Una válvula de mariposa es una válvula de cuarto de vuelta que utiliza un disco giratorio, montado en un eje a través de la línea central de la tubería, para abrir, cerrar o regular el caudal.
Un giro de 90 grados hace oscilar el disco desde completamente abierto (paralelo al flujo) hasta completamente cerrado (perpendicular al flujo), proporcionando una operación rápida, una huella compacta y bajo peso, beneficios que aumentan con el diámetro de la línea ya que las válvulas de compuerta o de bola se vuelven voluminosas.
El disco se asienta dentro de un asiento adherido o retenido en el cuerpo de la válvula.
Cerrada, el borde del disco presiona contra el asiento para formar el sello; abierta, gira fuera del orificio, dejando una trayectoria relativamente poco obstruida en comparación con una válvula de compuerta, aunque el disco y el eje siempre permanecen en la corriente y causan cierta pérdida de presión permanente incluso completamente abierta.
La accionamiento se realiza mediante palanca, caja de engranajes, o actuador neumático o eléctrico; el vástago de cuarto de vuelta mantiene los tiempos de ciclo cortos y facilita el dimensionado del actuador.
La geometría del asiento separa una válvula de mariposa de uso general de una de alto rendimiento.
| Diseño | Material típico del asiento | Clase de presión aprox. | Rango de temperatura aprox. | Torque / desgaste relativo |
|---|---|---|---|---|
| Concéntrico con asiento resiliente | EPDM, NBR, revestido de PTFE | PN10 a PN16 (ANSI 150) | -20 °C a 120 °C (dependiendo del elastómero) | Mayor, rozamiento continuo |
| Doble excentricidad (alto rendimiento) | PTFE / RPTFE, elastómero reforzado | PN16 a PN40 (ANSI 150 a 300) | Hasta aproximadamente 200 °C | Moderado, contacto cerca del cierre |
| Triple excentricidad con asiento metálico | Metal a metal, recubrimiento endurecido | PN40 a PN100+ (ANSI 300 a 900) | Criogénico hasta más de 400 °C | Bajo, contacto lineal |
Las válvulas de mariposa presentan una característica de flujo rotativo en parte del recorrido, proporcionando una capacidad de estrangulamiento real pero limitada, generalmente confinada a aproximadamente 20 a 70 grados de rotación del disco.
Cerca del cierre total, el borde del disco ve altas velocidades y caída de presión, lo que favorece la cavitación, el flashing y la erosión del asiento si se emplea como dispositivo de control fuera de esa ventana; para trabajo continuo de estrangulamiento, suele ser mejor una válvula de control diseñada para cavitación y flashing .
El torque no es constante a lo largo del recorrido.
El torque de arranque, necesario para vencer la fricción del asiento al inicio de la apertura o al final del cierre, es el valor contra el que se dimensionan los actuadores; el torque dinámico a mitad de recorrido es menor, con un posible pico a elevada presión diferencial.
Los asientos resilientes generan más torque de arranque a medida que envejecen, por lo que el margen y las revisiones periódicas importan más en diseños concéntricos que en los excentricos.
El desgaste sigue la frecuencia de ciclos, el tiempo de contacto y el contenido de partículas; los servicios abrasivos favorecen geometrías con excentricidad, que minimizan el rozamiento.
Frente a una válvula de bola , una válvula de mariposa es más ligera y económica en grandes dimensiones, pero una válvula de bola ofrece un paso realmente de diámetro completo, menor caída de presión y un cierre más hermético, por lo que es preferible cuando el aislamiento es crítico en tamaños pequeños a medianos.
Frente a una válvula de compuerta , la válvula de mariposa es más compacta y cierra en segundos en lugar de requerir muchas vueltas, pero la trayectoria de paso completo de la compuerta es adecuada para lodos.
Las válvulas de mariposa dominan el aislamiento de gran diámetro, agua de refrigeración, HVAC y servicios utilitarios generales.
Dado que la condición del asiento y del eje se degrada de forma gradual en lugar de fallar repentinamente, las válvulas de mariposa se benefician de intervalos de inspección rastreados en lugar de un enfoque de operar hasta la falla.
Registrar conteos de ciclos, tendencias de torque y resultados de fugas asociados a cada etiqueta de válvula en un CMMS permite identificar un asiento que se está desviando de las especificaciones antes de que cause un fallo de aislamiento.
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Generalmente no. Una válvula tipo wafer depende de la fuerza de apriete de ambas bridas para sujetar el asiento y ayudar a retener la presión. Retirar la tubería aguas abajo la deja sin soporte, por lo que los cuerpos con orejetas o las válvulas doble bridadas son los correctos para aislamiento en extremo cerrado.
El tercer desplazamiento modifica la geometría del asiento de modo que disco y asiento se encuentran en un contacto lineal puro solo en los últimos grados de cierre, permitiendo un sello metal contra metal sin que el disco raspe el asiento durante todo el recorrido.
Sólo en una parte limitada de su recorrido, aproximadamente el rango medio de rotación. Operarla fuertemente estrangulada cerca del cierre durante largos periodos acelera el desgaste del asiento y supone riesgo de cavitación; una válvula de control diseñada específicamente es más adecuada para un control continuo y preciso del caudal.
Los asientos de elastómero se hinchan, se endurecen o sufren set por compresión con el tiempo y los ciclos de temperatura, aumentando la fricción que el disco debe vencer en el arranque. Los márgenes de torque y las pruebas periódicas importan más en válvulas con asiento resiliente que en los diseños excentricos.
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