A pesar deválvulas de plásticoA veces se las considera un producto especial —la primera opción para quienes fabrican o diseñan tuberías de plástico para sistemas industriales o para quienes requieren equipos ultra limpios—, pero es erróneo suponer que estas válvulas no tienen muchos usos generales. De hecho, las válvulas de plástico actuales tienen una amplia gama de usos, ya que la variedad de materiales sigue creciendo y los buenos diseñadores que los necesitan hacen que cada vez haya más formas de utilizar estas herramientas multifuncionales.

PROPIEDADES DEL PLÁSTICO

Las ventajas de las válvulas termoplásticas son amplias: resistencia a la corrosión, química y a la abrasión; paredes internas lisas; peso ligero; facilidad de instalación; larga vida útil; y menor costo del ciclo de vida. Estas ventajas han llevado a una amplia aceptación de las válvulas de plástico en aplicaciones comerciales e industriales como distribución de agua, tratamiento de aguas residuales, procesamiento de metales y productos químicos, alimentos y productos farmacéuticos, centrales eléctricas, refinerías de petróleo y mo Las válvulas de plástico se pueden fabricar a partir de una variedad de materiales diferentes utilizados en varias configuraciones. Las válvulas termoplásticas más comunes están hechas de cloruro de polivinilo (PVC), cloruro de polivinilo clorado (CPVC), polipropileno (PP) y fluoruro de polivinilideno (PVDF). Las válvulas de PVC y CPVC se unen comúnmente a los sistemas de tuberías mediante cemento solvente en los extremos de enchufe, o extremos roscados y bridados; mientras que el PP y el PVDF requieren la unión de componentes del sistema de tuberías, ya sea mediante tecnologías de fusión por calor, a tope o electrofusión.

Las válvulas termoplásticas son excelentes en entornos corrosivos, pero también son muy útiles en el suministro general de agua, ya que no contienen plomo¹, son resistentes a la deszincificación y no se oxidan. Los sistemas de tuberías y válvulas de PVC y CPVC deben someterse a pruebas y certificarse según la norma NSF [National Sanitation Foundation] 61 en cuanto a sus efectos sobre la salud, incluyendo el requisito de bajo contenido de plomo del Anexo G. Para elegir el material adecuado para fluidos corrosivos, conviene consultar la guía de resistencia química del fabricante y comprender el efecto que la temperatura tendrá sobre la resistencia de los materiales plásticos.

Aunque el polipropileno tiene la mitad de resistencia que el PVC y el CPVC, posee la resistencia química más versátil debido a la ausencia de disolventes conocidos. El PP se comporta bien en ácidos acéticos e hidróxidos concentrados, y también es adecuado para soluciones suaves de la mayoría de los ácidos, álcalis, sales y muchos compuestos orgánicos.

El PP está disponible en versiones pigmentada y sin pigmentar (natural). El PP natural se degrada gravemente por la radiación ultravioleta (UV), pero los compuestos que contienen más del 2,5 % de pigmento negro de humo presentan una adecuada estabilización frente a los rayos UV.

Los sistemas de tuberías de PVDF se utilizan en diversas aplicaciones industriales, desde la farmacéutica hasta la minería, debido a la resistencia del PVDF, su temperatura de funcionamiento y su resistencia química a sales, ácidos fuertes, bases diluidas y numerosos disolventes orgánicos. A diferencia del PP, el PVDF no se degrada con la luz solar; sin embargo, es transparente a la luz solar y puede exponer el fluido a la radiación UV. Si bien una formulación natural de PVDF sin pigmentos es excelente para aplicaciones de alta pureza en interiores, la adición de un pigmento, como un rojo apto para uso alimentario, permitiría la exposición a la luz solar sin efectos adversos sobre el fluido.

Los sistemas de plástico presentan desafíos de diseño, como la sensibilidad a la temperatura y la dilatación y contracción térmica, pero los ingenieros pueden diseñar, y de hecho han diseñado, sistemas de tuberías duraderos y rentables para entornos generales y corrosivos. La principal consideración de diseño es que el coeficiente de dilatación térmica de los plásticos es mayor que el de los metales; por ejemplo, el de los termoplásticos es de cinco a seis veces mayor que el del acero.

Al diseñar sistemas de tuberías y considerar el impacto en la ubicación y los soportes de las válvulas, un factor importante en los termoplásticos es la elongación térmica. Las tensiones y fuerzas resultantes de la expansión y contracción térmica pueden reducirse o eliminarse proporcionando flexibilidad a los sistemas de tuberías mediante cambios frecuentes de dirección o la introducción de bucles de expansión. Al brindar esta flexibilidad a lo largo del sistema de tuberías, la válvula de plástico no tendrá que absorber tanta tensión (Figura 1).

Debido a que los termoplásticos son sensibles a la temperatura, la presión nominal de una válvula disminuye a medida que aumenta la temperatura. Los diferentes materiales plásticos presentan una reducción correspondiente con el aumento de la temperatura. La temperatura del fluido puede no ser la única fuente de calor que afecte la presión nominal de una válvula de plástico; la temperatura externa máxima debe considerarse en el diseño. En algunos casos, no diseñar teniendo en cuenta la temperatura externa de la tubería puede provocar una deformación excesiva debido a la falta de soportes. El PVC tiene una temperatura máxima de servicio de 60 °C; el CPVC, de 104 °C; el PP, de 82 °C; y las válvulas de PVDF pueden mantener una presión de hasta 138 °C (Figura 2).

En el otro extremo del espectro de temperaturas, la mayoría de los sistemas de tuberías de plástico funcionan bastante bien a temperaturas bajo cero. De hecho, la resistencia a la tracción de las tuberías termoplásticas aumenta a medida que disminuye la temperatura. Sin embargo, la resistencia al impacto de la mayoría de los plásticos disminuye con la temperatura, y aparece fragilidad en los materiales de las tuberías afectadas. Siempre que las válvulas y el sistema de tuberías adyacente no se vean afectados, no sufran golpes ni impactos, y las tuberías no se dejen caer durante su manipulación, los efectos adversos sobre las tuberías de plástico se minimizan.

TIPOS DE VÁLVULAS TERMOPLÁSTICAS

Válvulas de bola,válvulas de retención,válvulas de mariposaLas válvulas de diafragma están disponibles en diferentes materiales termoplásticos para sistemas de tuberías de presión Schedule 80, con una amplia variedad de opciones de acabado y accesorios. La válvula de bola estándar suele tener un diseño de unión verdadera para facilitar la extracción del cuerpo de la válvula para mantenimiento sin interrumpir la tubería de conexión. Las válvulas de retención termoplásticas están disponibles como válvulas de bola, de clapeta, en Y y de cono. Las válvulas de mariposa se acoplan fácilmente a bridas metálicas, ya que se ajustan a los orificios, círculos de pernos y dimensiones generales de la norma ANSI Clase 150. El diámetro interior liso de las piezas termoplásticas contribuye a un control preciso de las válvulas de diafragma.

Las válvulas de bola de PVC y CPVC son fabricadas por diversas empresas estadounidenses y extranjeras en tamaños de 1/2 pulgada a 6 pulgadas, con conexiones de enchufe, roscadas o bridadas. El diseño de unión verdadera de las válvulas de bola modernas incluye dos tuercas que se enroscan en el cuerpo, comprimiendo juntas elastoméricas entre el cuerpo y los conectores. Algunos fabricantes han mantenido la misma longitud de instalación y rosca de tuerca para las válvulas de bola durante décadas, lo que permite reemplazar fácilmente las válvulas antiguas sin modificar la tubería adyacente.

Las válvulas de bola con juntas elastoméricas de etileno propileno dieno monómero (EPDM) deben estar certificadas según la norma NSF-61G para su uso en agua potable. Las juntas elastoméricas de fluorocarbono (FKM) pueden utilizarse como alternativa en sistemas donde la compatibilidad química es un factor importante. El FKM también puede utilizarse en la mayoría de las aplicaciones que involucran ácidos minerales, con la excepción del cloruro de hidrógeno, soluciones salinas, hidrocarburos clorados y aceites derivados del petróleo.

Figura 3. Una válvula de bola con brida conectada a un tanque. Figura 4. Una válvula de retención de bola instalada verticalmente. Las válvulas de bola de PVC y CPVC, de 1/2 pulgada a 2 pulgadas, son una opción viable para aplicaciones de agua caliente y fría donde el servicio de agua sin choque máximo puede ser de hasta 250 psi a 73 °F. Las válvulas de bola más grandes, de 2-1/2 pulgadas a 6 pulgadas, tendrán una clasificación de presión más baja de 150 psi a 73 °F. Comúnmente utilizadas en el transporte de productos químicos, las válvulas de bola de PP y PVDF (Figuras 3 y 4), disponibles en tamaños de 1/2 pulgada a 4 pulgadas con conexiones de extremo roscado, de enchufe o con brida, suelen estar clasificadas para un servicio de agua sin choque máximo de 150 psi a temperatura ambiente.

Las válvulas de retención de bola termoplásticas utilizan una bola con una densidad menor que la del agua, de modo que si se pierde presión en el lado de entrada, la bola retrocede hasta la superficie de sellado. Estas válvulas pueden utilizarse en el mismo servicio que las válvulas de bola de plástico similares, ya que no introducen nuevos materiales en el sistema. Otros tipos de válvulas de retención pueden incluir resortes metálicos que podrían no resistir en entornos corrosivos.

Figura 5. Válvula de mariposa con revestimiento elastomérico. La válvula de mariposa de plástico, disponible en tamaños de 2 a 24 pulgadas, es popular para sistemas de tuberías de mayor diámetro. Los fabricantes de válvulas de mariposa de plástico emplean diferentes enfoques en cuanto a la construcción y las superficies de sellado. Algunos utilizan un revestimiento elastomérico (Figura 5) o una junta tórica, mientras que otros emplean un disco recubierto de elastómero. Algunos fabrican el cuerpo con un solo material, pero los componentes internos en contacto con el fluido actúan como los materiales del sistema. Esto significa que un cuerpo de válvula de mariposa de polipropileno puede contener un revestimiento de EPDM y un disco de PVC, o bien, otras configuraciones con termoplásticos comunes y juntas elastoméricas.

La instalación de una válvula de mariposa de plástico es sencilla, ya que estas válvulas están fabricadas con un diseño tipo oblea y cuentan con juntas elastoméricas integradas en el cuerpo. No requieren la adición de una junta. Al colocarla entre dos bridas de acoplamiento, el apriete de los tornillos de la válvula de mariposa de plástico debe realizarse con cuidado, aumentando gradualmente el par de apriete hasta alcanzar el recomendado en tres etapas. Esto garantiza un sellado uniforme en toda la superficie y evita la aplicación de tensiones mecánicas desiguales en la válvula.

Figura 6. Válvula de diafragma. Los profesionales de válvulas metálicas reconocerán las características de las válvulas de diafragma de plástico con su rueda e indicadores de posición (Figura 6); sin embargo, estas válvulas ofrecen ventajas distintivas, como las paredes internas lisas de su cuerpo termoplástico. Al igual que las válvulas de bola de plástico, los usuarios pueden optar por una conexión de unión directa, especialmente útil para el mantenimiento. También se pueden seleccionar conexiones con bridas. Gracias a la variedad de materiales disponibles para el cuerpo y el diafragma, esta válvula se puede utilizar en diversas aplicaciones químicas.

Como con cualquier válvula, la clave para accionar válvulas de plástico reside en determinar los requisitos de funcionamiento, como la alimentación neumática o eléctrica y la corriente continua o alterna. Sin embargo, en el caso del plástico, el diseñador y el usuario también deben comprender el entorno en el que operará el actuador. Como se mencionó anteriormente, las válvulas de plástico son una excelente opción para entornos corrosivos, incluyendo aquellos con corrosión externa. Por ello, el material de la carcasa de los actuadores para válvulas de plástico es un factor importante. Los fabricantes de válvulas de plástico ofrecen opciones para satisfacer las necesidades de estos entornos corrosivos, como actuadores con carcasa de plástico o carcasas metálicas con recubrimiento epoxi.

Como muestra este artículo, las válvulas de plástico ofrecen hoy en día todo tipo de opciones para nuevas aplicaciones y situaciones.