Una válvula de bola es un dispositivo de control de flujo que utiliza una bola hueca, perforada y pivotante para controlar el fluido que fluye a través de ella. Está abierta cuando el orificio que atraviesa la bola está en línea con la entrada de flujo y cerrada cuando la manija de la válvula la gira 90 grados, bloqueando el flujo. [1] La manija se encuentra plana y alineada con el flujo cuando está abierta, y es perpendicular a él cuando está cerrada, lo que facilita la confirmación visual del estado de la válvula. [2] La posición de cierre de 1/4 de vuelta puede ser en sentido horario o antihorario.
Las válvulas de bola son duraderas, tienen un buen rendimiento después de muchos ciclos y son confiables, cerrando de manera segura incluso después de largos períodos de desuso. Estas cualidades las convierten en una excelente opción para aplicaciones de cierre y control, donde a menudo se las prefiere a las válvulas de compuerta y de globo , pero carecen del control preciso de esas alternativas en aplicaciones de estrangulamiento.
La facilidad de operación, reparación y versatilidad de la válvula de bola la hacen ideal para un amplio uso industrial, ya que soporta presiones de hasta 1000 bar (100 MPa ; 15 000 psi ) y temperaturas de hasta 750 °F (400 °C), según el diseño y los materiales utilizados. Los tamaños suelen oscilar entre 0,2 y 48 pulgadas (5 a 1200 mm). Los cuerpos de las válvulas están hechos de metal , plástico o metal con una capa de cerámica ; las bolas flotantes suelen estar cromadas para mayor durabilidad. Una desventaja de una válvula de bola es que cuando se usa para controlar el flujo de agua, atrapa el agua en la cavidad central mientras está en la posición cerrada. En caso de que la temperatura ambiente caiga por debajo del punto de congelación, los lados pueden agrietarse debido a la expansión asociada con la formación de hielo. [3] Algunos medios de aislamiento o cinta térmica en esta situación generalmente evitarán daños. Otra opción para climas fríos es la "válvula de bola tolerante a la congelación". Este tipo de válvula de bola incorpora un tapón anticongelante en el lateral, de modo que en caso de congelamiento, el tapón anticongelante se rompe y actúa como un punto de falla "sacrificio", lo que permite una reparación más sencilla. En lugar de reemplazar toda la válvula, todo lo que se requiere es la instalación de un nuevo tapón anticongelante. [4]
En el caso de fluidos criogénicos o productos que puedan expandirse dentro de la esfera, hay un orificio de ventilación perforado en el lado de entrada de la válvula. Esto se conoce como esfera ventilada.
Una válvula de bola no debe confundirse con una "válvula de retención de bola", un tipo de válvula de retención que utiliza una bola sólida para evitar un reflujo no deseado .
Otros tipos de válvulas de cuarto de vuelta incluyen la válvula de mariposa , la válvula de tapón y la válvula de bola a prueba de congelamiento.
Existen cinco estilos generales de cuerpo de válvulas de bola: cuerpo único , cuerpo de tres piezas , cuerpo dividido , entrada superior y soldada . La diferencia se basa en cómo se fabrican y ensamblan las piezas de la válvula, especialmente la carcasa que contiene la bola en sí. El funcionamiento de la válvula es el mismo en cada caso. [5]
Los cuerpos de una sola pieza proporcionan una construcción muy rígida, en algunas versiones la bola es extraíble de la válvula sin sacar toda la válvula de la línea, sin embargo, los cuerpos de varias piezas ofrecen un mayor alcance para el ingenio del diseño.
Además, existen diferentes estilos relacionados con el orificio del propio mecanismo de bola. Y dependiendo de la presión de trabajo, las válvulas de bola se clasifican como válvulas de bola de baja presión y válvulas de bola de alta presión. En la mayoría de las industrias, las válvulas de bola con presiones de trabajo superiores a 3000 psi (210 bar) se consideran válvulas de bola de alta presión. Por lo general, la presión de trabajo máxima para las válvulas de bola de alta presión es de 7500 psi (520 bar) y depende de la estructura, los tamaños y los materiales de sellado. La presión de trabajo máxima de las válvulas de bola de alta presión puede ser de hasta 15 000 psi (1000 bar). Las válvulas de bola de alta presión se utilizan a menudo en sistemas hidráulicos, por lo que también se conocen como válvulas de bola hidráulicas.
Las válvulas de bola de tamaños de hasta 2 pulgadas (51 mm) generalmente vienen en diseños de una sola pieza, dos o tres piezas. Las válvulas de bola de una pieza casi siempre tienen un diámetro interior reducido, son relativamente económicas y generalmente se reemplazan en lugar de repararse. Las válvulas de bola de dos piezas generalmente tienen un diámetro interior ligeramente reducido (o estándar) y pueden desecharse o repararse. El diseño de tres piezas permite que la parte central de la válvula que contiene la bola, el vástago y los asientos se pueda quitar fácilmente de la tubería. Esto facilita la limpieza eficiente de los sedimentos depositados, el reemplazo de los asientos y las empaquetaduras de los prensaestopas, el pulido de pequeños rayones en la bola, todo esto sin quitar las tuberías del cuerpo de la válvula. El concepto de diseño de una válvula de tres piezas es que sea reparable. Cada válvula se calienta hasta cierto punto, mientras que el exceso de material se recorta del cuerpo. [6]
Una válvula de bola de paso total (a veces, de puerto completo ) tiene una bola de gran tamaño para que el orificio de la bola sea del mismo tamaño que la tubería, lo que genera una menor pérdida por fricción. El flujo no tiene restricciones, pero la válvula es más grande y más cara, por lo que solo se utiliza cuando se requiere flujo libre, por ejemplo, en tuberías que requieren raspado .
En las válvulas de bola de diámetro reducido (a veces, puerto reducido ), el flujo a través de la válvula es un tamaño de tubería más pequeño que el tamaño de la tubería de la válvula, lo que hace que el área de flujo sea más pequeña que la tubería. Como la descarga de flujo permanece constante y es igual al área de flujo (A) multiplicada por la velocidad (V), la velocidad aumenta con la reducción del área de flujo.
Una válvula de bola con puerto en V tiene una bola en forma de "V" o un asiento en forma de "V". Esto permite características de flujo lineales e incluso de porcentaje igual. Cuando la válvula está en la posición cerrada y se inicia la apertura, el extremo pequeño de la "V" se abre primero, lo que permite un control de flujo estable durante esta etapa. Este tipo de diseño requiere una construcción generalmente más robusta debido a las velocidades más altas de los fluidos, que podrían dañar una válvula estándar. Cuando se mecanizan correctamente, estas son válvulas de control excelentes que ofrecen un rendimiento superior en cuanto a fugas.
Muchas industrias tienen problemas con los residuos en la válvula de bola. Cuando el fluido está destinado al consumo humano, los residuos también pueden ser un peligro para la salud y, si el fluido cambia de vez en cuando, puede producirse la contaminación de un fluido con otro. Los residuos surgen porque en la posición semiabierta de la válvula de bola se crea un espacio entre el orificio de la bola y el cuerpo en el que el fluido puede quedar atrapado. Para evitar que el fluido entre en esta cavidad, la cavidad debe taparse, lo que se puede hacer extendiendo los asientos de tal manera que siempre estén en contacto con la bola. Este tipo de válvula de bola se conoce como válvula de bola de llenado de cavidad.
Existen algunos tipos de válvulas de bola relacionadas con la fijación y el movimiento lateral de la bola:
Una válvula de bola de muñón tiene un anclaje mecánico adicional de la bola en la parte superior e inferior, adecuada para válvulas más grandes y de mayor presión (generalmente por encima de 3,9 pulgadas (10 cm) y 580 psi (40 bar)).
Una válvula de bola flotante es aquella en la que la bola no se mantiene en su lugar mediante un muñón. En condiciones normales de funcionamiento, esto hará que la bola flote ligeramente aguas abajo. Esto hace que el mecanismo de asiento se comprima debajo de la bola que presiona contra él. Además, en algunos tipos, en caso de que alguna fuerza haga que el mecanismo de asiento se disipe (como el calor extremo del fuego fuera de la válvula), la bola flotará hasta el cuerpo metálico que está diseñado para sellarse contra la bola, lo que proporciona un diseño algo a prueba de fallos. [7]
Las válvulas de bola operadas manualmente se pueden cerrar rápidamente y, por lo tanto, existe el peligro de golpe de ariete . Algunas válvulas de bola están equipadas con un actuador que puede operarse neumáticamente , hidráulicamente o mediante motor . Estas válvulas se pueden utilizar para control de encendido/apagado o de flujo. Una válvula de control de flujo neumática también está equipada con un posicionador que transforma la señal de control en la posición del actuador y la apertura de la válvula en consecuencia.
Los materiales del cuerpo pueden incluir, entre otros, cualquiera de estos materiales:
También se utilizan muchos tipos diferentes de asientos y sellos en las válvulas de bola. Las válvulas suelen fabricarse con diferentes materiales, cada uno con aplicaciones específicas para las que son útiles debido a su compatibilidad química, presiones y temperaturas. Algunos de los materiales más utilizados son el latón, el acero inoxidable, el bronce, etc. Estas opciones de materiales garantizan que las válvulas sean adecuadas para sus respectivas funciones, proporcionando un rendimiento eficiente y confiable en diversas industrias y aplicaciones. [8]
