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 abierto cuando el orificio que pasa por el medio de la bola está alineado con la entrada de flujo y cerrado cuando la manija de la válvula gira 90 grados, bloqueando el flujo. [1] La manija queda plana alineada con el flujo cuando está abierta y perpendicular a él cuando está cerrada, lo que facilita la confirmación visual del estado de la válvula. [2] La posición de cierre 1/4 de vuelta podría ser en sentido horario o antihorario.
Las válvulas de bola son duraderas, funcionan bien después de muchos ciclos y son confiables y se cierran de forma 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 prefieren a las válvulas de compuerta y de globo , pero carecen del control preciso de esas alternativas en aplicaciones de estrangulación.
La facilidad de operación, reparación y versatilidad de la válvula de bola la hacen adecuada para un amplio uso industrial, soportando 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 5 y 1200 mm (0,2 y 48 pulgadas). Los cuerpos de las válvulas están hechos de metal , plástico o metal con 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. Si la temperatura ambiente cae 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 las heladas". Este estilo de válvula de bola incorpora un tapón de congelación en el lateral, de modo que, en caso de congelamiento, el tapón de congelación se rompe, actuando como un punto de falla "sacrificial", lo que permite una reparación más fácil. En lugar de reemplazar toda la válvula, todo lo que se requiere es instalar un nuevo tapón de congelación. [4]
Para fluidos criogénicos o productos que puedan expandirse dentro de la bola, hay un respiradero perforado en el lado aguas arriba de la válvula. Esto se conoce como bola 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 congelación.
Hay 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 propia bola. El funcionamiento de la válvula es el mismo en todos los casos. [5]
Los cuerpos de una sola pieza proporcionan una construcción muy rígida; en algunas versiones la bola se puede quitar de la válvula sin sacar toda la válvula de la línea; sin embargo, los cuerpos de varias piezas ofrecen un mayor margen para el ingenio del diseño.
Además, existen diferentes estilos relacionados con el orificio del propio mecanismo de bolas. Y dependiendo de la presión de trabajo, las válvulas de bola se clasifican en 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 máxima de trabajo de las válvulas de bola de alta presión puede ser de hasta 15.000 psi (1.000 bar). Las válvulas de bola de alta presión se utilizan a menudo en sistemas hidráulicos, por lo que también se las conoce como válvulas de bola hidráulicas.
Las válvulas de bola en 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 reducido, son relativamente económicas y generalmente se reemplazan en lugar de repararse. Las válvulas de bola de dos piezas generalmente tienen un diámetro ligeramente reducido (o estándar) y pueden ser desechables o reparables. El diseño de tres piezas permite retirar fácilmente de la tubería la parte central de la válvula que contiene la bola, el vástago y los asientos. Esto facilita una limpieza eficaz de los sedimentos depositados, la sustitución de asientos y empaquetaduras de prensaestopas, el pulido de pequeños rayones en la bola, todo esto sin retirar los tubos 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 se recorta el exceso de material del cuerpo. [6]
Una válvula de bola de paso total (a veces de paso total ) tiene una bola de gran tamaño, de modo que el orificio de la bola es del mismo tamaño que la tubería , lo que resulta en una menor pérdida por fricción. El flujo no está restringido, pero la válvula es más grande y más costosa, por lo que solo se usa cuando se requiere flujo libre, por ejemplo en tuberías que requieren limpieza con raspado .
En las válvulas de bola de diámetro reducido (a veces de 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 da como resultado que el área de flujo sea más pequeña que la tubería. Como la descarga del flujo permanece constante y es igual al área del flujo (A) multiplicada por la velocidad (V), la velocidad aumenta al reducirse el área del 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 porcentuales iguales. Cuando la válvula está en la posición cerrada y se comienza la apertura, primero se abre el extremo pequeño de la 'v', 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 de fuga superior.
Muchas industrias encuentran 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 cuando el fluido cambia de vez en cuando puede ocurrir contaminación de un fluido con otro. Los residuos se producen porque en la posición semiabierta de la válvula de bola se crea una ranura entre el orificio de la bola y el cuerpo, en la que puede quedar atrapado el líquido. Para evitar que el fluido entre en esta cavidad, es necesario tapar la cavidad, lo que se puede hacer extendiendo los asientos de forma que quede siempre en contacto con la bola. Este tipo de válvula de bola se conoce como válvula de bola de llenado de cavidades.
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 funcionamiento normal, esto hará que la bola flote ligeramente corriente abajo. Esto hace que el mecanismo del asiento se comprima bajo la bola que lo presiona. Además, en algunos tipos, en caso de que alguna fuerza haga que el mecanismo del asiento se disipe (como el calor extremo del fuego fuera de la válvula), la bola flotará hasta llegar al cuerpo metálico que está diseñado para sellar contra la bola proporcionando una diseño algo a prueba de fallos. [7]
Las válvulas de bola accionadas manualmente se pueden cerrar rápidamente y, por tanto, existe peligro de golpe de ariete . Algunas válvulas de bola están equipadas con un actuador que puede funcionar de forma neumática , hidráulica o motorizada . Estas válvulas se pueden utilizar para encendido/apagado o control 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 en la apertura de la válvula en consecuencia.
Los materiales del cuerpo pueden incluir, entre otros, cualquiera de estos materiales:
Hay muchos tipos diferentes de asientos y sellos que también se utilizan en las válvulas de bola. Las válvulas generalmente se fabrican con diferentes materiales, cada una con aplicaciones específicas para las que son buenas debido a su compatibilidad química, presiones y temperaturas. Algunos de los materiales comúnmente utilizados incluyen latón, acero inoxidable, 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]
