Introducción
Las válvulas de compuerta son algunas de las válvulas más comunes actualmente en uso. Otros tipos comunes incluyen las de tapón, de mariposa, de bola y de globo.
Sección Transversal de la Válvula de Compuerta
Las válvulas de compuerta se utilizan para iniciar y detener el flujo, pero no son adecuadas para regularlo. El flujo a través de una válvula de compuerta no es proporcional al grado de apertura de la válvula, lo que las hace inadecuadas para regulación. Si se intenta regular, el flujo se vuelve muy turbulento y de alta velocidad, lo que provoca desgaste en el asiento y el disco.
Las válvulas de compuerta ofrecen casi ninguna resistencia al flujo cuando están completamente abiertas; por lo tanto, el diferencial de presión a través de la válvula es muy bajo en esta posición.
Como la mayoría de las válvulas, la válvula de compuerta recibe su nombre del tipo de disco que utiliza.
Las válvulas de compuerta son siempre de movimiento lineal y no de movimiento rotatorio, es decir, requieren más de un ¼ de vuelta para pasar de la posición abierta a la cerrada.
Al igual que otros diseños de válvulas, el diseño de la válvula de compuerta se puede dividir en varias subcategorías. La primera categoría se basa en la forma del disco, que puede ser en forma de cuña o paralela. La segunda categoría es para diseños de vástago ascendente o no ascendente. Otras categorizaciones se basan en el tipo de disco utilizado:
- Sólido (cuña)
- Flexible (cuña)
- Dividido (cuña)
- Paralelo (paralelo)
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Construcción
Los principales componentes de una válvula de compuerta son el bonete, disco, asiento, arreglo de sellado (sellado de prensaestopas, caja de empaquetadura, etc.), vástago, cuerpo y actuador.
Componentes de la Válvula de Compuerta
Las válvulas de compuerta pueden ser accionadas manualmente (rueda de mano) o eléctricamente mediante un motor de alto torque.
La compuerta deslizante (disco) puede tener forma de cuña (cónica) o forma paralela. Los diseños en forma de cuña incluyen los diseños de cuña sólida, flexible y dividida.
Anillos de asiento se utilizan para facilitar el reemplazo de un asiento desgastado o con fugas. Los anillos de asiento tienen una rosca en el lado inverso que se puede atornillar en el cuerpo principal de la válvula, la superficie plana en el lado opuesto es el área de asiento que presiona contra el disco. Si no se utilizan anillos de asiento, es posible mecanizar un asiento plano en el cuerpo principal de la válvula, desafortunadamente esto hace que el reemplazo del asiento sea imposible y el asiento solo se puede mecanizar unas pocas veces antes de que toda la válvula deba ser reemplazada.
Los bonetes de las válvulas de compuerta suelen estar construidos de hierro fundido. El hierro fundido es frágil y esto hace que el bonete sea propenso a agrietarse. Se debe tener especial cuidado al manipular y mantener válvulas con bonetes de hierro fundido.
Como el vástago penetra a través del bonete de la válvula, es necesario instalar un prensaestopas para evitar fugas a través del espacio entre el vástago y el bonete; el sellado generalmente se logra utilizando un material de empaquetadura fibroso.
Bridas se instalan en el lado de succión y descarga de la válvula para que las tuberías se puedan conectar fácilmente.
Cómo Funcionan las Válvulas de Compuerta
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La compuerta deslizante (disco) se baja en ángulo recto en el camino del flujo hasta que alcanza el asiento de la válvula donde sella y detiene el flujo por completo. Para abrir la válvula, la compuerta deslizante se retrae en el bonete.
Condiciones de Servicio
Las válvulas de compuerta se emplean típicamente para temperaturas entre -20 a 60 °C, presiones de hasta 16 bar(g) y tasas de flujo de entre 5 (líquidos) a 20 (gases) metros por segundo. No se pueden alcanzar presiones más altas ya que se produciría daño en la empaquetadura.
Diseños de Vástago Ascendente y No Ascendente
Las válvulas de compuerta se clasifican como de vástago ascendente, o, no ascendente. `Ascendente` se refiere al vástago y si se eleva fuera del bonete de la válvula a medida que se abre la válvula.
Válvula de Compuerta Ascendente
‘No ascendente’ se refiere a que el vástago no se eleva desde el bonete de la válvula independientemente de la posición de la válvula.
Válvula de Compuerta No Ascendente
Los diseños de vástago ascendente retiran tanto el disco como el vástago del camino del flujo cuando la válvula está abierta. Los diseños de vástago no ascendente generalmente dejan el vástago dentro del camino del flujo cuando la válvula está abierta, aunque también es posible alojar completamente el vástago dentro del disco.
La válvula de compuerta de vástago no ascendente es preferida si el ambiente es corrosivo, por ejemplo, rocío del mar, etc., y no es deseable dejar el vástago permanentemente expuesto cuando la válvula está abierta. Por el contrario, si el medio que fluye es corrosivo, la válvula no ascendente puede no ser una buena opción porque el vástago permanece dentro del camino del flujo cuando la válvula está abierta.
Para los vástagos no ascendentes, el vástago gira dentro de la empaquetadura pero no se mueve verticalmente, por lo tanto, hay poco riesgo de que la suciedad o partículas extrañas dañen la empaquetadura o ingresen al sistema.
Las válvulas no ascendentes casi siempre están equipadas con un indicador visual local que indica la posición de la válvula. El diseño de vástago ascendente es preferido si se desea una indicación visual local rápida (es fácil identificar si la válvula está abierta o cerrada con el diseño de vástago ascendente).
Diseños de Disco Inclinado
Cuñas Sólidas
Las cuñas sólidas son las más simples, fuertes y adecuadas para muchos medios de flujo. Las cuñas sólidas a menudo se fabrican a partir de una sola pieza de metal y el tamaño del área del asiento del disco coincide con el tamaño del área del asiento de la válvula.
Cuñas Flexibles
Las cuñas flexibles se mecanizan alrededor del perímetro de la cuña para ayudar al disco a localizar la superficie de asiento más fácilmente. El tamaño del área mecanizada no debe ser demasiado grande ya que esto reduce la resistencia del disco (un disco más delgado es un disco más débil).
Las cuñas flexibles se emplean para sistemas que operan con grandes fluctuaciones de temperatura. A medida que cambia la temperatura del sistema, las dimensiones de las tuberías y la válvula también cambian debido al coeficiente de expansión térmica. Tener un área de asiento flexible/variable permite que la válvula se asiente correctamente incluso con cierta expansión y contracción de las partes.
Ejemplo de Cuña Flexible
Una válvula de cuña sólida está instalada dentro de un sistema de vapor. Si la válvula está en la posición cerrada cuando el sistema está caliente, la cuña puede quedar bloqueada/atascada contra el asiento de la válvula una vez que la temperatura de los componentes de la válvula disminuye. Esto hace que la válvula sea totalmente inoperable y permanecerá en la posición cerrada hasta que la temperatura del sistema vuelva a reducirse, o, hasta que todas las partes de la válvula alcancen la misma temperatura. Este tipo de problema se conoce como ‘atasco de válvula’.
Cuña Dividida
Las cuñas divididas ofrecen un asiento flexible en ambos lados de succión y descarga de la cuña. La cuña consta de dos mitades separadas, cada una de las cuales puede autoalinearse para asentarse correctamente; esta característica de autoalineación es posible gracias a la flexibilidad obtenida al usar dos mitades separadas para una cuña.
Diseño de Disco Paralelo
Disco Paralelo
Los discos deslizantes paralelos utilizan un resorte colocado entre los dos discos paralelos. El resorte se mantiene bajo compresión entre los discos paralelos y, por lo tanto, ejerce una fuerza constante hacia afuera sobre las superficies internas de los discos. A medida que la válvula se baja en el asiento de la válvula, el resorte se comprime aún más y la fuerza resultante ejercida por el resorte asegura que cada disco se presione firmemente contra el asiento.
Las válvulas de tipo disco paralelo se pueden usar para aplicaciones de alta y baja presión. La válvula es adecuada para cualquier sistema donde haya grandes fluctuaciones de temperatura.
Ventajas
La válvula de compuerta es muy simple en diseño, relativamente barata y fácil de mantener.
No hay casi caída de presión a través de la válvula cuando está en la posición completamente abierta.
El reemplazo del disco de la válvula de compuerta generalmente no es una tarea difícil.
El reemplazo de los anillos de asiento generalmente no es una tarea difícil.
Desventajas
Las válvulas de compuerta no son adecuadas para estrangular (cualquier posición de la válvula entre completamente abierta y completamente cerrada) ya que esto crea flujo turbulento y pérdidas por fricción. Una válvula dejada en la posición casi cerrada hará que el medio que fluye pase a muy alta velocidad a través de las superficies de asiento de la válvula, lo que puede causar daño a las superficies (‘erosión por alambre’) y fugas de la válvula.
Las válvulas de compuerta crean flujo turbulento cuando se estrangulan y experimentan vibraciones excesivas como resultado. Esta situación debe evitarse para prevenir daños a la empaquetadura de la válvula y otras partes internas.
En comparación con una válvula de globo, las superficies de asiento de una válvula de compuerta son más difíciles de reacondicionar (si no se utilizan anillos de asiento).
Detalles del Modelo 3D
Este modelo 3D muestra todos los componentes principales asociados con una válvula de compuerta típica, estos incluyen:
- Manija/Actuador
- Vástago
- Bonete
- Cuerpo
- Compuerta/Disco
- Asiento
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Gate_valve
https://www.avkvalves.eu/en/insights/product-insights/gate-valves/what-is-a-gate-valve