Guía completa para la selección de válvulas de bola neumáticas

válvulas de bola neumáticasSe encuentran entre los tipos de válvulas más utilizados en los sistemas de control de automatización industrial modernos. En pocas palabras, una válvula de bola neumática es un dispositivo de conmutación accionado por aire comprimido. El actuador neumático gira la bola 90 grados para lograr la apertura o cierre de la tubería y también se puede usar para la regulación del flujo. Comparado con las válvulas manuales,Válvulas de bola neumáticasSon altamente automatizados, soportan el control remoto y responden rápidamente. En comparación con las válvulas eléctricas, son más seguras en entornos inflamables y explosivos porque no requieren energía eléctrica y no generan chispas.

La selección de la válvula de bola neumática es una tarea de ingeniería sistemática que requiere la consideración simultánea de tres componentes: el cuerpo de la válvula, el actuador del cilindro y los accesorios auxiliares. La selección incorrecta de cualquier componente puede hacer que la válvula funcione mal.

Los problemas menores solo pueden afectar la vida útil, mientras que los errores graves pueden evitar que la válvula cumpla con los requisitos del proceso e incluso pueden desencadenar accidentes de producción. Por lo tanto, antes de la selección, es necesario comprender a fondo los parámetros del proceso, como las propiedades del medio, la temperatura, la presión y los requisitos de flujo, así como el entorno operativo, incluidos los requisitos a prueba de explosiones y las condiciones de suministro de aire.

Después de comprender la estructura general y la importancia de la selección de la válvula de bola neumática, primero se debe discutir el componente central, el cuerpo de la válvula. El cuerpo de la válvula es la parte directamente en contacto con el medio controlado, y su diseño determina si la válvula puede adaptarse a las condiciones de funcionamiento.

El método de conexión entre la válvula y la tubería afecta directamente la conveniencia de la instalación y la confiabilidad del sellado:

• Conexión con bridas: el tipo de conexión más común, adecuado para varios diámetros. Es fácil de instalar y desmontar, proporciona un rendimiento de sellado fiable y es la opción preferida para los sistemas de tuberías industriales.
• Conexión de la oblea: Ofrece la estructura compacta, el diseño ligero, y las ventajas del ahorro de espacio. Es adecuado para instalaciones donde el espacio es limitado.
• Conexión roscada (rosca interna): Se utiliza principalmente para tuberías de pequeño diámetro (generalmente por debajo de DN50). La instalación es simple y conveniente.
• Conexión roscada externa: Menos comúnmente utilizada y generalmente aplicada en condiciones especiales.
• Conexión de montaje rápido: se utiliza principalmente en industrias como la alimentaria y la farmacéutica, donde los requisitos de higiene son estrictos. Permite un rápido desmontaje y limpieza.
• Conexión soldada: Incluyendo soldadura a tope y soldadura de socket, proporcionando el mejor rendimiento de sellado. Es adecuado para aplicaciones de alta presión, alta temperatura o con fugas restringidas.

La estructura de sellado determina las condiciones de trabajo aplicables de la válvula.

• Válvula de bola de sello duro de metal: tanto el asiento como la bola están hechos de materiales metálicos. Esta estructura puede soportar altas temperaturas (más de 500 ° C) y es altamente resistente al desgaste, lo que la hace adecuada para medios que contienen partículas sólidas como cenizas o lechadas de carbón. Sin embargo, el rendimiento de sellado es relativamente más débil, y lograr cero fugas es difícil.
• Válvula de bola de sello suave: el asiento de la válvula está hecho de materiales elásticos como el politetrafluoroetileno (PTFE) o el polifenileno (PPL). Estas válvulas proporcionan un excelente rendimiento de sellado y pueden lograr cero fugas, lo que las hace adecuadas para gases y líquidos limpios. Sin embargo, la resistencia a la temperatura es limitada, generalmente no superior a 200 °C, y no son adecuados para medios que contienen partículas sólidas.

El material del cuerpo de la válvula debe seleccionarse en función de las características del medio y la temperatura de funcionamiento:

• Acero al carbono: el material más utilizado, adecuado para medios de agua, vapor y aceite. El intervalo de temperatura es de aproximadamente-29 °C a 425 °C.
• Acero de baja temperatura: Adecuado para condiciones criogénicas por debajo de-100 ° C, como los sistemas de gas natural licuado (GNL).
• Acero inoxidable 304/304L: adecuado para medios ligeramente corrosivos, comúnmente utilizados en las industrias alimentaria y química.
• Acero inoxidable 316/316L: ofrece una mejor resistencia a la corrosión y es adecuado para agua de mar, medios ácidos y otros ambientes corrosivos.
• Acero inoxidable dúplex: de alta resistencia y resistente a la corrosión por tensión de cloruro, adecuado para plataformas en alta mar y sistemas de desalinización de agua de mar.
• Aleación de titanio: Altamente resistente a la corrosión fuerte pero costoso, generalmente utilizado en aplicaciones especiales.

Seleccione el tipo de válvula apropiado según la temperatura de funcionamiento:

• Válvula de bola de temperatura normal: -40 °C a 120 °C, adecuada para condiciones generales de trabajo
• Válvula de bola de temperatura media: 120 °C a 450 °C, adecuada para sistemas de vapor y aceite caliente
• Válvula de bola de alta temperatura: ≥ 450 ° C, requiere diseño y materiales especiales
• Válvula de bola de baja temperatura: -100 °C a-40 °C, utilizada en sistemas de refrigeración
• Válvula de bola de temperatura ultra baja: ≤-100 °C, utilizada para sistemas de gas criogénico profundo

• Válvula de bola de baja presión: PN ≤ 1.6MPa, adecuada para tuberías generales de agua y gas
• Válvula de bola de presión media: 2.0-6.4MPa, adecuada para sistemas de tuberías industriales
• Válvula de bola de alta presión: ≥ 10MPa, utilizada en sistemas hidráulicos de alta presión y unidades de hidrogenación
• Válvula de bola de vacío: por debajo de la presión atmosférica, utilizada en sistemas de vacío

• Válvula de bola flotante: la bola puede flotar ligeramente y se presiona contra el asiento por presión media para lograr el sellado. Es adecuado para aplicaciones de media y baja presión y pequeño diámetro.
• Válvula de bola fija: la bola se fija mientras el asiento está flotando. Es adecuado para aplicaciones de alta presión y gran diámetro.
• Válvula de bola con muesca en V: la bola contiene una muesca en forma de V y proporciona una función de regulación con una gran relación de reducción. Es adecuado para aplicaciones de control de flujo.
• Válvula de media bola excéntrica: ofrece un excelente rendimiento de sellado y un bajo par de funcionamiento, adecuado para medios que contienen partículas sólidas.
• Válvula de bola rotativa: una estructura especial utilizada para condiciones de alta presión diferencial.

• Válvula de bola de dos vías: la estructura más común, utilizada para el control de conmutación simple.
• Válvula de bola de tres vías: incluye pasajes de flujo tipo L y tipo T, lo que permite la desviación o fusión del medio.
• Válvula de bola de cuatro vías: se utiliza para una conmutación de dirección de flujo más compleja.

Después de seleccionar el cuerpo de la válvula, muchos usuarios se confunden con la selección del actuador: ¿Cuál es la diferencia entre los tipos de acción simple y de doble acción? ¿Qué tipo de cilindro es más adecuado para condiciones de funcionamiento específicas? ¿Cuánto par de salida se requiere? Este capítulo responde a estas preguntas clave.

• Actuador neumático de pistón de doble acción: este es el tipo más común y consiste en un cuerpo de cilindro, tapas de extremo, pistón, eje de engranaje, bloques de límite, tornillos de ajuste e indicador de posición. El aire comprimido sirve como fuerza motriz para empujar el movimiento del pistón. El mecanismo de cremallera y piñón convierte el movimiento lineal del pistón en una rotación de 90 grados del eje de la válvula. Los actuadores de doble acción requieren dos puertos de aire que alternativamente el aire de admisión y de escape para lograr la rotación hacia adelante y hacia atrás. Sus ventajas incluyen una salida de alto par, velocidad de respuesta rápida y una estructura simple y confiable.
• Actuador neumático de pistón de acción simple: basado en el tipo de doble efecto, se agregan resortes de retorno. Cuando falla el suministro de aire, la fuerza del resorte devuelve la válvula a una posición segura. Este diseño mejora la seguridad del sistema y evita accidentes causados por la interrupción del suministro de aire. Al seleccionar un actuador de efecto simple, es necesario definir claramente si la posición segura está normalmente abierta o normalmente cerrada. Normalmente cerrado (tipo aire a abierto): la válvula se cierra cuando no hay suministro de aire y se abre cuando se suministra aire. Normalmente abierta (tipo aire-cierre): La válvula se abre cuando no hay suministro de aire y se cierra cuando se suministra aire.

Tres tipos principales del cilindro son ampliamente utilizados en el mercado:

• Cilindro GT: Un modelo clásico anterior con una estructura simple. Sin embargo, los accesorios de instalación requieren soportes, lo que hace que la instalación sea relativamente incómoda.
• AT: Una versión mejorada del cilindro GT y actualmente el producto principal. La mayor ventaja es la instalación sin soporte con válvulas de bola, lo que hace que la instalación sea más rápida y segura. Las posiciones de 0 ° y 90 ° se pueden ajustar fácilmente, lo que facilita la instalación de válvulas solenoides, interruptores de límite y mecanismos de volante.
• Cilindro AW: Se utiliza principalmente para válvulas de bola de gran diámetro. Adopta una estructura de horquilla de pistón, proporciona una gran salida de par y es adecuado para condiciones de alta presión diferencial.

En aplicaciones prácticas de ingeniería, las válvulas de bola neumáticas puramente mecánicas a menudo no pueden cumplir con requisitos de control complejos. La conmutación remota, la regulación de apertura, la retención de la posición de falla y la retroalimentación de la señal requieren varios accesorios neumáticos.

Instalado entre la válvula de bola y el actuador, permite la operación manual durante la falla o depuración del suministro de aire, lo que garantiza la seguridad del sistema y la continuidad de la producción. Se recomienda encarecidamente para condiciones de funcionamiento críticas.

Estos incluyen una unidad de filtro-regulador (unidad FR) y una unidad de filtro-regulador-lubricador (unidad FRL).

Su función es filtrar la humedad y las impurezas en el aire comprimido, regular la presión a un nivel apropiado y lubricar el cilindro. La instalación se recomienda fuertemente porque previene el atasco del cilindro causado por los contaminantes y amplía perceptiblemente vida de servicio.

La válvula solenoide controla la apertura y el cierre del circuito de aire y es un componente clave de los sistemas neumáticos:

Cilindro de doble efecto: equipado con una válvula solenoide de 5 vías de 2 posiciones o una válvula solenoide de 5 vías de 3 posiciones (esta última proporciona una función de retención de posición media).

Cilindro de efecto simple: equipado con una válvula solenoide de 3 vías de 2 posiciones.

Las opciones de voltaje incluyen DC24V y AC220V, dependiendo del sistema de control. Las válvulas de solenoide a prueba de explosiones deben usarse en entornos inflamables y explosivos.

El interruptor de límite convierte la rotación mecánica en señales eléctricas y retroalimenta la posición de la válvula al sistema de control. Los tipos comunes incluyen interruptores de inducción mecánica y magnética. Se requieren tipos a prueba de explosiones para entornos peligrosos.

Utilizado para válvulas de bola neumáticas de control proporcional, como las válvulas de bola con muesca en V. Recibe señales de control de 4-20mA para regular con precisión la apertura de la válvula.

Los posicionadores se dividen en tipos estándar e inteligentes. Los posicionadores inteligentes proporcionan funciones de autoajuste y autodiagnóstico.

Se debe considerar si se requieren señales de salida de retroalimentación para el monitoreo y si es necesario un diseño a prueba de explosiones.

Instalada entre el cilindro y la válvula solenoide, la válvula de escape rápido permite que el aire se descargue directamente sin pasar por la válvula solenoide, acelerando así la velocidad de cierre de la válvula. Es adecuado para aplicaciones de apagado rápido.

El amplificador neumático recibe señales de la presión del posicionador y suministra la circulación de aire grande al actuador, mejorando velocidad de la respuesta de la válvula.

Transmite señales en una relación 1:1 y se utiliza principalmente para la transmisión de señales de larga distancia (0-300 metros) para reducir el retardo de señal.

La válvula de bloqueo controla la presión de suministro de aire. Cuando la presión cae por debajo del valor establecido, se corta la línea de suministro de aire de la válvula, manteniendo la válvula en su posición previa a la falla. Cuando se restablece el suministro de aire, se reanuda la operación normal.

Los métodos de selección descritos anteriormente son adecuados para la mayoría de las condiciones de trabajo convencionales. Sin embargo, en campos especiales como alimentos y productos farmacéuticos, alta temperatura y alta presión, o entornos criogénicos, se deben considerar requisitos técnicos adicionales y estándares de la industria.

En las industrias de alimentos, bebidas y farmacéutica, además de las consideraciones de temperatura y presión media convencionales, se debe tener en cuenta lo siguiente:

Se deben utilizar materiales de calidad alimentaria, generalmente acero inoxidable 304 o 316L.

Se requiere un acabado superficial alto para facilitar la limpieza.

Se prefieren las conexiones de montaje rápido para facilitar el desmontaje y la esterilización.

Los materiales de sellado deben cumplir con los estándares de calidad alimentaria.

Se deben utilizar estructuras metálicas de sellado duro.

El par del actuador debe aumentarse porque la resistencia a la fricción aumenta a alta temperatura.

Deben considerarse medidas de disipación de calor para evitar que la conducción térmica dañe los sellos del actuador.

Deben usarse materiales de acero de baja temperatura.

Se debe adoptar un diseño de bonete de válvula de cuello largo para mantener la glándula de empaque lejos de la zona de baja temperatura.

Se debe considerar el efecto de la contracción térmica en el rendimiento de sellado.

Se deben seleccionar sellos duros de metal con buena resistencia al desgaste.

Se deben usar válvulas excéntricas de media bola o válvulas de bola de muesca en V porque proporcionan una función de corte.

Se debe realizar un mantenimiento regular para eliminar los depósitos.

• Defina los parámetros del proceso: propiedades del medio, temperatura, presión, caudal y diámetro de la tubería.
• Determine el tipo de válvula: seleccione el tipo de conmutación o regulación en función de los requisitos funcionales.
• Elija el método y el material de conexión según los estándares de tuberías y las características del medio.
• Determine la estructura de sellado de acuerdo con los requisitos de fugas y la limpieza media.
• Seleccione el tipo de actuador: de acción simple o de doble acción según el suministro de aire y los requisitos de seguridad.

Calcule el par de salida para garantizar que el par del actuador exceda el par máximo de funcionamiento de la válvula.

Configure los accesorios necesarios de acuerdo con los requisitos de control y las normas de seguridad.

Considere requisitos especiales, como a prueba de explosiones, resistencia a la corrosión y estándares de grado alimenticio.

Ignorar los requisitos de la posición de seguridad: la posición segura de los actuadores de acción simple debe estar claramente definida (normalmente abierta o normalmente cerrada). La selección incorrecta puede causar accidentes.

Cálculo de par insuficiente: el hecho de no considerar la presión diferencial alta o el aumento de la fricción después de la operación a largo plazo puede causar un cierre incompleto de la válvula.

Ignorar la calidad del suministro de aire: la falta de instalación de los componentes del tratamiento del aire puede provocar daños prematuros en el cilindro.

Selección inadecuada del material: el uso de acero al carbono ordinario para medios corrosivos puede provocar daños rápidos.

Estructura de sellado incorrecta: la selección de sellos blandos para medios de partículas causará un desgaste y fugas rápidos.

La selección de la válvula de bola neumática es una tarea técnica que requiere una consideración exhaustiva de múltiples factores. Solo al comprender completamente los requisitos del proceso y las características de varios productos se puede seleccionar la configuración de válvula más adecuada.

Para proyectos importantes, se recomienda consultar a fabricantes profesionales y proporcionar parámetros operativos detallados para obtener asesoramiento de selección profesional, asegurando un funcionamiento estable y a largo plazo del sistema.

Siguiendo la guía en este artículo, puede obtener una comprensión completa de la selección de la válvula de bola neumática. En aplicaciones prácticas, es aconsejable establecer una lista de verificación de selección y verificar los parámetros uno por uno para evitar perder detalles críticos y así elegir una válvula de bola neumática confiable y económicamente razonable.