Las válvulas de mariposa son ampliamente valoradas por su rentabilidad y su accionamiento rápido, donde rendimiento del selloLa fiabilidad y la vida útil de la válvula determinan directamente su fiabilidad. Los diseños de los sellos varían considerablemente, adaptándose cada uno a condiciones de funcionamiento específicas. Este artículo analiza las estructuras de los sellos principales, sus materiales y sus aplicaciones prácticas.
1. Estructuras y funciones del sello central
Los sellos de válvula de mariposa comprenden los anillo de asiento y superficie de sellado del borde del disco, categorizados en dos tipos principales:
- Sellos blandos:
Presenta una asiento elastomérico(caucho, PTFE) montado en el cuerpo o disco de la válvula. El cierre comprime el borde del disco (generalmente metálico) contra el asiento blando, deformándolo para un sellado hermético.
Ventajas:Baja tensión de sellado, fugas cercanas a cero (posible clase VI), bajo costo, torque mínimo.
Desventajas:Resistencia limitada a temperatura, presión y productos químicos; vulnerable a la erosión y al daño por partículas; no apto para estrangulamiento frecuente. - Sellos metálicos duros (diseño de triple desplazamiento – Fig. 1):
Utilice sellado metal-metal (p. ej., acero inoxidable, aleaciones). Elementos clave del diseño:- 1er desplazamiento:Desplazamiento del eje del vástago respecto del centro de la tubería.
- 2do desplazamiento: Desplazamiento del eje del vástago respecto del centro de la cara de sellado del disco.
- 3er desplazamiento (crítico): El perfil de sellado de ángulo cónico permite el contacto entre líneas y áreas pequeñas.
Ventajas:Excepcional resistencia a la temperatura, presión, erosión y cavitación; larga vida útil; potencial reutilización.
Desventajas:Alto costo de fabricación; alta tensión de asentamiento; mayor torque; potencial fuga de baja presión (típicamente Clase IV).
Fig. 1: Estructura del sello metálico de triple desplazamiento
(Visual: Demuestra el contacto de la línea cónica eliminando la fricción por deslizamiento durante la operación)
2. Comparación de rendimiento clave
Sellos blandos vs. sellos duros:
- Temperatura:Los sellos blandos funcionan entre -50 °C y 200 °C (dependiendo de PTFE/caucho), mientras que los sellos de metal soportan temperaturas extremas de -196 °C a 600 °C+.
- Presión:Los sellos blandos son compatibles con ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Los sellos metálicos son compatibles con PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
- Fuga:Los sellos blandos logran una fuga casi nula (Clase VI). Los sellos metálicos alcanzan la Clase IV/V, mejorando su rendimiento bajo alta presión.
- Compatibilidad de medios:Los sellos blandos son excelentes para fluidos de agua, aire y neutros. Los sellos metálicos toleran vapor, hidrocarburos, lodos, fluidos corrosivos y gases calientes.
- Robustez:Los sellos metálicos ofrecen una resistencia superior a las partículas, la erosión y el desgaste. Los sellos blandos se degradan rápidamente en condiciones abrasivas o con estrangulamiento frecuente.
- Costo y operación:Los sellos blandos son más económicos y requieren un par mínimo. Los sellos metálicos requieren una mayor inversión inicial y un mayor par, pero ofrecen mayor durabilidad en condiciones adversas.
- Aplicaciones:Los sellos blandos predominan en sistemas de climatización (HVAC), agua y gas a baja presión. Los sellos metálicos son esenciales en refinerías, líneas de vapor, procesamiento químico y petróleo y gas.
3. Materiales del asiento del sello blando
La selección del material define los límites del rendimiento:
- NBR (Caucho de nitrilo):Resistente a aceites, hidrocarburos (-20°C a 80°C).Uso: Agua, aire comprimido, fluidos a base de petróleo.
- EPDM (etileno propileno dieno):Resiste agua caliente/vapor (<150°C), ozono y álcalis.Uso: Sistemas de calefacción, alimentos/bebidas, aire húmedo.
- FKM (Viton® fluorocarbonado):Maneja aceites, combustibles, ácidos, altas temperaturas (-20°C a 200°C).Uso: Procesamiento químico, líneas de combustible, medios ácidos.
- PTFE (politetrafluoroetileno):Químicamente inerte (de -50 °C a 200 °C), baja fricción. Se utiliza como:
- Asientos puros:Resistencia a la corrosión, sellado moderado.
- Asientos reforzados (vidrio/grafito):Mejor resistencia al flujo en frío.
- Asientos forrados (labio/tubo de burbuja):Combina elasticidad y resistencia química.
4. Materiales y tratamientos de sellado de metal
El rendimiento depende de la combinación de materiales y la ingeniería de superficies:
- Estrategia material:
- La combinación de materiales diferentes evita el agarrotamiento (por ejemplo, acero inoxidable frente a Stellite®).
- Dureza de la superficie del asiento > Dureza de la superficie del disco (en ~HRC 2-5), lo que hace que el disco sea reemplazable.
- Mejoras de la superficie:
- Revestimiento duro:**Stellite 6® (a base de cobalto, HRC 40-50) o Las capas superpuestas de Inconel 625®** (a base de níquel) resisten el desgaste y la corrosión.Solución primaria para servicio severo.
- Endurecimiento de la caja:El endurecimiento por llama/plasma/láser o la nitruración (≥HV 1000) aumenta la resistencia al desgaste y al desgaste.
- Proyección térmica: HVOF aplicado WC (carburo de tungsteno)oÓxido de cromoLos recubrimientos proporcionan una durabilidad extrema de la superficie.
- Aleaciones exóticas: Acero Hastelloy® o dúplex utilizado en ambientes altamente corrosivos (alto costo).
5. Limitaciones y criterios de selección
Consideraciones clave:
- Límites del sello blando: Deformación permanente por compresión, incompatibilidad química (hinchamiento/degradación), fluencia en frío/fluencia (PTFE/caucho), daño por partículas.
- Límites del sello duro:Posible fuga de baja presión, mayor costo/torque.
- Factores de selección:Propiedades del medio (T, P, corrosividad, sólidos), requisitos de fuga, frecuencia del ciclo de vida, severidad operativa y presupuesto.
Conclusión:
La selección de la válvula de mariposa está definida por Sinergia entre la estructura y el material del sello. Sellos blandos (EPDM/NBR/PTFE) se destacan en aplicaciones de agua/aire a baja presión y sensibles a los costos. Juntas blandas de FKM o compuestos de PTFE abordar medios corrosivos.Sellos metálicos de triple desplazamientoconSuperficies Stellite®/endurecidasSon obligatorios para vapor, hidrocarburos, alta presión térmica (TP) y flujos erosivos. Los materiales a base de níquel soportan condiciones extremas. Es crucial una evaluación rigurosa de los parámetros operativos y las propiedades del material; ignorar las especificaciones de los sellos conlleva el riesgo de fugas, fallas prematuras y costosos tiempos de inactividad.
Hora de publicación: 06-ago-2025