La válvula de retención de diafragma cónico cuenta con un marco cónico perforado que soporta el diafragma interno. Se instala entre bridas o juntas de bridas de tuberías. A medida que el fluido fluye a través del cono, este levanta el diafragma de su asiento, permitiendo el paso. Cuando se detiene el flujo aguas abajo, el diafragma regresa rápidamente a su posición original, sellando la válvula.
Como se muestra en la Figura 3, la válvula de retención de diafragma cónico Consta de un diafragma cónico y un marco cónico perforado. El diafragma, fabricado con compuestos de caucho seleccionados, se fija al marco de acero inoxidable mediante tornillos y tuercas. La válvula tiene un diseño sencillo, sin marco.
El borde exterior del marco de la válvula se sujeta entre las bridas de la tubería y se instala dentro de ella, utilizando la propia tubería como carcasa. Cuando el fluido fluye desde la derecha (Figura 1), el diafragma, firmemente fijado al marco, se dobla bajo presión, permitiendo que el fluido pase a través de las perforaciones. Cuando el fluido fluye desde la izquierda, el diafragma presiona contra el marco, formando un sello completo. Este mecanismo proporciona una eficaz prevención del reflujo.
Figura 1: Válvula de retención de diafragma cónico
Debido a su diseño único y mecanismo de funcionamiento, la válvula de retención de diafragma cónico ofrece varias ventajas sobre las válvulas de retención convencionales.
Al carecer de carcasa externa, la válvula de retención de diafragma cónico aprovecha el espacio existente en la tubería, lo que la hace compacta y ligera. Por ejemplo, una válvula NPS 8 pesa menos de 3 kg, lo que facilita su manejo. No requiere accesorios especiales y su configuración de tuberías es idéntica a la de las válvulas convencionales. Este diseño optimiza su estructura compacta y ligera, a la vez que permite una integración perfecta con las conexiones de válvulas existentes.
A diferencia de las válvulas de retención de elevación y oscilación, que requieren orientaciones específicas, la válvula de retención de diafragma cónico puede operar en cualquier posición. Dado que el diafragma es la única pieza móvil y es ligero y de alta elasticidad, la válvula prácticamente no se ve afectada por la gravedad. Esta flexibilidad es especialmente beneficiosa en sistemas de tuberías con espacio limitado.
Con un diafragma de goma como componente móvil, la válvula funciona con un ruido mínimo, ya que no hay contacto metal con metal. Esto se traduce en niveles de ruido más bajos que las válvulas de retención convencionales.
El diafragma de caucho actúa como un componente de sellado eficaz, garantizando un sellado hermético. Incluso sin contrapresión, el diafragma presiona naturalmente contra el marco gracias a su elasticidad inherente. Si bien es adecuado para aplicaciones con gases y líquidos, puede que se requieran consideraciones adicionales para el sellado de gases debido a requisitos más estrictos.
La válvula exhibe una excelente resistencia a la vibración y mitiga eficazmente los efectos del golpe de ariete, de manera similar a una válvula de retención con resorte.
Sin componentes metálicos deslizantes o propensos a impactos y con fugas mínimas, la válvula de retención de diafragma cónico es adecuada para aplicaciones de gas y proporciona un rendimiento confiable y a largo plazo.
El marco de la válvula de retención de diafragma cónico está fabricado íntegramente en acero inoxidable, mientras que el diafragma suele estar compuesto de uno de los seis tipos de caucho disponibles, como se muestra en la Tabla 1. La selección del material del diafragma depende del tipo de fluido, considerando factores como la concentración, las fluctuaciones de temperatura y las posibles reacciones químicas con impurezas. Asimismo, el material del marco debe elegirse en función de su resistencia a la corrosión del fluido específico, especialmente en entornos ácidos o alcalinos, donde la concentración, la temperatura y la presión deben evaluarse cuidadosamente para garantizar la compatibilidad.
Dado que ni los fabricantes de válvulas ni los productores de caucho proporcionan datos exhaustivos sobre la resistencia a la corrosión de todos los fluidos, a menudo es necesario realizar pruebas. La Tabla 1 describe los valores máximos de presión de funcionamiento a temperatura ambiente; para temperaturas más altas, se debe aplicar un umbral de presión inferior. Si bien los metales generalmente se debilitan a temperaturas elevadas, se debe prestar especial atención a los materiales poliméricos como el caucho, ya que su comportamiento de degradación difiere significativamente del de los metales.
La pérdida de presión depende de factores como el tipo de fluido, la temperatura, la viscosidad y la densidad. Este problema no es exclusivo de las válvulas de retención de diafragma cónico, sino que se aplica a todos los equipos de control de fluidos. El material del diafragma influye significativamente en el rendimiento de la válvula, ya que las diferentes composiciones de caucho presentan una resistencia variable a la deformación. Por ejemplo, el caucho natural se deteriora al exponerse al aire, lo que limita su vida útil a uno o dos años. Por lo tanto, no se recomienda para aplicaciones de gas, especialmente en sistemas de aire. Si bien los diafragmas de caucho fluorado son altamente resistentes a productos químicos agresivos, presentan menor elasticidad que otros materiales, lo que los hace inadecuados para aplicaciones de gas que requieren un sellado riguroso.
La práctica habitual para seleccionar el diámetro de una válvula de retención de diafragma cónico es adaptarlo a la tubería y las válvulas asociadas del sistema. Por ejemplo, una tubería de 1 pulgada corresponde a una válvula DN25, mientras que una tubería de 4 pulgadas corresponde a una válvula DN100. Sin embargo, una adaptación directa de diámetros no siempre es adecuada. La selección debe basarse en las condiciones de operación específicas, asegurando que la diferencia de presión a través de la válvula no supere los 0,03 MPa y que la velocidad del flujo se mantenga por debajo de 4 m/s.
Estas restricciones surgen tanto de las limitaciones estructurales de la válvula como de los requisitos generales de estabilidad del sistema. El límite de diferencial de presión se basa en la resistencia estática del diafragma, mientras que el límite de velocidad de flujo evita una turbulencia excesiva que podría inducir la vibración del diafragma y su falla por fatiga.
Como se mencionó anteriormente, las válvulas de retención de diafragma cónico se instalan generalmente mediante conexiones de brida en la tubería. Sin embargo, al reemplazar una válvula de retención existente, puede ser necesario realizar ajustes en la instalación. En tales casos, se puede utilizar una combinación de uniones roscadas y bridadas con secciones de tubería cortas, como se ilustra en la Figura 2. Al utilizar uniones roscadas, es fundamental minimizar el área de sujeción de la brida para evitar un volumen innecesario y garantizar un tamaño óptimo de la unión.
Figura 2 Una combinación de uniones roscadas y de brida
La gama estándar de válvulas de retención de diafragma cónico abarca diámetros de DN13 a DN200. Para tamaños superiores a DN250, generalmente se requiere un diseño de válvula multicónico. Los modelos DN250+ no suelen estar disponibles debido a dos factores principales. En primer lugar, en tamaños mayores, el peso del diafragma se vuelve significativo en relación con su elasticidad, lo que reduce la eficiencia de la válvula. En segundo lugar, incluso si se realizaran modificaciones de diseño para acomodar diafragmas más grandes, la baja demanda del mercado resultaría en altos costos de producción.
Al igual que con todos los equipos de manejo de fluidos, minimizar las impurezas en el medio es fundamental para las válvulas de retención de diafragma cónico. Dado que estas válvulas carecen de puntos de contacto metal-metal, son resistentes a la adherencia y al sobrecalentamiento causados por las impurezas. Sin embargo, el marco contiene numerosas aberturas pequeñas que pueden atrapar impurezas fibrosas, lo que podría comprometer el rendimiento del sellado y aumentar la resistencia al flujo. Por lo tanto, las impurezas fibrosas deben eliminarse en la mayor medida posible. Las impurezas sólidas menores de 1 mm generalmente pueden atravesar la válvula, a menos que se adhieran a las superficies internas. En aplicaciones con gas, incluso las partículas sólidas finas pueden dañar la superficie de sellado del diafragma. Para evitar esto, se deben utilizar sistemas de filtración cuando haya contaminantes sólidos en la corriente de gas.
Durante la instalación o el mantenimiento, se debe tener cuidado de no dañar la superficie de sellado. Dado que la válvula de retención de diafragma cónico no se desgasta, su uso adecuado generalmente elimina la necesidad de retirar o reinstalar el diafragma. Si es necesario reemplazar el diafragma, no se deben apretar demasiado los tornillos de instalación. Aunque no hay un par de apriete específico, el diafragma y el marco deben apretarse ligeramente sin dejar holgura, y se deben usar tuercas dobles para evitar que se aflojen. Una fuerza externa excesiva sobre el diafragma puede causar deformación y comprometer el rendimiento del sellado.
Tabla 1 Tipos de materiales de diafragma
Regiones | Materiales | Aplicaciones principales | Temperatura de funcionamiento (°C) | Presión máxima de funcionamiento (kgf/cm²) |
Marco de cono | Acero inoxidable (SUS316) | — | — | — |
Diafragma | Caucho natural | Agua | 20 a 70 | 20 (10 a temperatura máxima) |
Caucho fluorado | Ácidos y vapores de disolventes inorgánicos | 0 a 200 | 45 (8,5 a temperatura máxima) | |
Caucho de nitrilo | Agua, petróleo, aire y gas. | -15 a 100 | 28 (7,7 a temperatura máxima) | |
Caucho de etileno propileno | Agua, petróleo, aire y gas. | -50 a 150 | 20 (4,2 a temperatura máxima) | |
Caucho de silicona | Soluciones alcalinas y ácidos diluidos | 60 a 200 | 30 (4,5 a temperatura máxima) | |
Caucho de etileno propileno e isobutileno | Agua | -20 a 100 | 20 (7,0 a temperatura máxima) |
Las válvulas de retención de diafragma cónico ofrecen ventajas significativas en diversas aplicaciones. Un uso común es su función como válvula de fondo en bombas, donde su principal ventaja es su rendimiento sin fugas, un requisito fundamental para este tipo de válvulas. Además, en salas de bombas donde la instalación es difícil, su diseño ligero ofrece una clara ventaja. Su posibilidad de instalación en diversas orientaciones simplifica aún más el mantenimiento.
Al aprovechar las conexiones de tuberías existentes, las válvulas de retención de diafragma cónico suelen poder instalarse con modificaciones mínimas. Por ejemplo, las válvulas de retención de diámetro pequeño se utilizan en medidores de agua domésticos para evitar el reflujo en los sistemas de suministro de agua, y la investigación sobre esta aplicación está cerca de implementarse en el mundo real. Una aplicación clave en sistemas de gas es su función en el transporte neumático de polvo, que transporta materiales finos como el cemento mediante aire comprimido. Una válvula de retención impide que el polvo refluya hacia el compresor. Sin embargo, las válvulas de retención tradicionales de elevación y oscilación dependen del reflujo para cerrarse, lo que permite la entrada de polvo al compresor, lo que aumenta el desgaste y reduce la eficiencia. Esto acorta la vida útil de la válvula a solo unos meses. Reemplazar estas válvulas tradicionales por válvulas de retención de diafragma cónico mitiga eficazmente estos problemas, mejorando el rendimiento y garantizando un funcionamiento fiable.
