Válvulas para la industria química de alta pureza: 7 factores de selección

Las válvulas para la industria química fina deben ofrecer algo más que un simple aislamiento de las tuberías. En la producción de productos químicos especializados, incluso un pequeño cambio en el caudal, la presión, la temperatura o el nivel de contaminación puede afectar a la estabilidad de la reacción, la uniformidad de los lotes, la calidad del producto y la seguridad de la planta.

Las válvulas de mariposa se utilizan ampliamente en plantas de productos químicos de alta pureza, ya que combinan una estructura compacta con una elevada capacidad de caudal, un funcionamiento rápido de un cuarto de vuelta y una automatización práctica. Sin embargo, su rendimiento fiable depende de la selección del diseño adecuado de la válvula, el material del cuerpo, el material del disco, el asiento, la junta del vástago y el actuador, en función de las condiciones reales del proceso.

Fujian JST Valve Manufacturing Co., Ltd. cuenta con casi 33 años de experiencia en ingeniería de válvulas industriales. JST Valve se especializa en soluciones resistentes a la corrosión y para condiciones de servicio extremas, destinadas a ácidos, álcalis, sales, disolventes, lodos, cenizas, fluidos a alta temperatura y otros medios de proceso exigentes.

¿Qué son las válvulas para la industria química de alta precisión?

Las válvulas para la industria química de alta pureza se utilizan para aislar, regular, desviar, tomar muestras, descargar y proteger los medios de proceso en los sistemas de producción de productos químicos especializados. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen los intermedios farmacéuticos, los productos agroquímicos, los colorantes, los pigmentos, los aditivos, los productos químicos para la industria electrónica, los catalizadores, los productos químicos de alta pureza, las fragancias y los polímeros especializados.

A diferencia de las válvulas de uso general, las válvulas utilizadas en la producción de productos químicos de alta pureza pueden verse expuestas a composiciones variables de los medios, múltiples fórmulas de lotes, ciclos de funcionamiento frecuentes, condiciones de vacío, líquidos de limpieza corrosivos, sólidos en suspensión, cristalización o cambios bruscos de temperatura.

Por lo tanto, es necesario seleccionar una válvula adecuada basándose en los datos completos del proceso, y no solo en el diámetro nominal de la tubería y la clase de presión. Se deben evaluar la compatibilidad de los materiales, la integridad del sellado, la facilidad de limpieza, la frecuencia de funcionamiento, la respuesta del actuador y la vida útil prevista.

Por qué las válvulas de la industria química fina suelen utilizar diseños de mariposa

Una válvula de mariposa utiliza un disco giratorio para abrir, cerrar o regular el paso del flujo. Su mecanismo de cuarto de vuelta permite un funcionamiento rápido y puede combinarse con accionamientos manuales, neumáticos, eléctricos o electroneumáticos.

Las válvulas de mariposa suelen ser la opción preferida para aplicaciones en la industria química de precisión que requieren:

• Aislamiento de las tuberías de proceso y de servicios
• Regulación de caudales medios o altos
• Instalación compacta en zonas de la planta con espacio limitado
• Secuenciación automatizada por lotes
• Corte rápido de emergencia o de proceso
• Reducción del peso de las válvulas en tuberías de gran diámetro
• Cierre bidireccional cuando así se especifique

En comparación con muchos modelos de válvulas de compuerta, de globo o de bola del mismo diámetro nominal, una válvula de mariposa ocupa menos espacio una vez instalada. Esto puede resultar ventajoso en unidades de proceso modulares, zonas de reactores, bastidores de tuberías, sistemas de servicios y líneas de producción con una disposición muy compacta.

7 factores a tener en cuenta a la hora de seleccionar válvulas para la industria de la química fina

1. Composición química y del medio de proceso

La selección del material comienza por determinar la composición química completa del medio de proceso. No basta con conocer únicamente el nombre químico principal. La concentración, el contenido de agua, las sales disueltas, el nivel de oxígeno, los contaminantes, los catalizadores y los subproductos de la reacción pueden alterar el comportamiento frente a la corrosión del material de una válvula.

Por ejemplo, dos corrientes que contengan el mismo ácido pueden requerir materiales diferentes cuando sus concentraciones, temperaturas, condiciones de aireación o componentes secundarios difieran. Por lo tanto, la selección de Válvulas para la industria química fina debe basarse en la corriente de proceso en su conjunto.

Antes de seleccionar una válvula de mariposa para procesos químicos, el equipo de ingeniería debe revisar lo siguiente:

• Medio primario y todos los componentes secundarios
• Concentración mínima, normal y máxima
• Presencia de cloruros, fluoruros, sólidos o catalizadores
• Posible cristalización, polimerización o formación de incrustaciones
• Productos químicos para la limpieza, la esterilización y el lavado
• Condiciones normales y posibles desviaciones de las especificaciones

2. Temperatura y presión de funcionamiento

La temperatura influye en la velocidad de corrosión, el rendimiento de los asientos, la vida útil de las juntas, el par del actuador, la durabilidad del recubrimiento y la resistencia mecánica. La presión y la presión diferencial afectan a la capacidad nominal del cuerpo, la resistencia del disco, el diseño del eje, la carga de estanqueidad y el dimensionamiento del actuador.

Las especificaciones de la válvula deben incluir tanto las condiciones normales de funcionamiento como los límites máximos de diseño. También deben tenerse en cuenta la puesta en marcha, la parada, el servicio de vacío, la limpieza con vapor, los ciclos térmicos, las situaciones de emergencia y las fluctuaciones temporales de presión.

3. Diseño de la válvula de mariposa

Las diferentes estructuras de las válvulas de mariposa ofrecen distintos niveles de estanqueidad, rendimiento de control, vida útil y resistencia al desgaste. La estructura seleccionada debe ajustarse a las condiciones reales de funcionamiento de las válvulas para la industria química fina.

• Válvulas de mariposa concéntricas: se suelen utilizar en aplicaciones de servicios públicos y de carga moderada.
• Válvulas de mariposa de doble desplazamiento: reducen el contacto con el asiento durante la apertura y el cierre, lo que contribuye a disminuir la fricción, el desgaste y el par de accionamiento.
• Las válvulas de mariposa de triple desplazamiento: incorporan un desplazamiento geométrico adicional y suelen utilizarse en aplicaciones de alta temperatura, alta presión o con asiento metálico.
• Las válvulas de mariposa revestidas: aíslan determinados componentes metálicos de los medios de proceso corrosivos mediante un sistema de revestimiento adecuado.

El diseño final depende de los requisitos de fugas, la frecuencia de los ciclos, la temperatura del proceso, el diferencial de presión, la limpieza del fluido, la orientación de la instalación y la estrategia de mantenimiento.

4. Materiales para asientos, embalaje y sellado

Es posible que el cuerpo de una válvula ofrezca una resistencia adecuada a la corrosión, mientras que su asiento, empaquetadura, juntas tóricas, cojinetes o componentes del vástago fallen prematuramente. Por lo tanto, todos los componentes que entran en contacto con el fluido, que sellan o que retienen la presión deben evaluarse como parte del conjunto completo.

En función del proceso, los materiales de sellado pueden incluir PTFE, PTFE reforzado, PFA, determinados elastómeros, grafito o asientos metálicos. Es necesario verificar la compatibilidad con la concentración química, la presión, la temperatura y el procedimiento de limpieza reales.

En el caso de medios volátiles, tóxicos, olorosos o sensibles desde el punto de vista medioambiental, el diseño del sellado del vástago y los requisitos relativos a las emisiones fugitivas deben especificarse durante la fase de presupuesto técnico.

5. Requisitos de control de flujo y automatización

Las plantas de química fina suelen utilizar válvulas automatizadas para la carga por lotes, la alimentación de reactores, las líneas de transferencia, los ciclos de limpieza, la descarga de productos y el aislamiento de emergencia. El actuador debe dimensionarse en función del par de la válvula, la presión diferencial, la velocidad de funcionamiento, el factor de seguridad, la frecuencia de los ciclos y la fuente de alimentación disponible.

Entre las opciones habituales de actuadores y control se incluyen:

• Actuadores neumáticos de doble efecto
• Actuadores neumáticos con retorno por resorte
• Actuadores eléctricos
• Posicionadores electroneumáticos
• Interruptores de fin de carrera y señal de posición
• Válvulas solenoides y reguladores con filtro
• Configuraciones de «apertura en caso de fallo», «cierre en caso de fallo» o «mantenimiento de la posición en caso de fallo»

En el caso de un servicio de modulación, las características de la válvula, la respuesta del actuador, la precisión del posicionador, el rango de control requerido y el comportamiento de la presión del sistema deben evaluarse como un todo integrado.

6. Pureza del producto, facilidad de limpieza y riesgo de contaminación

Algunos productos químicos de alta pureza están sujetos a límites estrictos en cuanto a la contaminación por metales, la contaminación entre lotes, el volumen muerto y el material de proceso retenido. Por lo tanto, las cavidades de las válvulas, el estado de la superficie, la geometría del asiento, el drenaje, el acceso para el lavado y los métodos de limpieza pueden afectar a la calidad del producto.

En los casos en que la limpieza sea fundamental, los compradores deben definir:

• Condiciones requeridas para la superficie interna
• Volumen retenido aceptable y espacio muerto
• Procedimientos de limpieza, lavado o esterilización
• Lubricantes y materiales de sellado prohibidos
• Requisitos de trazabilidad de los materiales
• Requisitos especiales de embalaje y conservación

7. Coste del ciclo de vida y facilidad de mantenimiento

El precio inicial más bajo de una válvula no siempre se traduce en el menor coste del proyecto. La corrosión prematura, los daños en el asiento, los fallos del actuador, las fugas en el proceso y las paradas no programadas pueden suponer un coste considerablemente superior al de la válvula original.

Una evaluación del ciclo de vida de las válvulas para la industria química fina debería tener en cuenta:

• Vida útil prevista
• Frecuencia del ciclo de las válvulas
• Intervalos de sustitución y parada
• Disponibilidad de asientos, embalajes y piezas de recambio
• Facilidad de mantenimiento del actuador y de las juntas
• Pérdidas de producción durante la parada
• Consecuencias medioambientales y de seguridad de una fuga

Materiales especiales para válvulas de la industria química de alta pureza

JST Valve suministra válvulas para la industria química de precisión fabricadas en diversos sistemas de materiales resistentes a la corrosión y aleaciones especiales. La compatibilidad definitiva de los materiales debe confirmarse siempre utilizando los datos completos del proceso.

En los dispositivos móviles, desliza el dedo horizontalmente para ver la tabla completa.

Aplicaciones típicas de las válvulas para la industria química fina

JST Válvulas para la industria química fina pueden diseñarse para:

• Tuberías de alimentación y descarga del reactor
• Sistemas de transporte de ácidos y álcalis
• Almacenamiento y distribución de disolventes
• Plataformas de producción por lotes
• Transferencia química intermedia
• Sistemas de agua de servicio y de refrigeración
• Tuberías de salmuera y de solución salina
• Sistemas de gases residuales y de ventilación de procesos
• Sistemas de neutralización de aguas residuales
• Equipos de filtración y separación
• Aislamiento de los depósitos y carga de productos
• Sistemas automatizados de limpieza y lavado

¿Cuándo conviene plantearse utilizar otro tipo de válvula?

Las válvulas de mariposa ofrecen importantes ventajas en cuanto a espacio, peso y capacidad de caudal, pero para elegir de forma adecuada las válvulas para la industria química fina también es necesario saber reconocer cuándo resulta más adecuado otro diseño.

• Válvulas de bola o de control para una precisión de regulación exigente.
• Válvulas de bola con paso en V o segmentadas para un rango de control más amplio o para fluidos de proceso que contengan sólidos.
• Válvulas de bola para un aislamiento rápido y un rendimiento de cierre óptimo en condiciones exigentes.
• Válvulas de diafragma o revestidas cuando se requiere aislar el proceso de determinados componentes metálicos.
• Válvulas de descarga para reactores, recipientes y aplicaciones en el fondo de depósitos.
• Válvulas de control de microcaudal para un control preciso de caudales bajos.

El objetivo no es utilizar el mismo tipo de válvula en toda la planta. El objetivo es seleccionar la estructura, el material, el sistema de sellado y el actuador más adecuados para cada aplicación del proceso.

¿Por qué elegir JST Valve para las válvulas destinadas a la industria química de alta precisión?

Con casi 33 años de experiencia en el sector, JST Valve se especializa en válvulas industriales para medios de proceso corrosivos, abrasivos, a alta temperatura y de otras características exigentes.

Entre nuestras capacidades se incluyen:

• Selección de aleaciones especiales y materiales resistentes a la corrosión
• Estructuras de válvulas y diseños de conexión a medida
• Conjuntos de válvulas manuales, neumáticas, eléctricas y automatizadas
• Válvulas para ácidos fuertes, álcalis, sales, lodos, cenizas y residuos
• Mecanizado de precisión y asistencia técnica específica para cada proceso
• Fabricación OEM y ODM para proyectos internacionales
• Documentación sobre materiales, inspecciones y ensayos, de acuerdo con los requisitos del proyecto

Más información sobre las capacidades de fabricación con materiales especiales de JST Valve

Información necesaria para seleccionar válvulas para la industria de la química fina

Para recibir una recomendación y un presupuesto precisos sobre Válvulas para la industria química fina, le rogamos que nos facilite:

• Nombre del medio y composición química completa
• Concentración y contenido de agua
• Presencia y tamaño de las partículas de los sólidos en suspensión
• Temperatura de funcionamiento y de diseño
• Presión de funcionamiento y de diseño
• Presión diferencial máxima
• Diámetro nominal y clase de presión
• Función requerida: aislamiento o regulación
• Requisitos de fugas o de cierre
• Norma sobre la conexión y el contacto presencial
• Tipo de actuador, señal de control y posición de seguridad
• Cantidades, planos, fichas técnicas y especificaciones del proyecto

Preguntas frecuentes

¿Son adecuadas las válvulas de la industria química de precisión para medios corrosivos?

Sí, siempre que la estructura de la válvula, los materiales en contacto con el fluido, el asiento, la empaquetadura, el vástago y el actuador se seleccionen en función de la composición química, la concentración, la temperatura y la presión reales. No debe darse por sentado que una válvula estándar de acero inoxidable sea compatible con cualquier medio químico.

¿Qué material es el más adecuado para una válvula de mariposa destinada a la industria química fina?

No existe un único material adecuado para todos los procesos. El acero inoxidable, el acero dúplex, el Hastelloy, el titanio, el Monel, las aleaciones de níquel, el tantalio y el circonio tienen, cada uno, diferentes limitaciones en cuanto a corrosión y temperatura. La selección definitiva requiere un análisis exhaustivo de la compatibilidad con el proceso.

¿Se puede utilizar una válvula de mariposa para regular el caudal?

Las válvulas de mariposa pueden regular muchas aplicaciones de caudal medio y alto. Los caudales muy bajos, el control de precisión en un amplio rango, la cavitación severa, el flashing o las condiciones de presión inestables pueden requerir otro diseño de válvula de control.

¿Puede JST Valve suministrar válvulas de mariposa automatizadas?

JST Valve puede suministrar válvulas de mariposa con actuadores neumáticos o eléctricos, posicionadores, interruptores de fin de carrera, válvulas solenoides y otros accesorios de control, en función del modo de funcionamiento requerido y de la posición de seguridad.

¿Ofrece JST Valve materiales y estructuras a medida?

Sí. JST Valve desarrolla soluciones de válvulas a medida en función del medio de proceso, las condiciones de funcionamiento, las normas aplicables, los requisitos de instalación y la vida útil prevista.

Referencias técnicas

Para obtener más información técnica, consulta estos recursos independientes sobre válvulas de mariposa de alto rendimiento y aplicaciones de válvulas en la industria química