A pesar deválvulas de plásticoA veces se consideran un producto especial, la primera opción para quienes fabrican o diseñan tuberías de plástico para sistemas industriales o requieren equipos ultralimpios. Es fácil suponer que estas válvulas no tienen muchos usos generales. De hecho, las válvulas de plástico actuales tienen una amplia gama de usos, ya que los tipos de materiales se están expandiendo, y los buenos diseñadores que los necesitan hacen que cada vez haya más maneras de usar estas herramientas multifuncionales.

PROPIEDADES DEL PLÁSTICO

Las válvulas termoplásticas ofrecen amplias ventajas: resistencia a la corrosión, a los productos químicos y a la abrasión; paredes interiores lisas; peso ligero; facilidad de instalación; larga vida útil; y menor coste del ciclo de vida. Estas ventajas han propiciado su amplia aceptación en aplicaciones comerciales e industriales, como la distribución de agua, el tratamiento de aguas residuales, el procesamiento de metales y productos químicos, la industria alimentaria y farmacéutica, las centrales eléctricas, las refinerías de petróleo y la industria automotriz. Las válvulas de plástico pueden fabricarse con diversos materiales y 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 habitualmente a los sistemas de tuberías mediante extremos de casquillo cementados con disolventes o extremos roscados y bridados; mientras que las de PP y PVDF requieren la unión de los componentes del sistema de tuberías mediante tecnologías de termofusión, a tope o electrofusión.

Las válvulas termoplásticas son excelentes en entornos corrosivos, pero son igual de útiles en el servicio 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 probarse y certificarse según la norma 61 de la NSF [Fundación Nacional de Saneamiento] para efectos sobre la salud, incluido el requisito de bajo contenido de plomo del Anexo G. La elección del material adecuado para fluidos corrosivos se puede realizar consultando la guía de resistencia química del fabricante y comprendiendo el efecto que la temperatura tendrá en la resistencia de los materiales plásticos.

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

El PP está disponible como material pigmentado o no pigmentado (natural). El PP natural se degrada considerablemente por la radiación ultravioleta (UV), pero los compuestos con más de un 2,5 % de pigmentación de negro de humo están adecuadamente estabilizados a la radiación UV.

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

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

Al diseñar sistemas de tuberías y considerar el impacto en la colocación 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 proporcionar esta flexibilidad a lo largo del sistema de tuberías, la válvula de plástico no tendrá que absorber tanta tensión (Figura 1).

Debido a la sensibilidad de los termoplásticos a la temperatura, la presión nominal de una válvula disminuye al aumentar esta. Los diferentes materiales plásticos presentan una reducción proporcional al aumento de la temperatura. La temperatura del fluido puede no ser la única fuente de calor que afecta la presión nominal de una válvula de plástico; la temperatura externa máxima debe considerarse en el diseño. En algunos casos, no considerar la temperatura externa de la tubería en el diseño puede causar una flexión excesiva debido a la falta de soportes. El PVC tiene una temperatura máxima de servicio de 60 °C; el CPVC, de 100 °C; el PP, de 82 °C; y las válvulas de PVDF pueden mantener una presión de hasta 137 °C (Figura 2).

En el otro extremo de la escala 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 aumenta en las tuberías termoplásticas al disminuir la temperatura. Sin embargo, la resistencia al impacto de la mayoría de los plásticos disminuye con la baja temperatura, y los materiales de las tuberías afectadas se vuelven frágiles. Siempre que las válvulas y el sistema de tuberías adyacente no se vean afectados por golpes o sacudidas, y las tuberías no se caigan durante su manipulación, se minimizan los efectos adversos en las tuberías de plástico.

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 cédula 80, que también cuentan con una amplia variedad de opciones de accesorios y guarniciones. 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 conexión de las tuberías. Las válvulas de retención termoplásticas están disponibles como válvulas de retención de bola, de clapeta, en Y y de cono. Las válvulas de mariposa se acoplan fácilmente a las bridas metálicas gracias a que cumplen con los orificios, círculos y dimensiones generales de los pernos de la norma ANSI Clase 150. El diámetro interior liso de las piezas termoplásticas aumenta la precisión del control de las válvulas de diafragma.

Varias empresas estadounidenses y extranjeras fabrican válvulas de bola de PVC y CPVC en tamaños de 1/2 a 6 pulgadas, con conexiones de encaje, roscadas o bridadas. El diseño de unión verdadera de las válvulas de bola contemporáneas incluye dos tuercas que se enroscan en el cuerpo, comprimiendo los sellos elastoméricos entre el cuerpo y las conexiones finales. Algunos fabricantes han mantenido la misma longitud de paso de la válvula de bola y las mismas roscas de las tuercas durante décadas, lo que facilita la sustitución de válvulas antiguas sin modificar la tubería adyacente.

Las válvulas de bola con sellos elastoméricos de etileno propileno dieno monómero (EPDM) deben estar certificadas según la norma NSF-61G para su uso en agua potable. Los sellos elastoméricos 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 excepción del cloruro de hidrógeno, soluciones salinas, hidrocarburos clorados y aceites de petróleo.

Figura 3. Válvula de bola con brida conectada a un tanque. Figura 4. Válvula de retención de bola instalada verticalmente. Las válvulas de bola de PVC y CPVC, de 1/2 a 2 pulgadas, son una opción viable para aplicaciones de agua caliente y fría donde la presión máxima de servicio sin choque puede alcanzar los 250 psi a 23 °C. Las válvulas de bola más grandes, de 2-1/2 a 6 pulgadas, tienen una presión nominal menor de 150 psi a 23 °C. 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 a 4 pulgadas con conexiones de enchufe, roscadas o bridadas, suelen tener una presión máxima de servicio sin choque de 150 psi a temperatura ambiente.

Las válvulas de retención de bola termoplásticas utilizan una bola con una gravedad específica inferior a la del agua, de modo que, si se pierde presión aguas arriba, la bola se hunde contra 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 durar en ambientes 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 adoptan diferentes enfoques para la construcción y las superficies de sellado. Algunos utilizan un revestimiento elastomérico (Figura 5) o una junta tórica, mientras que otros utilizan un disco con revestimiento elastomérico. Algunos fabrican el cuerpo de un solo material, pero los componentes internos húmedos actúan como materiales del sistema. Esto significa que el cuerpo de una válvula de mariposa de polipropileno puede contener un revestimiento de EPDM y un disco de PVC, o varias otras configuraciones con sellos termoplásticos y elastoméricos comunes.

La instalación de una válvula de mariposa de plástico es sencilla, ya que estas válvulas están fabricadas con un diseño tipo oblea y sellos elastoméricos integrados en el cuerpo. No requieren la adición de una junta. Colocada entre dos bridas de acoplamiento, el atornillado de una válvula de mariposa de plástico debe realizarse con cuidado, aumentando gradualmente el par de apriete recomendado en tres etapas. Esto se hace para garantizar un sellado uniforme en toda la superficie y evitar que se aplique una tensión mecánica desigual a la válvula.

Figura 6. Válvula de diafragma. Los profesionales de válvulas metálicas encontrarán familiar la parte superior de las válvulas de diafragma de plástico con la rueda y los indicadores de posición (Figura 6); sin embargo, la válvula de diafragma de plástico puede ofrecer algunas ventajas distintivas, como las paredes interiores lisas del cuerpo termoplástico. Al igual que la válvula de bola de plástico, los usuarios de estas válvulas pueden instalar el diseño de unión verdadera, especialmente útil para el mantenimiento de la válvula. También pueden optar por conexiones bridadas. Gracias a todas las opciones de materiales para el cuerpo y el diafragma, esta válvula se puede utilizar en diversas aplicaciones químicas.

Al igual que con cualquier válvula, la clave para accionar válvulas de plástico reside en determinar los requisitos operativos, como la alimentación neumática o eléctrica, y la alimentación de CC o CA. Sin embargo, con el plástico, el diseñador y el usuario también deben comprender el tipo de entorno que rodeará al actuador. Como se mencionó anteriormente, las válvulas de plástico son una excelente opción para situaciones corrosivas, incluyendo entornos externos corrosivos. 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 recubiertos de plástico o carcasas metálicas con recubrimiento epóxico.

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