Las válvulas son dispositivos mecánicos básicos de los sistemas de tuberías que permiten controlar el flujo de un fluido. Estos elementos se diseñan para detener o controlar la circulación de líquidos o vapores utilizando sistemas de apertura y cierre. Nos proponemos en este artículo, profundizar en la definición, tipos, funciones y usos de las válvulas en la industria y el hogar.  

Definición básica de una válvula  

¿Cuál es la definición de válvula? Una válvula es un dispositivo diseñado para regular el paso de fluidos (líquidos o gases) en un contenedor o tubería. El mecanismo de una válvula consiste en permitir, restringir o detener el paso del líquido o vapor utilizando mecanismos como partes móviles que lo abren, cierran, o impiden parcialmente o totalmente el paso. No importa si estamos abordando instalaciones domésticas o los más complejos sistemas industriales, las válvulas son componentes clave en cualquier sistema de transporte de fluidos. Estos dispositivos son fundamentales en cualquier sistema de transporte de fluidos, desde los sistemas de mando domésticos hasta los complejos industriales más sofisticados.

Principios de funcionamiento de las válvulas

Como cualquier parte de una máquina, una válvula funcionará basándose en el principio básico de bloqueo controlado y obstrucción del paso de fluido. En los casos en los que necesitamos detener o controlar la circulación de líquido o gas, la válvula sirve como un mecanismo de partición variable que controla el tamaño de la abertura a través de la cual el fluido puede pasar. La modulación del paso puede ser parcial, como en el caso de control de flujo, o completa para detener el flujo por completo. Dependiendo del diseño de la válvula, se utilizarán diferentes mecanismos. Algunas utilizan elementos rotativos, como en las válvulas de bola; otras usan un disco que se mueve lateralmente perpendicular al flujo en las válvulas de compuerta; mientras que algunas utilizan elementos que restringen el paso mediante movimientos específicos. La presión nominal de cada válvula es crítica en su construcción porque determina la resistencia del dispositivo a las presiones de operación. Tal presión generalmente se marcará en documentos técnicos y es esencial en cualquier selección de válvula, especialmente en instalaciones de múltiples y de una sola constricción.

Elementos principales de una válvula

Como ocurre con cualquier equipo industrial, constituye una válvula un conjunto de elementos cuyas características son de gran importancia en conjunto. Dentro de los elementos constructivos que casi todas las válvulas poseen, se encuentran el cuerpo, que es el elemento que integra a la válvula con la tubería que la acompaña, el obturador que es la parte móvil que regula la pasada del líquido y que puede abrirse o cerrarse, el asiento que es la superficie contra la que el obturador se apoya para que la válvula sea estanca, el vástago que es el que da movimiento desde el exterior al obturador y los elementos de sellado que son aquellos que detienen las fugas. Estos componentes pueden poseer unas cuantas producciones en milímetros así como transformarse en decenas de metros en diferentes tipos de válvulas. La construcción de válvulas de precisión, industriales, tratamientos especiales, o bien, alta presión son factores importantes, especialmente cuando se trata de fluidos corrosivos.

Los tipos de válvulas más frecuentes y sus usos.

Válvulas esféricas o de bola

Las válvulas de esfera o válvulas de bola controlan el flujo de líquidos o gases en sistemas de tuberías. Su funcionamiento se basa en una esfera con un orificio que gira sobre su eje, esto permite y bloquea el paso del líquido o gas. Las válvulas de esfera tienen su cierre hermético con un esfuerzo mínimo. En el caso de materiales- válvulas de esfera, el funcionamiento es similar: alineando la válvula con el líquido, se permite fluir de forma continua. Si se gira la válvula más de 90°, el flujo se interrumpe rotundamente. Estas válvulas cumplen con requisitos de apertura/cierre rápido y su uso no lesiona donde se demandan bajos consumos. Además, su popularidad se debe a su buena durabilidad y fácil cuidado. En sistemas domésticos, estas válvulas se usan a modo de válvulas de paso en sistemas de plomería, mientras que en la industria se emplean para el manejo de líquidos y gases, incluyendo productos químicos agresivos, siempre que los materiales constructivos sean químicamente resistentes.

Válvulas de compuerta

Las válvulas de compuerta son uno de los diseños más antiguos y utilizados en la industria. Estas válvulas operan con un disco o barrera conocido como 'puerta' que se mueve perpendicular al flujo del fluido, permitiendo así un paso casi sin obstrucciones cuando está completamente levantada. Las válvulas de compuerta están diseñadas principalmente para ser operadas completamente abiertas o cerradas, y no son adecuadas para controlar el flujo de manera parcial, ya que puede causar vibraciones que resulten en un desgaste prematuro. Una característica de este tipo de válvula es la muy baja resistencia al fluido cuando está completamente abierta, por lo que son adecuadas para sistemas donde se necesita minimizar la pérdida de presión. Son especialmente ventajosas en redes de distribución de agua, en sistemas de riego y en otras aplicaciones donde no se requiere un ajuste frecuente del flujo. Aunque los principios de funcionamiento básicos de las válvulas de compuerta permanecen sin cambios, su evolución ha permitido mejoras en la facilidad de operación y la estanqueidad.

Válvulas de retención  

Las válvulas de retención o válvulas cheque o antirretroceso son vitales en el caso de las tuberías, ya que permiten el paso unidireccional del fluido, bloqueando el paso en caso de intentar revertir el flujo. A diferencia de otros tipos de válvulas, las de retención funcionan de manera automática sin presencia humana. En el caso de que el fluido intente revertirse, el mecanismo se cerrará bloqueando el paso; sin embargo, si el flujo avanza, se continuará desbloqueando la válvula. Este tipo de válvula es importante en situaciones donde el reflujo provoca daños, como el bombeo de líquidos donde se bloquea el retorno a la bomba al detenerse, evitando así el fenómeno del “golpe de ariete”. Existen varios tipos de válvulas de retención, con clapeta, disco, bola y pistón, cada uno para necesidades de baja y alta presión, baja y alta velocidad de flujo y también para diferentes tipos de fluidos. Una instalación y elección incorrecta hace que las válvulas pierdan su finalidad.

Clasificación de Válvulas Basada en el Mecanismo de Operación

Válvulas Manuales y Automáticas

La clasificación de válvulas según su modo de operación es crucial para entender su uso en diferentes aplicaciones. Como su nombre indica, las válvulas manuales requieren intervención humana para su operación. Estas incluyen muchas válvulas de bola, compuerta y globo operadas mediante volantes, palancas o llaves. Su principal ventaja es la simplicidad, fiabilidad y bajo costo, aunque este tipo de válvulas requieren presencia física para su operación. Por otro lado, las válvulas automatizadas tienen actuadores neumáticos, hidráulicos o eléctricos que permiten la operación remota. Esto es muy ventajoso en instalaciones grandes, peligrosas o de difícil acceso. Estos dispositivos pueden integrarse en un sistema de control distribuido, permitiendo el control automático del flujo basado en presión, temperatura y caudal. El uso de válvulas industriales automatizadas ha transformado industrias como la petroquímica, el tratamiento de aguas y la generación de energía eléctrica al permitir operaciones más seguras, eficientes y precisas. Las tendencias actuales indican un aumento en el uso de válvulas “inteligentes” con capacidades de diagnóstico e interfaces de comunicación con un sistema de gestión centralizada.

Válvulas de control vs válvulas de seguridad

En el ámbito de las válvulas industriales, es importante distinguir entre válvulas de control y válvulas de seguridad, ya que sus funciones son diferentes, aunque complementarias. Las válvulas de control se fabrican para gestionar de manera precisa el flujo de un fluido (líquido o gas) de forma controlada y continua, respondiendo a señales de sistemas de control para mantener la presión, temperatura o flujo dentro de valores establecidos. Estas válvulas reguladoras son elementos activos que cambian su grado de apertura continuamente en respuesta a señales de control para mejorar el proceso. Por otro lado, las válvulas de seguridad funcionan como dispositivos protectores que son pasivos durante la operación normal y activos durante las anomalías, como sobrepresiones que pueden dañar el equipo o presentar riesgos. Las válvulas de seguridad se abren para cesar la presión cuando se cruza un cierto umbral. Están diseñadas para activarse y descargar el exceso de presión, lo que asegura protección al sistema simultáneamente. Mientras que las válvulas de control funcionan dentro de un rango normal, las válvulas de seguridad son la última línea de defensa para evitar situaciones catastróficas. Es absolutamente esencial que estos componentes sean fiables y de tamaño apropiado.

Las válvulas reguladoras de presión y flujo

Las válvulas reguladoras constituyen un grupo especializado diseñado para mantener condiciones específicas del fluido tras el cambio de ciertas variables dentro del sistema. En el caso de presión, existen válvulas reguladoras que cuentan con un mecanismo de apertura y cierre autorregulable de acuerdo a la presión demandada aguas abajo. Una válvula reguladora de presión a menudo resulta crucial para el funcionamiento de otras máquinas ya que evita el daño de equipos susceptibles a sobrepresiones o en los casos donde insuficiencias de presión podrían dañar sistemas cuyo funcionamiento se vería comprometido. En otro sentido, las válvulas reguladoras de flujo permiten que el caudal se mantenga a un valor constante durante todo el proceso, sin importar los cambios en la presión. Estas funcionan mediante sistemas de autorregulación que adaptan el sistema a las condiciones del fluido. Sin embargo, hay versiones que se pueden acoplar a controladores para ajustes más complejos de dosificación. En la mayoría de los casos, la precisión de estas válvulas se cuantifica por la capacidad de mantener el parámetro regulado en un rango de error de ±0.01 a 0.03, con dispositivos que garantizan variaciones máximas de ±1% a ±5% comenzando de la rapidez controlada y la calidad del dispositivo.

Tipos de válvulas y su aplicación en la industria  

Aplicaciones en la industria petroquímica  

La industria de la petroquímica es sin duda uno de los principales y más severos sectores de uso industrial de válvulas. Las instalaciones requieren el manejo de fluidos con una alta corrosividad, y que son inflamables y tóxicos a la vez. Las condiciones de presión y temperatura son extremas. Las válvulas para la industria petroquímica están fabricadas con materiales especiales resistentes a la corrosión, como aceros inoxidables de alta aleación, aleaciones de níquel y materiales recubiertos con PTFE. En estas industrias, las compuerta valves de gran diámetro están comúnmente empleados en las líneas principales de transporte. En procesos donde son requeridos cerramientos herméticos y rápidos, las válvulas de bola y macho son extensamente utilizadas. Para el control de partes críticos, se tienen válvulas de globo y válvulas regulación con actuadores que responden a comandos digitales desde las salas de control. Un rasgo particular en la construcción de valves para esta rama de la ingeniería es que las clasifican por normas API (American Petroleum Institute) o las válvulas DIN (norma europea), que establecen mínimos rigurosos de resistencia, estanqueidad y compatibilidad. Por motivos de priorización, la seguridad también tiene un importante peso, de tal manera que muchas de estas válvulas tienen sistemas redundantes y capacidades de cierre de emergencia.

Válvulas para el tratamiento de agua

Las válvulas de tratamiento de agua son muy importantes a lo largo de todo el proceso, desde la captación hasta la distribución final del agua. En esta industria, hay una necesidad de válvulas que no solo controlen el flujo de agua, sino que también tengan una alta resistencia a la corrosión y cumplan con estrictas regulaciones sanitarias. Las válvulas de compuerta y las válvulas de mariposa son comúnmente utilizadas en los conductos principales porque pueden manejar altos caudales y tienen baja pérdida de presión. Se utilizan válvulas de regulación especiales para la dosificación exacta y precisa de productos químicos de tratamiento, incluyendo flujos de solo unos pocos milímetros cúbicos por minuto. El diseño de estas válvulas se centra críticamente en prevenir la contaminación del agua, por lo tanto están fabricadas con materiales certificados para contacto con agua potable, que son inertes y no lixivian sustancias nocivas. En los sistemas de bombeo, las válvulas de retención son muy importantes porque previenen el retroceso que puede contaminar fuentes de agua o dañar el equipo. En respuesta al aumento de la automatización de las instalaciones de tratamiento, hay un notable aumento en el uso de válvulas inteligentes que permiten el monitoreo en tiempo real de varios parámetros.