Las válvulas de mariposa se utilizan para iniciar, detener o regular el flujo de líquidos o gases a través de tuberías. Su nombre se debe al disco en forma de ala que pivota dentro del cuerpo de la válvula, similar al movimiento de una mariposa. Entre los diferentes tipos de válvulas de mariposa, las válvulas de mariposa de alto rendimiento (HPBV) y las válvulas de mariposa concéntricas son los dos diseños más comunes. Esta comparación desglosará las diferencias entre ambas en múltiples dimensiones para aclarar su función en aplicaciones industriales y municipales.
| Característica | Válvula de mariposa concéntrica | Válvula de mariposa de alto rendimiento |
| Diseño | Tallo central y disco | Vástago desplazado con asiento de metal |
| Mecanismo de sellado | Asiento elastomérico blando | Asiento de RPTFE |
| Clasificación de presión | Hasta 250 PSI | Hasta 600 PSI |
| Clasificación de temperatura | Hasta 180°C (356°F) | Hasta 260°C (536°F) |
| Desgaste y deterioro | Más alto debido al contacto con el asiento | Más bajo debido al diseño desplazado |
| Adecuación de la aplicación | Fluidos de baja presión | Fluidos de presión media y alta temperatura |
| Costo | Más bajo | Más alto |
1. Diseño y construcción
La diferencia principal entre las válvulas de mariposa concéntricas y las válvulas de mariposa de alto rendimiento radica en su diseño estructural, específicamente la posición del vástago y el disco de la válvula en relación con el cuerpo de la válvula y los materiales utilizados.
1.1 Válvulas de mariposa concéntricas
El diseño concéntrico se conoce como válvula de "desplazamiento cero" o de "asiento resiliente", ya que alinea el vástago y el disco de la válvula directamente con el centro del cuerpo de la válvula y el orificio de la tubería. Esta alineación central no presenta desviación.
1.1.1 Movimiento del disco
El disco gira 90° alrededor del eje del vástago de la válvula y se mueve desde completamente abierto (paralelo a la tubería) a completamente cerrado (perpendicular a la tubería) en todo su rango de movimiento.
1.1.2 Mecanismo de sellado
El sellado se logra mediante un ajuste por interferencia entre el borde del disco de la válvula y el asiento de la válvula de caucho resistente (como EPDM, acrílico o caucho fluorado) que recubre la superficie interna del cuerpo de la válvula.
1.1.3 Materiales
El cuerpo de la válvula generalmente está hecho de materiales de alta resistencia y resistentes a la corrosión, como hierro fundido, hierro dúctil o incluso acero inoxidable para aplicaciones menos exigentes, porque el asiento de goma de la válvula evita el contacto del fluido con el cuerpo de la válvula.
El disco puede ser de acero inoxidable, bronce de aluminio, hierro dúctil revestido o completamente revestido con metal, dependiendo de la corrosividad del fluido.
1.2 Válvulas de mariposa de alto rendimiento
Normalmente un diseño de doble desplazamiento con dos desplazamientos clave:
El tallo está ubicado detrás del disco en lugar de en el centro del disco, y
El conjunto de disco y vástago está desplazado respecto de la línea central del orificio de la tubería.
Algunas versiones avanzadas incluyen triple desplazamiento, pero el doble desplazamiento es estándar en los modelos de alto rendimiento.
1.2.1 Movimiento del disco
Debido al desplazamiento, el disco gira con una acción similar a una leva, lo que reduce el contacto con el asiento.
1.2.2 Mecanismo de sellado
El asiento está fabricado con materiales más duraderos, como teflón reforzado, para soportar presiones y temperaturas más altas. A diferencia del asiento de goma de una válvula concéntrica, el sello es más hermético y menos propenso a la deformación.
1.2.3 Materiales
El cuerpo y el disco están hechos de metales fuertes, como acero inoxidable, acero al carbono o aleaciones, para soportar condiciones adversas.
1.3 Resumen: Implicaciones de diseño
La simplicidad de la válvula concéntrica la hace ligera y compacta, ideal para la instalación directa. Sin embargo, su dependencia de un asiento de goma deformable limita su flexibilidad.
El diseño desplazado y los materiales más resistentes de las válvulas de alto rendimiento mejoran su durabilidad y adaptabilidad, pero a expensas de una mayor complejidad y peso.
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2. Capacidades de rendimiento
El rendimiento es el aspecto más variable de estas válvulas y el que más valoran y preocupa a los usuarios. Se analiza específicamente en términos de presión, temperatura, efecto de sellado y vida útil.
2.1 Válvulas de mariposa concéntricas
2.1.1 Clasificaciones de presión
Las válvulas de mariposa concéntricas generalmente soportan presiones de hasta PN16, pero esto varía según el tamaño y el material. Por encima de esta presión, el asiento de goma puede deformarse o fallar.
2.1.2 Clasificaciones de temperatura
La temperatura máxima es de 180 °C (356 °F), limitada por los límites térmicos del asiento de caucho o PTFE. Las temperaturas altas degradan el rendimiento del elastómero y perjudican el sellado.
2.1.3 Rendimiento de sellado
Puede proporcionar un cierre confiable en sistemas de baja presión, pero la fricción continua entre el disco de la válvula y el asiento de la válvula provocará desgaste, lo que reducirá la efectividad.
2.1.4 Limitación
Dado que las válvulas de mariposa son más adecuadas para la apertura y el cierre totales, si se utilizan para regular el flujo, el estrangulamiento a largo plazo acelerará el desgaste del asiento de la válvula, haciéndolo menos preciso y duradero.
2.1.5 Durabilidad
Al ser más elásticos, los asientos de válvula metálicos o reforzados son más duraderos que los de caucho. El diseño descentrado prolonga aún más la vida útil al limitar la fricción.
2.2 Válvula de mariposa de alto rendimiento
2.2.1 Clasificación de presión
Gracias a su estructura robusta y diseño desplazado que reduce la tensión en el asiento de la válvula, puede soportar presiones de hasta PN16.
2.2.2 Clasificación de temperatura
Dado que el asiento de la válvula utiliza RPTFE, puede funcionar eficazmente a temperaturas de hasta 536 °F (280 °C).
2.2.3 Rendimiento de sellado
Gracias al ajuste preciso del disco de válvula excéntrico y al resistente asiento de la válvula, las fugas son prácticamente nulas y el cierre suele ser prácticamente hermético. Esto la hace ideal para aplicaciones críticas.
2.2.4 Limitación
La construcción y los materiales utilizados en las válvulas de mariposa de alto rendimiento les permiten controlar con precisión el caudal incluso a altas presiones. El reducido contacto con el asiento minimiza el desgaste y mantiene la integridad del sello durante múltiples ciclos.
2.2.5 Durabilidad
Al ser más resistentes, los asientos de metal o reforzados son más duraderos que los de goma. El diseño descentrado prolonga aún más su vida útil al limitar la fricción.
2.3 Resumen: Aspectos destacados del rendimiento
Las válvulas concéntricas son adecuadas para condiciones estables de baja presión, pero fallan a presiones medias y altas.
Las válvulas de alto rendimiento ofrecen confiabilidad y vida útil superiores a un costo inicial más elevado.
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3. Aplicaciones
La elección entre válvulas de mariposa de línea media y válvulas de mariposa de alto rendimiento depende de las necesidades específicas del sistema en el que están instaladas.
3.1 Válvulas de mariposa concéntricas
Para sistemas de presión/temperatura baja a media donde el costo y la simplicidad son prioridades.
Usos comunes:
- Agua y aguas residuales: Las tuberías principales de agua, los sistemas de riego y alcantarillado municipales se benefician de su economía y aislamiento de fluidos.
- Alimentos y productos farmacéuticos: Los asientos de goma evitan que los fluidos sensibles se contaminen a través del cuerpo de la válvula.
- Suministro de gas: Las líneas de gas de baja presión lo utilizan para control de encendido y apagado.
- Protección contra incendios: Los sistemas de rociadores aprovechan su rápido funcionamiento y fiabilidad a presiones medias.
- Vapor de baja presión: para vapor de hasta 250 PSI y 350 °F.
3.2 Válvulas de mariposa de alto rendimiento
Para presiones bajas-medias o sistemas críticos que requieren precisión y durabilidad.
Usos comunes:
- Petróleo y gas: maneja productos químicos agresivos, petroquímicos y condiciones offshore con altas presiones y fluidos corrosivos.
- Generación de energía: Gestiona vapor a alta presión y agua de refrigeración en turbinas y calderas.
- Procesamiento químico: Resiste fluidos corrosivos y mantiene un cierre hermético en entornos volátiles.
- HVAC: Para sistemas grandes que requieren un control de flujo preciso.
- Construcción naval: Resiste condiciones marinas y manejo de fluidos a alta presión.
3.3 Superposición y diferencias de aplicaciones
Si bien ambas válvulas regulan el flujo, las válvulas concéntricas predominan en entornos menos exigentes y sensibles a los costos, mientras que las válvulas de alto rendimiento son las preferidas para los procesos industriales donde una falla puede tener graves consecuencias.
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4. Consideraciones operativas
Además del diseño y la aplicación, también influyen factores prácticos como la instalación, el mantenimiento y la integración del sistema.
4.1 Instalación
- Concéntrico: Instalación más sencilla debido al menor peso y a la compatibilidad más sencilla de las bridas.
- Alto rendimiento: Se requiere una alineación precisa debido al diseño desplazado y su peso requiere un soporte más fuerte.
4.2 Mantenimiento
- Concéntrico: El mantenimiento se centra en la sustitución del asiento de goma, un método de reparación relativamente rápido y económico. Sin embargo, el desgaste frecuente puede aumentar el tiempo de inactividad en sistemas con muchos ciclos.
- Alto rendimiento: El mantenimiento es menos frecuente debido al asiento duradero, pero las reparaciones (por ejemplo, reemplazar el asiento) son más costosas y técnicas, y generalmente requieren personal de mantenimiento profesional con herramientas especializadas.
4.3 Caída de presión
- Concéntrico: Los discos centrados crean más turbulencia cuando están parcialmente abiertos, lo que reduce la eficiencia en aplicaciones de estrangulamiento.
- Alto rendimiento: Los discos desplazados mejoran las características del flujo, reduciendo la cavitación y la caída de presión, especialmente a altas velocidades.
4.4 Actuación
Ambas válvulas se pueden utilizar con actuadores manuales, neumáticos o eléctricos, pero las válvulas de alto rendimiento a menudo se combinan con controles avanzados para una automatización precisa en entornos industriales.
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5. Análisis de costos y ciclo de vida
5.1 Costo inicial
Las válvulas concéntricas son significativamente más económicas porque son relativamente fáciles de construir y consumen menos material. Esto no ocurre con las válvulas de mariposa de alto rendimiento.
5.2 Costo del ciclo de vida
Las válvulas de alto rendimiento suelen ser más económicas a largo plazo porque requieren menos mantenimiento y reemplazo. En sistemas críticos, su fiabilidad también puede reducir los costos por inactividad.
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6. Conclusión: Resumen de ventajas y desventajas
6.1 Válvula de mariposa concéntrica
6.1.1 Ventajas:
- Rentabilidad: Los menores costes de fabricación y de materiales le confieren una ventaja presupuestaria.
- Diseño simple: Fácil de instalar, operar y mantener, con menos partes móviles.
- Aislamiento de fluido: Los asientos de goma protegen el cuerpo de la válvula, lo que permite el uso de materiales más económicos y mantiene la pureza del fluido.
- Ligero: ideal para aplicaciones donde el peso es una preocupación.
6.1.2 Desventajas:
- Rango limitado: los límites superiores son 250 PSI y 356 °F, lo que limita su uso a condiciones adversas.
- Susceptible al desgaste: la fricción constante del asiento puede provocar un rendimiento degradado, requiriendo un mantenimiento más frecuente.
- Rendimiento deficiente de estrangulamiento a alta presión: pierde precisión y sellado bajo presión.
6.2 Válvulas de mariposa de alto rendimiento
6.2.1 Ventajas:
- Alta capacidad: Puede soportar presiones medias a altas (hasta 600 PSI) y temperaturas (hasta 536 °F).
- Larga vida útil: el menor desgaste del asiento y los materiales duraderos prolongan la vida útil.
- Precisión: Excelente aceleración y apagado incluso en condiciones exigentes.
- Versatilidad: Adecuado para una amplia gama de fluidos y entornos.
6.2.2 Desventajas:
- Mayor costo: Los materiales costosos y el diseño complejo incrementan la inversión inicial.
- Complejidad: La instalación y la reparación requieren mayor experiencia.
- Peso: Una construcción más pesada puede complicar la modernización de algunos sistemas.
Las válvulas de mariposa concéntricas y las de alto rendimiento se utilizan en áreas que se solapan, pero que son diferentes, en el control de fluidos. El diseño de asiento de caucho sin desplazamiento de la válvula concéntrica la convierte en una opción práctica y asequible para aplicaciones moderadas como el suministro de agua, el procesamiento de alimentos o la protección contra incendios. Si el rendimiento y la resistencia son fundamentales, la válvula de mariposa de alto rendimiento es la solución. Para aplicaciones enterradas (como tuberías subterráneas), se pueden utilizar ambos métodos, pero el menor peso y el menor coste de la válvula concéntrica suelen prevalecer, a menos que las condiciones extremas lo exijan.