¿Qué separa una válvula de bola de alta presión de una de baja presión?
La línea divisoria es la clase de presión nominal de la válvula, no el tamaño ni el material. Las válvulas de bola de baja presión normalmente tienen una clasificación de hasta PN16, equivalente a ASME Clase 150, y se utilizan en líneas de agua, aire y servicios generales. Las válvulas de bola de alta presión comienzan en ASME Clase 600, que para acero al carbono corresponde a una presión de trabajo en frío de aproximadamente 102 bar a 38 grados Celsius, y se extienden hasta las Clases 900, 1500 y 2500 para tuberías, bocas de pozo y sistemas de proceso de alta presión.
La tabla de clasificación de presión y temperatura de ASME B16.34 es la referencia utilizada para estas clases. Para un cuerpo de acero al carbono en el grupo de materiales 1.1, las presiones nominales de trabajo en frío a 38 grados Celsius son aproximadamente 19,6 bar para la Clase 150, 51,1 bar para la Clase 300, 102,1 bar para la Clase 600, 153,2 bar para la Clase 900, 255,3 bar para la Clase 1500 y 425,5 bar para la Clase 2500. La presión permitida cae con la temperatura aumenta, por lo que la clase siempre debe leerse junto con la temperatura de diseño.
Cómo cambia la construcción con la clase de presión
| Característica | Válvula de bola de baja presión | Válvula de bola de alta presión |
|---|---|---|
| clase tipica | PN10 a PN16, Clase 150 a 300 | Clase 600 a Clase 2500 |
| Ruta del cuerpo | Cuerpo fundido, de una pieza o de dos piezas. | Cuerpo forjado, tres piezas o entrada superior. |
| Material del cuerpo | Acero al carbono fundido o acero inoxidable fundido | Acero al carbono forjado o acero inoxidable forjado |
| Soporte de bola | Bola flotante, presionada contra el asiento aguas abajo mediante presión de línea | Bola montada en muñón con soporte de rodamiento en los vástagos superior e inferior |
| Material del asiento | Asientos blandos en PTFE, PTFE reforzado o caucho | Asientos de metal con metal, a veces con inserciones secundarias de asiento blando. |
| Par de funcionamiento | Bajo, a menudo accionado por palanca. | Alto, que requiere caja de cambios, accionamiento neumático o eléctrico. |
| Estándares típicos | ISO 17292 y API 608 para servicios generales | API 6D para aislamiento de tuberías y procesos, ASME B16.34 para clasificación |
Sellado, Torque y Actuación
En una válvula de baja presión, la propia presión de la línea empuja una bola flotante contra el asiento aguas abajo, por lo que el sello se vuelve más apretado a medida que aumenta la presión, y los materiales blandos del asiento proporcionan un cierre hermético-a bajo costo. Los asientos blandos limitan la temperatura de trabajo, porque el PTFE sin relleno normalmente sólo se utiliza hasta unos 200 grados Celsius, mientras que el PTFE reforzado y el PEEK amplían el rango con un coste adicional.
A alta presión, la fuerza sobre una bola flotante se vuelve demasiado grande para ser soportada por el asiento, por lo que la bola está sostenida por cojinetes de muñón y los asientos están cargados por resorte contra ella. Los asientos de metal soportan altas temperaturas y servicios abrasivos, pero requieren una fuerza de asiento mucho mayor, razón por la cual las válvulas de alta presión necesitan cajas de engranajes, actuadores neumáticos o actuadores eléctricos con una almohadilla de montaje dispuesta según ISO 5211. El diseño a prueba de incendios, los dispositivos anti-estáticos y el sellado del vástago mediante una combinación de juntas tóricas y empaquetaduras de grafito también son requisitos normales por encima de la Clase 600.
Requisitos de prueba y calidad
Las pruebas de presión es donde las dos familias vuelven a divergir. Las válvulas de baja presión normalmente se prueban en carcasa y asiento según API 598 con una tasa de fuga permitida apropiada para una válvula de asiento blando. Las válvulas de tubería de alta presión generalmente se prueban según API 6D, que agrega una verificación de doble bloqueo y purga, una prueba del asiento trasero del vástago y una medición de torque, y que requiere que las pruebas del asiento y del cuerpo sean presenciadas o documentadas para órdenes críticas. La trazabilidad del material, el examen no destructivo de la carrocería y la superposición de soldadura en las superficies de sellado se convierten en requisitos estándar a medida que aumenta la clase. Se requiere un diseño de vástago anti-en ambas familias, pero el diámetro del vástago y la disposición de los cojinetes en una válvula Clase 1500 o Clase 2500 están dimensionados para un empuje y un momento de flexión mucho mayores.
Reglas de selección que evitan errores costosos
Seleccione la clase a partir de la presión máxima de funcionamiento a la temperatura máxima de funcionamiento, no solo de la presión máxima, y aplique la tabla de clasificación ASME B16.34 para el material del cuerpo realmente ofrecido.
Utilice una válvula de bola flotante de asiento blando para servicio limpio de baja presión hasta PN16; Cuesta menos y sella de manera confiable.
Pase a una válvula montada en muñón de aproximadamente Clase 600 en adelante, o anterior, cuando se trate de un diámetro grande, un ciclo de trabajo o actuación elevados, porque el par de operación se convierte entonces en el factor de control.
Especifique asientos metálicos cuando la temperatura, la abrasión o los ciclos térmicos descarten los asientos de polímero y acepte el torque de actuación más alto que sigue.
Indique el estándar de prueba en la orden de compra. API 598 y API 6D no son intercambiables y la elección afecta la duración de la prueba, los criterios de aceptación y la documentación.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué presión se considera alta presión para una válvula de bola?
En la práctica común de la industria, las válvulas clasificadas como Clase 600 y superiores, o superiores a aproximadamente 10 MPa en términos métricos, se tratan como alta presión. Las clasificaciones de Clase 600 a Clase 2500 están cubiertas por ASME B16.34 con presiones de trabajo en frío de aproximadamente 102 bar a 425 bar para acero al carbono.
P: ¿Por qué las válvulas de bola de alta presión utilizan una bola montada en muñón?
Porque, de lo contrario, la fuerza de presión sobre una bola grande la soportaría enteramente el asiento. Los cojinetes de muñón soportan esa carga, mantienen la bola centrada y mantienen el par de funcionamiento dentro de la capacidad de un actuador.
P: ¿Se puede utilizar una válvula de asiento blando a alta presión?
Los asientos blandos se utilizan ocasionalmente a alta presión para un servicio limpio y a temperatura moderada, pero están limitados por la capacidad de temperatura del PTFE y por la extrusión del material del asiento bajo una alta presión diferencial. Los asientos de metal son la opción habitual por encima de la Clase 600.
P: ¿Las válvulas de bola de baja y alta presión se prueban de la misma manera?
No. Las válvulas de baja presión se prueban comúnmente según API 598 con tolerancias de fuga de asiento blando, mientras que las válvulas de tubería de alta presión generalmente se prueban según API 6D, que agrega doble bloqueo y purga, asiento trasero del vástago y verificación de torque.
P: ¿El material del cuerpo cambia con la clase?
Sí. Los cuerpos fundidos son típicos de clase baja porque el espesor de la pared y la complejidad de la forma son moderados, mientras que los cuerpos forjados con secciones de pared más pesadas son normales en la clase alta, donde la solidez interna y la contención de presión son críticas.
P: ¿Qué actuación se requiere por encima de la Clase 600?
El par de operación aumenta marcadamente con la presión y el diámetro, por lo que un operador de engranajes, un actuador neumático o un actuador eléctrico montado en una almohadilla ISO 5211 es normal. Las palancas manuales generalmente se limitan a los tamaños más pequeños y de clase inferior.
