Les vàlvules de papallona s'utilitzen per iniciar, aturar o regular el flux de líquids o gasos a través de canonades. Reben el seu nom del disc en forma d'ala que pivota dins del cos de la vàlvula, semblant al moviment d'una papallona. Entre els diferents tipus de vàlvules de papallona, les vàlvules de papallona d'alt rendiment (HPBV) i les vàlvules de papallona concèntriques són els dos dissenys més comuns. Aquesta comparació desglossarà les diferències entre les dues a partir de múltiples dimensions per aclarir les seves funcions en aplicacions industrials i municipals.
| Característica | Vàlvula de papallona concèntrica | Vàlvula de papallona d'alt rendiment |
| Disseny | Tija i disc centrals | Tija desplaçada amb seient metàl·lic |
| Mecanisme de segellat | Seient elastomèric suau | Seient RPTFE |
| Classificació de pressió | Fins a 250 PSI | Fins a 600 PSI |
| Classificació de temperatura | Fins a 180 °C (356 °F) | Fins a 260 °C (536 °F) |
| Desgast i esquinçament | Més alt a causa del contacte amb el seient | Més baix a causa del disseny offset |
| Idoneïtat de l'aplicació | Fluids de baixa pressió | Fluids de mitjana pressió i alta temperatura |
| Cost | Baix | Superior |
1. Disseny i construcció
La diferència principal entre les vàlvules de papallona concèntriques i les vàlvules de papallona d'alt rendiment rau en el seu disseny estructural, concretament en la posició de la tija i el disc de la vàlvula respecte al cos de la vàlvula i els materials utilitzats.
1.1 Vàlvules de papallona concèntriques
El disseny concèntric es coneix com a vàlvula de "desplaçament zero" o "seient resilient", que alinea la tija i el disc de la vàlvula directament amb el centre del cos de la vàlvula i el forat del tub. Aquesta alineació central no té cap desviació.
1.1.1 Moviment del disc
El disc gira 90° al voltant de l'eix de la tija de la vàlvula i es mou des de completament obert (paral·lel a la canonada) fins a completament tancat (perpendicular a la canonada) al llarg del seu rang de moviment.
1.1.2 Mecanisme de segellat
El segellat s'aconsegueix mitjançant un ajust d'interferència entre la vora del disc de la vàlvula i el seient de la vàlvula elàstic semblant al cautxú (com ara EPDM, acrílic o fluorocautxú) que recobreix la superfície interior del cos de la vàlvula.
1.1.3 Materials
El cos de la vàlvula sol estar fet de materials d'alta resistència i resistents a la corrosió com ara ferro colat, ferro dúctil o fins i tot acer inoxidable per a aplicacions menys exigents, perquè el seient de goma de la vàlvula impedeix el contacte del fluid amb el cos de la vàlvula.
El disc pot ser d'acer inoxidable, bronze d'alumini, ferro dúctil recobert o totalment revestit de metall, depenent de la corrosivitat del fluid.
1.2 Vàlvules de papallona d'alt rendiment
Normalment un disseny de doble desplaçament amb dos desplaçaments clau:
La tija es troba darrere del disc en lloc de passar pel centre del disc, i
El conjunt de disc i tija està desplaçat respecte a la línia central del forat de la canonada.
Algunes versions avançades inclouen triples desplaçaments, però el doble desplaçament és estàndard en els models d'alt rendiment.
1.2.1 Moviment del disc
A causa del desplaçament, el disc gira en una acció similar a una lleva, reduint el contacte amb el seient.
1.2.2 Mecanisme de segellat
El seient està fet de materials més resistents, com ara tefló reforçat, per suportar pressions i temperatures més elevades. A diferència del seient de goma en una vàlvula concèntrica, el segellat és més hermètic i menys dependent de la deformació.
1.2.3 Materials
El cos i el disc estan fets de metalls resistents, com ara acer inoxidable, acer al carboni o aliatges, per suportar condicions dures.
1.3 Resum: Implicacions de disseny
La simplicitat de la vàlvula concèntrica la fa lleugera i compacta, cosa que la fa ideal per a la instal·lació directa. Tanmateix, la seva dependència d'un seient de goma deformable limita la seva flexibilitat.
El disseny desplaçat i els materials més resistents de les vàlvules d'alt rendiment milloren la seva durabilitat i adaptabilitat, però a costa d'una major complexitat i pes.
---
2. Capacitats de rendiment
El rendiment és l'aspecte més variable d'aquestes vàlvules i el que els usuaris valoren i preocupen més. Concretament, s'analitza en termes de pressió, temperatura, efecte de segellat i vida útil.
2.1 Vàlvules de papallona concèntriques
2.1.1 Classificacions de pressió
Les vàlvules de papallona concèntriques generalment poden suportar pressions fins a PN16, però això varia segons la mida i el material. Per sobre d'aquesta pressió, el seient de goma es pot deformar o fallar.
2.1.2 Classificacions de temperatura
La temperatura màxima és de 180 °C (356 °F), limitada pels límits tèrmics del seient de goma o PTFE. Les temperatures elevades degradaran el rendiment de l'elastòmer i perjudicaran el segellat.
2.1.3 Rendiment de segellat
Pot proporcionar un tancament fiable en sistemes de baixa pressió, però la fricció contínua entre el disc de la vàlvula i el seient de la vàlvula provocarà desgast, cosa que reduirà l'eficàcia.
2.1.4 Limitació de velocitat
Com que les vàlvules de papallona són més adequades per a l'obertura i el tancament complets, si s'utilitzen per a la regulació del cabal, l'estrangulació a llarg termini accelerarà el desgast del seient de la vàlvula, fent-la menys precisa i duradora.
2.1.5 Durabilitat
En ser més elàstics, els seients de vàlvula metàl·lics o reforçats són més duradors que els de goma. El disseny desplaçat allarga encara més la vida útil limitant la fricció.
2.2 Vàlvula de papallona d'alt rendiment
2.2.1 Classificació de pressió
Gràcies a la seva estructura robusta i al seu disseny desplaçat que redueix la tensió al seient de la vàlvula, pot suportar pressions de fins a PN16.
2.2.2 Classificació de temperatura
Com que el seient de la vàlvula utilitza RPTFE, pot funcionar eficaçment a temperatures de fins a 280 °C (536 °F).
2.2.3 Rendiment de segellat
A causa de l'ajust precís del disc de la vàlvula desplaçada i del seient de la vàlvula durador, les fuites són pràcticament nul·les i normalment el tancament és proper a l'hermètica. Això la fa ideal per a aplicacions crítiques.
2.2.4 Limitació de velocitat
La construcció i els materials utilitzats en les vàlvules de papallona d'alt rendiment els permeten controlar amb precisió el flux fins i tot a altes pressions. El contacte reduït del seient minimitza el desgast i manté la integritat del segellat durant múltiples cicles.
2.2.5 Durabilitat
En ser més resistents, els seients metàl·lics o reforçats són més duradors que els de goma. El disseny desplaçat allarga encara més la vida útil limitant la fricció.
2.3 Resum: Aspectes destacats del rendiment
Les vàlvules concèntriques són adequades per a condicions estables i de baixa pressió, però fallen a pressions mitjanes i altes.
Les vàlvules d'alt rendiment ofereixen una fiabilitat i una vida útil superiors a un cost inicial més elevat.
---
3. Sol·licituds
L'elecció entre vàlvules de papallona de línia mitjana i vàlvules de papallona d'alt rendiment depèn de les necessitats específiques del sistema en què s'instal·len.
3.1 Vàlvules de papallona concèntriques
Per a sistemes de baixa a mitjana pressió/temperatura on el cost i la simplicitat són prioritats.
Usos comuns:
- Aigua i aigües residuals: Les canonades d'aigua municipals, els sistemes de reg i clavegueram es beneficien de la seva economia i aïllament de fluids.
- Alimentació i farmacèutica: els seients de goma eviten que els fluids sensibles siguin contaminats pel cos de la vàlvula.
- Subministrament de gas: Les línies de gas de baixa pressió l'utilitzen per al control d'encesa/apagada.
- Protecció contra incendis: Els sistemes d'aspersors aprofiten el seu funcionament ràpid i la seva fiabilitat a pressions mitjanes.
- Vapor de baixa pressió: per a vapor de fins a 250 PSI i 350 °F.
3.2 Vàlvules de papallona d'alt rendiment
Per a pressions baixes-mitjanes o sistemes crítics que requereixen precisió i durabilitat.
Usos comuns:
- Petroli i gas: Apte per a productes químics agressius, petroquímics i condicions marines amb altes pressions i fluids corrosius.
- Generació d'energia: Gestiona el vapor d'alta pressió i l'aigua de refrigeració en turbines i calderes.
- Processament químic: Resisteix fluids corrosius i manté un tancament hermètic en ambients volàtils.
- HVAC: Per a sistemes grans que requereixen un control de cabal precís.
- Construcció naval: Suporta condicions marines i gestió de fluids a alta pressió.
3.3 Superposició i diferències d'aplicacions
Tot i que ambdues vàlvules regulen el flux, les vàlvules concèntriques dominen en entorns menys exigents i sensibles al cost, mentre que les vàlvules d'alt rendiment es prefereixen per a processos industrials on les fallades poden tenir conseqüències greus.
---
4. Consideracions operatives
A més del disseny i l'aplicació, també hi juguen un paper important factors pràctics com la instal·lació, el manteniment i la integració del sistema.
4.1 Instal·lació
- Concèntric: instal·lació més senzilla gràcies al seu pes més lleuger i a la compatibilitat de brides més senzilla.
- Alt rendiment: Cal una alineació precisa a causa del disseny desplaçat i el seu pes requereix un suport més fort.
4.2 Manteniment
- Concèntric: El manteniment se centra en la substitució del seient de goma, que és un mètode de reparació relativament ràpid i econòmic. Tanmateix, el desgast freqüent pot augmentar el temps d'inactivitat en sistemes de cicles alts.
- Alt rendiment: el manteniment és menys freqüent a causa del seient durador, però les reparacions (per exemple, la substitució del seient) són més cares i tècniques, i normalment requereixen personal de manteniment professional amb eines especialitzades.
4.3 Caiguda de pressió
- Concèntrics: els discs centrats creen més turbulències quan estan parcialment oberts, cosa que redueix l'eficiència en les aplicacions d'estrangulació.
- Alt rendiment: els discs desplaçats milloren les característiques de flux, reduint la cavitació i la caiguda de pressió, especialment a altes velocitats.
4.4 Accionament
Ambdues vàlvules es poden utilitzar amb actuadors manuals, pneumàtics o elèctrics, però les vàlvules d'alt rendiment sovint es combinen amb controls avançats per a una automatització precisa en entorns industrials.
---
5. Anàlisi de costos i cicle de vida
5.1 Cost inicial
Les vàlvules concèntriques són significativament més econòmiques perquè són relativament senzilles de construir i utilitzen menys material. Aquest no és el cas de les vàlvules de papallona d'alt rendiment.
5.2 Cost del cicle de vida
Les vàlvules d'alt rendiment generalment són més econòmiques amb el temps perquè es mantenen i es substitueixen amb menys freqüència. En sistemes crítics, la seva fiabilitat també pot reduir els costos de temps d'inactivitat.
---
6. Conclusió: Resum d'avantatges i desavantatges
6.1 Vàlvula de papallona concèntrica
6.1.1 Avantatges:
- Rentabilitat: els costos de fabricació i materials més baixos li donen un avantatge pressupostari.
- Disseny senzill: fàcil d'instal·lar, operar i mantenir, amb menys peces mòbils.
- Aïllament de fluids: els seients de goma protegeixen el cos de la vàlvula, permetent l'ús de materials més econòmics i mantenint la puresa del fluid.
- Lleuger: Ideal per a aplicacions on el pes és un factor important.
6.1.2 Desavantatges:
- Abast limitat: els límits superiors són 250 PSI i 356 °F, cosa que limita el seu ús a condicions dures.
- Susceptible al desgast: la fricció constant del seient pot provocar una degradació del rendiment i requerir un manteniment més freqüent.
- Mal rendiment de l'estrangulació a alta pressió: Perd precisió i segellat sota pressió.
6.2 Vàlvules de papallona d'alt rendiment
6.2.1 Avantatges:
- Alta capacitat: Pot suportar pressions mitjanes a altes (fins a 600 PSI) i temperatures (fins a 536 °F).
- Llarga vida útil: el desgast reduït del seient i els materials duradors allarguen la vida útil.
- Precisió: Excel·lent acceleració i apagada fins i tot en condicions exigents.
- Versatilitat: Apte per a una àmplia gamma de fluids i entorns.
6.2.2 Desavantatges:
- Cost més elevat: els materials cars i el disseny complex augmenten la inversió inicial.
- Complexitat: La instal·lació i la reparació requereixen més coneixements tècnics.
- Pes: Una construcció més pesada pot complicar la modernització d'alguns sistemes.
Les vàlvules de papallona concèntriques i les vàlvules de papallona d'alt rendiment serveixen en àrees superposades però diferents en el control de fluids. El disseny del seient de goma amb desplaçament zero de la vàlvula concèntrica la converteix en una opció pràctica i assequible per a aplicacions moderades com ara el subministrament d'aigua, el processament d'aliments o la protecció contra incendis. Si el rendiment i la resistència no són negociables, la vàlvula de papallona d'alt rendiment és la resposta. Per a aplicacions enterrades (com ara canonades subterrànies), es poden utilitzar tots dos mètodes, però el pes més lleuger i el menor cost de la vàlvula concèntrica solen prevaler, tret que les condicions extremes requereixin el contrari.