Una válvula de mariposa es simplicidad en movimiento: un disco circular plano, perforado en todo su diámetro, se gira 90 grados dentro de un asiento en forma de anillo-para abrir, estrangular o cerrar un paso de fluido. El disco permanece en la trayectoria del flujo en todo momento, por lo que el carácter de la válvula se define por cómo ese perfil delgado interactúa con la presión, la velocidad y la fricción del sello.
Principio básico
Cuando el eje es paralelo al eje de la tubería, el disco presenta su borde al flujo, generando casi ninguna pérdida de carga; en la posición completamente cerrada, el disco se encaja contra un asiento de elastómero o metal, formando un sello hermético. El movimiento de un cuarto de vuelta significa que un actuador neumático o eléctrico puede realizar un ciclo de la válvula en menos de un segundo, lo que la hace ideal para cierres de emergencia-o procesamiento por lotes automatizado.
Comportamiento del par
Debido a que el disco es simétrico, el torque es más bajo cerca de los dos extremos (0 grados y 90 grados) y alcanza su punto máximo alrededor de los 70 grados, donde la presión diferencial a través del disco es mayor. Los diseños modernos desplazan el eje del eje unos pocos milímetros (lo que se conoce como "excéntrico" o "alto-rendimiento") para que la leva del disco-libre el asiento durante los primeros 10 grados de apertura, lo que reduce-el torque de arranque en un 30 % y extiende la vida útil del asiento.
Tecnologías de sellado
1. Asiento resistente: un revestimiento de nitrilo o EPDM está adherido al cuerpo; La presión de la línea fuerza el disco hacia el interior de la goma, logrando un cierre-hermético-a 16 bar y entre -20 y 120 grados.
2. Asiento de metal: el revestimiento de acero inoxidable o estelita se utiliza para medios abrasivos o de alta temperatura (600 grados); La tasa de fuga es Clase IV (0,01 % de Cv), suficiente para el aislamiento del vapor.
3. Doble desplazamiento: las líneas centrales-del eje y del asiento están desplazadas, lo que crea una acción de leva cónica; El triple desplazamiento agrega una cara de asiento en ángulo, logrando un sellado de metal-con-metal Clase VI en servicio criogénico de GNL.
Características de flujo
Con una apertura de 30 grados, el disco ya crea el 60 % de la caída de presión máxima, lo que proporciona a las válvulas de mariposa una curva de Cv de apertura rápida-casi-lineal entre 40 grados y 70 grados -excelente para estrangular el agua de refrigeración o ventilar gases. La dinámica de fluidos computacional muestra que un borde de disco delgado de 2 mm reduce la aparición de cavitación en un 25 % en comparación con un perfil romo de 5 mm, un ajuste que ahorra energía de bomba en plantas de desalinización.
Los tamaños típicos varían desde DN 25 mm (1 pulg.) en patines de dosificación de productos químicos hasta DN 3000 mm (120 pulg.) en tuberías forzadas hidroeléctricas, donde una sola válvula puede pesar 30 toneladas y aun así ser operada por un actuador neumático de 10 bar gracias al bajo par en el paso total.
Aplicaciones
• Agua y aguas residuales: las válvulas de asiento-resilientes manejan redes de distribución de 16 bar y están certificadas según NSF 61 para agua potable.
• HVAC: los cuerpos estilo lengüeta-permiten un servicio de extremo-sin salida para el aislamiento de agua-enfriada, mientras que las versiones con extremo-ranurado aceleran la instalación en elevadores de gran-altura.
• Petróleo y gas: las válvulas de mariposa de doble-desplazamiento en acero al carbono con-insertos de grafito a prueba de fuego cumplen con API 607 y son las preferidas para el aislamiento de tanques-de hasta Clase 600.
• Alimentos y productos farmacéuticos: el disco pulido de 316 L y el asiento de PTFE brindan limpieza CIP/SIP y superficies libres-de grietas que cumplen con FDA 21 CFR 177.
Las ventajas sobre las válvulas de compuerta o de bola son el menor peso (aproximadamente el 15 % de una válvula de compuerta), el accionamiento de un cuarto-de vuelta, la cara compacta-con-la cara (ISO 5752 Serie 20) y el costo-típicamente un 50 % menos que una válvula de bola equivalente en DN 200 mm. Las limitaciones incluyen disco residual en el flujo (caída de presión ~0,3 bar a 3 ms⁻¹) y idoneidad limitada para lodos que pueden acumularse en los casquillos del vástago; sin embargo, los revestimientos reemplazables y los sellos raspadores ahora extienden el servicio a tareas ligeras con lodos.
En resumen, la válvula de mariposa combina simplicidad mecánica con alta capacidad de flujo, accionamiento rápido y sellado adaptable, lo que la convierte en la opción predeterminada para aplicaciones de encendido/apagado o regulación, desde riego doméstico hasta sistemas de refrigeración de 30 MW.
