El conjunto de válvulas de un válvula de control consta de las partes internas de la válvula y el cuerpo de la válvula. válvula de control Los componentes internos incluyen el obturador, el vástago, la caja de empaque y la tapa superior de la válvula. Entre estos componentes, la caja de empaque se encarga de sellar el vástago, empleando un método elástico para evitar fugas del fluido de proceso a lo largo de su superficie debido al movimiento reciprocante o giratorio. Es parte integral del cuerpo de la válvula, y el sellado del vástago se logra principalmente a través de la caja de empaque.
Empaquetadura de válvula Sirve como material de relleno de sellado dinámico, generalmente instalado dentro de la caja de empaquetadura del bonete superior de la válvula. Su propósito es evitar fugas causadas por el movimiento del vástago de la válvula en respuesta al medio controlado. Los materiales de empaquetadura comúnmente utilizados se clasifican principalmente en dos tipos según su material: politetrafluoroetileno (PTFE) y grafito expandido.
El politetrafluoroetileno (PTFE) es un compuesto polimérico de alto rendimiento formado por la polimerización del tetrafluoroetileno. Posee excelente estabilidad química, resistencia a la corrosión, propiedades de sellado, alta lubricación, no adhesividad, aislamiento eléctrico y buena resistencia al envejecimiento. Su resistencia a la corrosión incluso supera a la del vidrio y la cerámica, mostrando una excelente resistencia a ácidos, álcalis y oxidantes fuertes, lo que lo convierte en un material de sellado ideal. Sin embargo, su resistencia a la temperatura es deficiente; el PTFE comienza a sufrir una degradación extremadamente leve por encima de los 200 °C, experimentando fluencia bajo presión o calor, lo que afecta el rendimiento del sellado. Además, no es apto para su uso en soluciones alcalinas fundidas ni en entornos con fluoruro.
Este material se fabrica prensando politetrafluoroetileno a granel en una forma trenzada. Es un material abierto con buena flexibilidad, durabilidad, excelente sellado y fácil reemplazo, lo que lo convierte en el material más utilizado.
Generalmente mecanizada a partir de varillas de politetrafluoroetileno, esta estructura de empaquetadura tiene forma de V. Al comprimirse en ambos extremos, gracias al bajo coeficiente de fricción del PTFE, proporciona lubricación y un excelente rendimiento de sellado. Las características de los anillos de empaquetadura en forma de V incluyen: bajo la presión del fluido dentro de la válvula, el borde del anillo exterior permanece firmemente adherido a la pared interior de la caja de empaquetadura, lo que garantiza un sellado estático. De igual manera, bajo presión, el borde del anillo interior permanece firmemente adherido al vástago de la válvula para garantizar un sellado dinámico, incluso si este se mueve hacia arriba y hacia abajo.
Al añadir fibra de vidrio, grafito y disulfuro de molibdeno, se puede mejorar el rendimiento del PTFE, mejorando su resistencia a la fluencia y su conductividad térmica. Sin embargo, esto aumenta la dureza y disminuye la resistencia a la corrosión y el sellado.
El grafito expandido es un material no fibroso que se obtiene eliminando las impurezas del grafito en escamas natural. Tras un tratamiento con ácidos mixtos oxidantes fuertes, se convierte en grafito oxidado. Al calentarse, el grafito oxidado se descompone, liberando dióxido de carbono, lo que produce una importante expansión de volumen y se transforma en grafito expandido, un material poroso, blando y resistente. Es un material conocido por su larga vida útil y excelente sellado.
El grafito expandido presenta cambios mínimos en sus propiedades físicas desde temperaturas ultrabajas de -250 °C hasta temperaturas altas de +600 °C.
Aparte de la corrosión en medios oxidantes fuertes como el ácido nítrico y el ácido sulfúrico concentrado, el grafito expandido es casi inmune a la corrosión en otros ácidos, álcalis y solventes.
Similar al grafito natural, el grafito expandido genera fácilmente deslizamiento bajo fuerza externa, poseyendo así propiedades autolubricantes y asegurando un buen rendimiento de sellado.
Gracias a su naturaleza porosa y resiliente, el grafito expandido posee una buena resiliencia al rebote. Cuando el eje o el manguito del eje presentan descentramiento radial debido a la excentricidad de fabricación o instalación, el grafito expandido ofrece un rendimiento de flotación adecuado. Incluso si se producen grietas, mantiene un contacto firme, lo que garantiza un sellado hermético y evita fugas.
(1) Filamento o trenzado: Este tipo de empaquetadura tiene buena elasticidad y puede envolver el vástago de la válvula mientras purifica su superficie. Trenzado empaque de grafito Puede superar las fugas causadas por el desgaste en otros tipos de empaques de grafito, pero su estructura trenzada crea espacios, lo que lo hace propenso a filtraciones.
(2) Grafito en láminas: Se fabrica comprimiendo varias láminas de grafito en anillos de empaquetadura. Su textura es perpendicular a la superficie del vástago de la válvula, formando una sección transversal cuadrada, lo que dificulta la penetración de fluidos. Sin embargo, también reduce la relación entre la presión axial y la presión radial, lo que requiere una mayor fuerza de compresión para el sellado.
(3) Grafito de lámina doblada: Su textura es paralela a la dirección axial del vástago de la válvula, procesada a partir de varias láminas de grafito. La presión durante la compresión es mucho mayor que durante el funcionamiento, lo que evita una mayor contracción en la empaquetadura. Debido a su principio, es propenso a filtraciones a altas temperaturas. Sin embargo, debido a su fácil procesamiento y bajo costo, se utiliza ampliamente.
En la práctica, las válvulas de control pueden presentar fugas en las empaquetaduras debido a diversos factores. El mantenimiento en sitio debe incluir un análisis y una evaluación específicos basados en las condiciones reales de uso de la válvula para eliminar de raíz las causas de las fugas y abordar los riesgos de seguridad. Las principales causas de las fugas se pueden resumir de la siguiente manera:
(1) Selección incorrecta del material o tipo de empaquetadura: Por ejemplo, el uso de empaquetadura de PTFE en condiciones de entre 150 °C y 200 °C puede provocar una ligera fluencia durante períodos prolongados en condiciones críticas, lo que reduce el rendimiento del sellado debido a la alta presión del medio. De igual manera, la selección de empaquetadura trenzada para medios altamente permeables, como amoníaco líquido, alquitrán o combustible, puede provocar fugas en condiciones de alta temperatura y alta presión.
(2) Métodos de instalación de empaquetaduras inadecuados: Tras instalar la empaquetadura en la caja y someterla a la presión axial del prensaestopas, su plasticidad genera una fuerza radial que la hace apretar firmemente con el vástago de la válvula. Si la empaquetadura se aprieta de forma desigual durante la instalación, lo que genera una distribución desigual de la fuerza, es posible que algunas partes de la empaquetadura no hagan contacto correctamente o incluso se pierdan, lo que puede provocar fugas.
(3) Movimiento relativo entre el vástago de la válvula y la empaquetadura durante su funcionamiento, conocido como movimiento axial. Durante el funcionamiento, la caja de empaquetadura de las válvulas de control es una zona común de fugas, especialmente bajo la influencia de altas temperaturas, altas presiones y fluidos altamente permeables. La principal causa de fugas en la empaquetadura es la fuga en la interfaz. En el caso de las empaquetaduras textiles, también pueden producirse fugas (fuga del fluido a presión por los pequeños espacios entre las fibras de la empaquetadura). La fuga en la interfaz entre el vástago de la válvula y la empaquetadura se debe a la disminución gradual de la presión de contacto, el envejecimiento y la pérdida de elasticidad de la empaquetadura. En estas condiciones, el fluido a presión puede fugarse por el espacio de contacto entre la empaquetadura y el vástago de la válvula.
(4) El accionamiento frecuente de la válvula, la flexión del vástago de la válvula, el desgaste, la corrosión y la disminución de la suavidad provocan desgaste del empaque y fugas.
(5) Los cambios en las condiciones de funcionamiento de la válvula, como durante el calentamiento al arrancar el dispositivo, provocan cambios significativos en el medio caliente a medida que la válvula pasa de frío a calor. La expansión térmica del vástago de la válvula debido al calentamiento puede aumentar la holgura de la empaquetadura, lo que provoca fugas graves en la empaquetadura.
(6) Los prensaestopas flojos o torcidos o la instalación horizontal de las válvulas de control pueden provocar un contacto deficiente entre el vástago de la válvula y el empaque, lo que genera una holgura excesiva o insuficiente.
(1) Para facilitar la inserción del empaque, bisele el extremo superior de la caja de empaque y coloque un anillo de protección de metal resistente a la corrosión con el espacio libre apropiado en la parte inferior de la caja de empaque (la superficie de contacto con el empaque no debe estar inclinada) para evitar que el empaque sea expulsado por la presión media.
(2) Mejorar la precisión y la suavidad de la superficie del vástago de la válvula y la caja del empaque. Si la suma de los coeficientes de fricción entre las distintas piezas móviles es cero, la fuerza que actúa sobre el prensaestopas se distribuirá uniformemente por toda la empaquetadura sin atenuación. Aunque la suma real de las fuerzas de fricción no puede ser cero y disminuye con la distancia al prensaestopas, la fuerza de fricción, o fuerza radial que actúa sobre la empaquetadura, disminuye. A mayor fricción, mayor atenuación de la presión. Una vez que la presión de sellado supera la fuerza que actúa sobre la empaquetadura, se inician fugas. Por lo tanto, durante el mantenimiento, el vástago de la válvula y la caja del empaque deben estar libres de arañazos, picaduras y desgaste, y presentar una buena suavidad.
(3) Seleccione materiales adecuados con resistencia a los cambios de temperatura, a la fluencia, a la relajación y a la oxidación. Generalmente, se prefiere el PTFE cuando las condiciones lo permiten, mientras que se elige el grafito cuando el PTFE no es adecuado. También se puede utilizar un empaque híbrido: mezclando grafito y PTFE, o utilizando juntas tóricas con empaque en V. El empaque de grafito se puede utilizar en medios con alta permeabilidad.
(4) Al llenar la empaquetadura, agréguela bobina por bobina y utilice una prensa para presionar cada bobina firmemente y asegurar una distribución uniforme de la fuerza. La empaquetadura abierta debe colocarse con separaciones escalonadas de 90° o 120°, y el número de bobinas de empaque debe ser adecuado para evitar fugas externas. Una empaquetadura insuficiente puede causar fugas al entrar el prensaestopas en la caja.
(5) En el caso de empaquetaduras de PTFE afectadas por la fuerza del resorte, los tornillos del prensaestopas deben apretarse simétricamente sin desviaciones. Otros tipos de empaquetaduras no requieren un apriete excesivo, solo el necesario para evitar fugas.
(6) Tras la puesta en funcionamiento de una válvula nueva o de una válvula de control recién revisada, compruebe si hay fugas en la empaquetadura. Si encuentra alguna, resuélvala de inmediato para evitar que empeore.
(1) Al cortar el embalaje moldeado, utilice un corte en ángulo de 45° y, durante la instalación, asegúrese de que los cortes de cada bobina estén escalonados 90° o 120°.
(2) Al utilizar empaques de PTFE moldeados a alta presión, preste atención a sus características de flujo en frío.
(3) El uso exclusivo de anillos de grafito flexible puede dar como resultado una eficacia de sellado deficiente; se deben combinar con empaques trenzados de grafito.
(4) El empaque de grafito no debe utilizarse con agentes oxidantes fuertes como ácido sulfúrico concentrado o ácido nítrico.
(5) La precisión dimensional y la rugosidad de la superficie de la caja de empaque, así como la precisión dimensional y la rugosidad de la superficie del vástago de la válvula, son factores críticos que afectan la eficacia del sellado del empaque moldeado.
