Una guía completa y práctica
La manipulación de lodos o medios abrasivos es un desafío de ingeniería frecuente en industrias como la minería, el procesamiento de minerales, el tratamiento de aguas residuales, la producción química y la generación de energía. Los lodos (mezclas de sólidos suspendidos en líquido) imponen impotantes tensiones mecánicas y químicas en los equipos de control de flujo. Como resultado, seleccionar la válvula adecuada es fundamental para minimizar el desgaste, evitar paradas no planificadas y garantizar la seguridad operativa.
Entre los muchos tipos de válvulas disponibles, la válvula de mariposa es ampliamente reconocida por su diseño compacto, rentabilidad y facilidad de operación. pero son válvulas de mariposa ¿Es realmente adecuado para manipular lodos o medios abrasivos? La respuesta tiene matices. Bajo ciertas condiciones, las válvulas de mariposa pueden funcionar de manera efectiva, pero su idoneidad depende en gran medida del diseño de la aplicación, los materiales de la válvula, los parámetros operativos y las prácticas de mantenimiento.
Comprender el desafío de la lechada
Las suspensiones varían enormemente en composición. Algunos son delgados y contienen partículas finas en bajas concentraciones, mientras que otros son gruesos, altamente abrasivos y capaces de erosionar superficies metálicas en cortos períodos de tiempo. Los desafíos que plantean los lodos incluyen:
- Desgaste abrasivo : Las partículas sólidas raspan, erosionan o pican las superficies de las válvulas, especialmente los asientos y los discos.
- Erosión-corrosión : Una combinación de desgaste mecánico y ataque químico conduce a una pérdida acelerada de material.
- Bloqueo o acumulación : Los lodos de alta viscosidad pueden adherirse a los componentes de la válvula, interfiriendo con el sellado y el funcionamiento.
- Choques de presión : El movimiento de la lechada puede ser turbulento, creando fluctuaciones de presión que tensionan los componentes de la válvula.
- dificultad para sellar : Los sólidos alojados entre las superficies de sellado pueden impedir el cierre o causar daños al asiento.
Cualquier válvula en servicio de lodos debe enfrentar estos problemas, y esto sirve como punto de partida para evaluar las válvulas de mariposa.
Cómo funcionan las válvulas de mariposa y qué significa eso para los lodos
Una válvula de mariposa utiliza un disco giratorio para abrir o cerrar el flujo dentro de una tubería. Cuando el disco gira paralelo al flujo, la válvula está abierta; cuando se gira perpendicularmente, detiene el flujo. Los componentes internos clave incluyen:
- disco
- Asiento (elastomérico o metálico)
- Vástago/eje
- cuerpo
En el servicio de lodos, el disco y el asiento son los componentes más expuestos al desgaste.
Ventajas clave de las válvulas de mariposa:
- Tamaño compacto y peso reducido en comparación con las válvulas de compuerta o de bola
- Menor costo, especialmente en diámetros más grandes.
- Par de funcionamiento bajo
- Actuación rápida de un cuarto de vuelta
- Bueno para acelerar en algunos diseños.
Limitaciones clave en ambientes abrasivos:
- El disco permanece en la trayectoria del flujo incluso cuando está completamente abierto, exponiéndolo a un desgaste continuo.
- Los asientos elastoméricos pueden degradarse rápidamente en servicio abrasivo.
- Las partículas pueden alojarse alrededor del borde del disco, afectando el sellado.
- Algunos diseños experimentan altas turbulencias alrededor del disco, lo que aumenta la erosión.
Estas características ayudan a explicar por qué las válvulas de mariposa pueden ser adecuadas en algunas aplicaciones de lodos pero no en otras.
Cuando las válvulas de mariposa son Adecuado para medios lodosos o abrasivos
A pesar de los desafíos, las válvulas de mariposa pueden funcionar bien en determinadas condiciones. Su idoneidad generalmente mejora cuando la pulpa es suave, se selecciona cuidadosamente la válvula y se controlan las condiciones de operación.
1. Abrasividad baja a moderada
Si la suspensión contiene principalmente partículas finas (p. ej., menos de ~100 micrones) y estas partículas no son muy abrasivas, una válvula de mariposa diseñada correctamente puede funcionar correctamente. Los ejemplos incluyen:
- Aguas residuales tratadas con sólidos en suspensión
- Lodos químicos con cargas no abrasivas
- Lechada de cal en tratamiento de agua (con materiales adecuados)
En estos casos, la tasa de desgaste es manejable y los discos y asientos elastoméricos o con revestimiento especial pueden proporcionar una larga vida útil.
2. Aplicaciones que requieren válvulas grandes a costos más bajos
Las válvulas de mariposa son económicas en tamaños grandes (por ejemplo, DN 300 y superiores). Cuando se manipulan lodos de baja abrasión en tuberías grandes, siguen siendo una opción popular debido a su tamaño compacto y su bajo costo de instalación en relación con las válvulas de compuerta de bola o guillotina.
3. Requisitos de cierre no críticos
Si la válvula no tiene que proporcionar sellado hermético , se puede tolerar algo de desgaste. Por ejemplo:
- Válvulas de aislamiento en líneas de lodos de baja presión
- Desvío de flujo donde se aceptan fugas menores
- Aplicaciones con redundancia integrada en el sistema
En estos casos, incluso si el asiento experimenta cierta erosión, la válvula aún puede funcionar adecuadamente.
4. Uso de válvulas de mariposa de alto rendimiento o específicas para lodos
Algunas válvulas de mariposa están diseñadas específicamente para medios más duros. Las mejoras pueden incluir:
- Discos con recubrimiento duro (por ejemplo, carburo de tungsteno, carburo de cromo)
- Válvulas de mariposa de alto rendimiento con asiento metálico
- Diseños de orejeta completa o de doble desplazamiento que reducen el contacto y el desgaste del asiento
- Asientos reemplazables diseñado para aplicaciones abrasivas
- Puertos de lavado para limpiar sólidos durante la operación
Estas características de diseño pueden mejorar en gran medida la durabilidad en el servicio de lodos, lo que convierte a las válvulas de mariposa en una opción viable en ambientes moderadamente abrasivos.
5. Condiciones de baja velocidad o velocidad controlada
La erosión aumenta dramáticamente con la velocidad. Si el proceso lo permite:
- menor velocidad del flujo,
- transiciones de flujo suaves, y
- turbulencia mínima,
una válvula de mariposa puede experimentar un desgaste significativamente menor.
Cuando las válvulas de mariposa Are no Recomendado para medios lodosos o abrasivos
Si bien las válvulas de mariposa pueden funcionar en algunas situaciones con lodos, hay muchos casos en los que no son ideales e incluso pueden fallar prematuramente.
1. Lodos altamente abrasivos
Las aplicaciones con partículas grandes, afiladas o densas se encuentran entre las más desafiantes:
- Lodo de arena
- Relaves mineros
- Cenizas volantes
- Cemento o lechada
- Lodos ricos en minerales
El impacto continuo de partículas abrasivas en el disco y el asiento a menudo provoca una rápida erosión, fugas y una corta vida útil de la válvula. En estos entornos, los tipos de válvulas más robustas (como las válvulas de guillotina o de manguito) tienden a funcionar mejor.
2. Sistemas de alta velocidad o alta turbulencia
La alta velocidad del flujo impulsa las partículas contra las superficies de las válvulas con mayor fuerza, acelerando la erosión. La turbulencia intensifica el problema, especialmente alrededor del borde de ataque del disco. Si las velocidades exceden los límites recomendados para el servicio de lodos, las válvulas de mariposa generalmente no son la mejor opción.
3. Aplicaciones que requieren un cierre hermético durante largos intervalos de servicio
Si el sistema exige cero fugas or confiabilidad del sellado a largo plazo , las válvulas de mariposa en servicio abrasivo pueden ser problemáticas:
- El desgaste de los asientos elastoméricos puede impedir el cierre total
- Los discos rayados o dañados interfieren con el sellado.
- Las partículas incrustadas pueden comprometer la integridad del asiento.
En estos escenarios, las válvulas de bola con asiento metálico o las válvulas de guillotina para lodos a menudo brindan una mayor confiabilidad.
4. Aplicaciones abrasivas de alta presión
Incluso las válvulas de mariposa de alto rendimiento enfrentan desafíos en el servicio abrasivo de alta presión. La combinación de tensión mecánica y ataque abrasivo puede provocar daños graves. Los tipos de válvulas alternativas generalmente superan a las válvulas de mariposa en tareas de lodos a alta presión.
Consideraciones de diseño y materiales para aplicaciones de lodos
Seleccionar la válvula de mariposa adecuada para medios abrasivos requiere atención especial a los materiales y la construcción.
Materiales del disco
- Acero inoxidable – Buena resistencia a la corrosión, moderada resistencia a la erosión.
- Hierro dúctil – Económico pero menos resistente al desgaste
- Superficies con revestimiento duro – El carburo de tungsteno o el carburo de cromo mejoran significativamente la durabilidad
- Hastelloy o aleaciones similares – Se utiliza para ambientes con lodos corrosivos.
Generalmente se recomienda un disco con recubrimiento duro para aplicaciones abrasivas.
Materiales del asiento
- EPDM y elastómeros de nitrilo – Bueno para entornos de baja abrasión
- Asientos de PTFE – Mejor resistencia química, tolerancia moderada a la abrasión.
- Asientos metálicos – Lo mejor para servicios abrasivos o de alta temperatura, pero no hermético a las burbujas.
El asiento suele ser el componente que se desgasta más rápidamente, por lo que la selección del material es fundamental.
Diseño de válvula
- Válvulas de mariposa de doble compensación (alto rendimiento) Reduce la fricción y el desgaste del asiento.
- Válvulas de triple compensación Proporcionan sellado de metal a metal, pero normalmente se utilizan cuando se necesita un cierre hermético en servicios severos.
- Diseños con cuerpo o con asas completas Ofrecen una mejor resistencia estructural para procesos de lodos exigentes.
Recubrimientos y Revestimientos
Algunos servicios de purines se benefician de:
- Discos recubiertos de cerámica
- Cuerpos revestidos de goma
- Anillos de asiento endurecidos
