Noticias

Jun 03, 2023

Elegir una válvula de bola para controlar las emisiones fugitivas

Para controlar las emisiones fugitivas de las válvulas de bola, el punto crítico es seleccionar la válvula de bola adecuada para la aplicación. Dos características de diseño que son especialmente importantes para controlar a los fugitivos.

Para controlar las emisiones fugitivas de las válvulas de bola, el punto crítico es seleccionar la válvula de bola adecuada para la aplicación. Dos características de diseño que son especialmente importantes para controlar las emisiones fugitivas: el diseño del sello del cuerpo y el diseño del sello del vástago. Informe de Michael Adkins y Pete Ehlers.

Cada vez se presta más atención en todo el mundo a las emisiones fugitivas. Las emisiones fugitivas se definen de diversas formas y pueden referirse a una amplia gama de emisiones que no se limitan a una chimenea, conducto o respiradero, incluidas las emisiones provenientes del manejo o procesamiento de materias primas a granel, polvo arrastrado por el viento y otros procesos industriales. En la medida en que las fugas suponen un daño para el medio ambiente, son emisiones fugitivas.

Dos tipos comunes de sellos de cuerpo son los de tornillo y los de brida. Mientras que el tipo de tornillo es un sello más fuerte, lo que permite una mayor presión en el sistema, el tipo de brida permite un mantenimiento rápido y sencillo con la válvula en línea.

El tipo de tornillo consta de uno o dos 'tornillos de extremo' roscados que se atornillan al cuerpo de la válvula después de que la bola y el asiento se han cargado en su interior.

El área de sellado de un accesorio tipo tornillo es relativamente pequeña y puede ser un sello especialmente eficiente, permitiendo un sellado efectivo a presiones tan altas como 10000 o 20000 psig (689 o 1378 bar). Además, el diseño permite una amplia gama de opciones de conexión final.

En las válvulas que emplean un sello de cuerpo tipo brida, el cuerpo de la válvula consta de tres secciones discretas que se unen con bridas, sellos y pernos (Fig.1).

Debido a que el área de sellado entre estos componentes es mayor, este diseño generalmente da como resultado una clasificación de presión más baja.

Dado que las bridas están selladas con juntas, existen menos restricciones geométricas en el material de sellado y, por lo tanto, está disponible una variedad más amplia de materiales de sellado. Otra ventaja del diseño tipo brida es la facilidad de mantenimiento.

En una válvula de bola, debe haber algún medio para garantizar que el medio del sistema no se escape de la interfaz del vástago y el cuerpo. Ésta es la función del sello del vástago. Con una frecuencia de ciclo suficiente, todos los sellos del vástago están sujetos a desgaste y el desgaste puede provocar fugas. Sin embargo, algunos sellos son más eficaces que otros en determinadas aplicaciones.

La tecnología más básica y primitiva es una junta de una sola pieza (Fig.2) que rodea el vástago. A medida que se aprieta el perno de empaquetadura en el vástago, la junta, generalmente hecha de politetrafluoroetileno (PTFE), se aplasta, llenando el espacio entre el vástago y la carcasa del cuerpo.

Desafortunadamente, el PTFE y otros materiales de empaque similares están sujetos a flujo en frío, lo que puede verse exacerbado por la presión y la temperatura.

En algunos casos, el material puede extruirse hacia áreas no deseadas, lo que provoca fugas del medio del sistema.

Para reducir el riesgo de emisiones fugitivas, el diseño del empaque de una sola pieza debe reservarse para aplicaciones con fluctuaciones mínimas de temperatura y presión, ciclos limitados y donde la inspección y el monitoreo serán frecuentes y regulares.

Un diseño de empaquetadura de vástago en forma de V de dos piezas (Fig.2) permite rangos más amplios de temperatura y presión, y un accionamiento regular y fácil sin desgaste excesivo.

Una empaquetadura Chevron consta de dos juntas coincidentes, una de las cuales encaja dentro de la otra. Con una presión mínima de la tuerca prensaestopas, se crea un sello sustancial entre el vástago y la carcasa del cuerpo.

Para que el sello Chevron funcione correctamente, las dos juntas de PTFE deben mantenerse en su lugar para reducir el flujo de frío durante el ciclo térmico. La empaquetadura debe estar contenida y soportada adecuadamente por anillos y casquillos de soporte de empaquetadura, que distribuyen uniformemente la presión.

Para reducir el intervalo de inspección y ajuste, el diseño de chevron también puede incluir arandelas Belleville, que son resortes que crean una "carga viva" en la empaquetadura. La carga dinámica permite una presión uniforme sobre el empaque, a medida que las temperaturas y las presiones fluctúan. El resultado es un accionamiento fácil y un desgaste mínimo de la empaquetadura.

Junta tórica

Otra tecnología eficaz de sellado del vástago es el diseño de junta tórica. Cuando se diseña correctamente, esta tecnología proporciona flexibilidad para aplicaciones que requieren alta presión, baja presión o un amplio rango de presión.

La junta tórica suele estar hecha de un material muy elástico, como el fluorocarbono FKM. Un diseño de vástago adecuado con una configuración de junta tórica requiere un anillo de respaldo o algún otro mecanismo, generalmente hecho de PTFE, que contendrá la junta tórica bajo alta presión. En términos de temperatura, presión y ataque químico, el diseño está limitado por las especificaciones del elastómero.

Más allá de las cuestiones relacionadas con el diseño del sello del vástago, existen algunas causas adicionales de fugas en el vástago. Estos tienen que ver con la alineación del tallo. Hay dos causas básicas de desalineación.

En el primer caso, la desalineación puede resultar de una instalación incorrecta del actuador. Si la línea central del actuador y la línea central del vástago no están alineadas correctamente, el vástago se inclinará, lo que provocará un desgaste desigual del sello del vástago.

En el segundo caso, el daño al sello del asiento dentro de la válvula puede hacer que el vástago se incline. Las válvulas de bola pueden emplear un diseño de bola flotante o de muñón.

En un diseño de bola flotante, la bola no está fijada dentro de la carcasa sino que flota entre dos asientos. En la posición de cierre (Fig.3), la bola sella contra el asiento en el lado de baja presión, empujada aguas abajo por un diferencial de presión positivo.

Por el contrario, el diseño de muñón emplea una bola, pero la bola no es una esfera discreta. Más bien, su geometría incluye dos cilindros, los 'muñones', fijados a la bola en la parte superior e inferior (Fig.4). La unidad encaja en un espacio en el cuerpo de la válvula y no puede moverse a lo largo del eje del flujo.

En el caso de una alta presión diferencial a través del asiento, una bola que flota libremente puede ser empujada demasiado hacia abajo. En ausencia de un diseño de asiento avanzado, como un asiento accionado por resorte, es posible que la bola no regrese a la posición central. Como resultado, el vástago se inclinará hacia un lado y se producirá un desgaste desigual. El diseño del muñón evita el movimiento excesivo de la bola aguas abajo. Los muñones, que están colocados en su lugar, mantienen la bola centrada y el vástago correctamente alineado.

Conclusión

Este artículo pretende mostrar que diferentes diseños tienen diferentes fortalezas y méritos relativos y, por lo tanto, estos factores tienen un impacto directo en las emisiones fugitivas. El coste real de una válvula no es sólo el precio de compra sino el coste total de propiedad. Con el aumento de los precios de las materias primas, así como la frecuencia y gravedad de las multas por incumplimiento ambiental, se deben considerar en todo momento los costos directos e indirectos asociados con el mantenimiento, fallas y reemplazos regulares y continuos.

Michael Adkins es director general de productos de válvulas industriales y Peter Ehlers es director de mercado de combustibles alternativos para Swagelok Company, Solon, Ohio, EE. UU. www.swagelok.com