula de reserva en el conector de salida. Los cilindros están aislados del colector cuando están cerrados, y el colector se puede conectar o desconectar mientras los cilindros están presurizados. [34] [6]
Más recientemente, se han puesto a disposición colectores que conectan los cilindros en el lado del cilindro de la válvula, dejando la conexión de salida de la válvula del cilindro disponible para la conexión de un regulador. Esto significa que la conexión no se puede hacer ni romper mientras los cilindros están presurizados, ya que no hay una válvula para aislar el colector del interior del cilindro. Este aparente inconveniente permite conectar un regulador a cada cilindro y aislarlo de la presión interna de forma independiente, lo que permite aislar un regulador defectuoso en un cilindro mientras que todavía permite que el regulador del otro cilindro tenga acceso a todo el gas en ambos cilindros. [34] Estos colectores pueden ser simples o pueden incluir una válvula de aislamiento en el colector, lo que permite aislar el contenido de los cilindros entre sí. Esto permite aislar el contenido de un cilindro y asegurarlo para el buceador si una fuga en la rosca del cuello del cilindro, la conexión del colector o el disco de ruptura en el otro cilindro hace que se pierda su contenido. [34] Un sistema de colector relativamente poco común es una conexión que se enrosca directamente en las roscas del cuello de ambos cilindros y tiene una sola válvula para liberar gas a un conector para un regulador. Estos colectores pueden incluir una válvula de reserva, ya sea en la válvula principal o en un cilindro. Este sistema es principalmente de interés histórico. [6]
También conocida como jaula de colector o jaula de regulador, es una estructura que se puede sujetar al cuello del cilindro o cilindros con colector para proteger las válvulas y las primeras etapas del regulador contra daños por impacto y abrasión durante el uso [34] : 166 y contra el cierre de la válvula por fricción del volante contra un cabezal. Una jaula de válvula suele estar hecha de acero inoxidable [34] y algunos diseños pueden engancharse en obstrucciones y líneas.
Las tapas de plástico se colocan sobre la abertura mediante fricción o se atornillan a un casquillo de válvula DIN para evitar que entre polvo y rocío en la abertura. Por lo general, no son 100 % confiables y se considera prudente abrir la válvula ligeramente para expulsar cualquier contaminación antes de realizar una conexión a la manguera de llenado o al regulador.
Una extensión de perilla de válvula (perilla slob) es una extensión flexible bastante larga para el eje de una válvula que permite al buzo abrir y cerrar la válvula si está en una posición en la que normalmente no puede alcanzarla.
Las normas relacionadas con las especificaciones y la fabricación de válvulas para cilindros incluyen la ISO 10297 y la CGA V-9 Standard for Gas Cylinder Valves [5] , las cuales especifican el diseño, las pruebas y el marcado de las válvulas para cilindros que se instalarán como cierre en cilindros de gas recargables y transportables. [35] La octava edición de la CGA V-9 la pone en consonancia con la ISO 10297. [36]
