Válvulas a Bordo: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones
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1. Introducción
The válvulas a bordo forman parte de prácticamente todos los sistemas de tuberías de un buque.
Una sala de máquinas contiene centenares de válvulas destinadas a controlar agua de mar, agua dulce, combustible, aceite lubricante, aire comprimido, vapor, aguas de sentina, lastre y numerosos fluidos auxiliares. También encontramos válvulas en cubierta, tanques, sistemas de carga, redes contra incendios y conexiones directamente comunicadas con el mar.
Su función va mucho más allá de abrir o cerrar una tubería.
Una válvula puede utilizarse para aislar un equipo, regular un caudal, modificar la presión, seleccionar una aspiración, impedir el flujo inverso, proteger una instalación frente a una sobrepresión o realizar una maniobra de emergencia.
Por ello, dos válvulas del mismo diámetro pueden tener diseños completamente diferentes dependiendo de la función que deban realizar.
La selección correcta requiere conocer no solo el fluido que circula por la tubería, sino también su presión, temperatura, velocidad, corrosividad, pérdida de carga admisible, condiciones de operación y requisitos de seguridad.
Además, una válvula nunca debe analizarse como un componente aislado.
Forma parte de un sistema hidráulico compuesto por tuberías, bombas, filtros, intercambiadores, tanques, instrumentación y equipos consumidores. Comprender qué ocurre aguas arriba y aguas abajo de la válvula resulta tan importante como conocer su construcción.
En este artículo estudiaremos los principales tipos de válvulas utilizadas en buques, su funcionamiento, aplicaciones, criterios de selección, problemas habituales y normativa asociada a los sistemas de tuberías navales.
2. Función de una Válvula Dentro de un Sistema de Tuberías
Una válvula puede definirse como un dispositivo que permite modificar o controlar la circulación de un fluido a través de una instalación.
Dependiendo de su construcción puede realizar una o varias funciones.
La primera es el aislamiento.
Cuando se necesita desmontar una bomba, limpiar un filtro, intervenir un intercambiador o separar un tanque del resto del sistema, las válvulas permiten interrumpir la comunicación hidráulica con el resto de la instalación.
La segunda función es la regulación.
En algunos sistemas no interesa simplemente permitir o detener la circulación. Es necesario controlar cuánto fluido atraviesa una línea. Esto requiere válvulas capaces de trabajar de manera estable en posiciones intermedias.
Una tercera función fundamental es impedir el flujo inverso.
Cuando una bomba se detiene, las diferencias de presión existentes dentro del sistema pueden provocar que el fluido intente circular en dirección contraria. Las válvulas antirretorno están diseñadas para cerrar automáticamente antes o durante este proceso.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre las principales funciones de una válvula dentro de un sistema de tuberías a bordo: aislamiento, regulación del caudal, prevención del flujo inverso, protección frente a sobrepresiones y configuración del recorrido del fluido.
También existen válvulas cuya función principal es la protección frente a sobrepresiones.
Si una instalación queda bloqueada, aumenta su temperatura o se produce una condición anormal de funcionamiento, la presión puede superar los límites previstos. Las válvulas de seguridad o alivio permiten descargar parte del fluido y limitar este incremento.
Finalmente, las válvulas permiten configurar el recorrido del fluido.
Este principio puede observarse claramente en el sistema de sentinas. Mediante un conjunto de válvulas, el operador puede seleccionar desde qué pozo o compartimento desea aspirar y hacia dónde debe dirigirse el líquido.
Puedes ampliar el funcionamiento de esta instalación en nuestro artículo dedicado al System Bilges of the Ship: Function, Regulation and Treatment of Hydrocarbons.
Por tanto, antes de seleccionar una válvula debe responderse siempre una pregunta básica:
¿Qué función debe realizar dentro del sistema?
A partir de esta respuesta comienza realmente el proceso de selección.
3. Partes Principales de una Válvula
Aunque existen numerosos diseños de válvulas, la mayoría comparten una arquitectura básica formada por elementos encargados de contener el fluido, realizar el cierre, transmitir el movimiento y garantizar la estanqueidad.
La forma y disposición de estos componentes varía según el tipo de válvula y el servicio para el que ha sido diseñada. Sin embargo, conocer sus partes principales permite comprender mejor cómo se produce la apertura, el cierre y la regulación del flujo, además de facilitar las tareas de inspección, mantenimiento y diagnóstico de averías.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica de las partes principales de una válvula industrial o marina y la función básica de sus componentes: obturador, husillo o vástago, asiento, empaquetadura, juntas de cierre, cuerpo y bonete, extremos o conexiones, pernos de unión y accionamiento.
En términos generales, el funcionamiento de una válvula se basa en la interacción entre el accionamiento, el vástago, el obturador y el asiento. El accionamiento transmite el movimiento al vástago, que desplaza o hace girar el obturador hasta modificar la sección de paso del fluido o producir el cierre contra el asiento.
Alrededor de este conjunto se encuentran los elementos encargados de contener la presión y mantener la estanqueidad, como el cuerpo, el bonete, la empaquetadura, las juntas y las uniones mecánicas.
En el siguiente esquema se identifican las principales partes de una válvula para analizar con mayor detalle la función de cada una de ellas.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Esquema técnico en sección de una válvula de globo con identificación numérica de sus principales componentes: obturador, husillo o vástago, asiento, empaquetadura, juntas de cierre, cuerpo y bonete, extremos o conexiones, pernos de unión y accionamiento.
1. Obturador: Es el elemento móvil encargado de abrir, cerrar o regular el paso del fluido. Según el tipo de válvula puede adoptar forma de disco, compuerta, bola, macho, pistón u otra geometría específica.
2. Husillo o vástago: Es el elemento que transmite el movimiento desde el accionamiento hasta el obturador, permitiendo modificar su posición. Dependiendo del diseño puede trabajar mediante movimiento lineal, rotativo o una combinación de ambos.
3. Asiento: Es la superficie fija de la válvula contra la que apoya el obturador para realizar el cierre. Su estado y acabado influyen directamente en la estanqueidad interna de la válvula.
4. Empaquetadura del eje: Conjunto de material de sellado dispuesto alrededor del vástago para evitar fugas del fluido hacia el exterior en la zona donde el eje atraviesa la envolvente de la válvula.
5. Juntas de cierre: Elementos de estanqueidad situados entre diferentes superficies de unión de la válvula. Su función es evitar fugas entre componentes, como cuerpo, bonete, tapas o elementos internos de cierre, dependiendo del diseño.
6. Cuerpo y bonete: Constituyen las principales partes retenedoras de presión de la válvula. El cuerpo contiene el paso del fluido y los componentes internos, mientras que el bonete o tapa cierra la envolvente y sirve de soporte para parte del mecanismo de accionamiento.
7. Extremos o conexiones: Son las zonas mediante las que la válvula se integra en la tubería. Pueden ser bridadas, roscadas, soldadas, ranuradas o tipo wafer, entre otras configuraciones, dependiendo del diámetro, presión y servicio.
8. Pernos de unión: Son los elementos mecánicos utilizados para unir el cuerpo con el bonete, tapas u otros componentes desmontables. Estas uniones suelen incorporar juntas para mantener la estanqueidad de la envolvente.
9. Accionamiento: Es el sistema utilizado para operar la válvula y modificar la posición del obturador. Puede ser manual, mediante volante o palanca, o motorizado mediante actuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicos.
4. Principales Tipos de Válvulas Utilizadas a Bordo
No existe una válvula universal capaz de trabajar correctamente en todas las condiciones.
Cada diseño representa un compromiso entre:
estanqueidad + pérdida de carga + capacidad de regulación + velocidad de operación + presión + temperatura + tamaño + mantenimiento.
Entre las válvulas más habituales encontramos las siguientes.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía comparativa de los principales tipos de válvulas utilizadas a bordo y su función dentro de los sistemas de tuberías marinos: compuerta, globo, bola, mariposa, macho, diafragma, antirretorno y seguridad o alivio.
4.1 Válvula de Compuerta
The válvula de compuerta utiliza un elemento plano o en forma de cuña que se desplaza perpendicularmente al flujo.
Cuando se encuentra completamente abierta, la compuerta queda prácticamente retirada del conducto principal.
Esto permite mantener una sección de paso amplia y una pérdida de carga relativamente pequeña.
Su principal aplicación es el aislamiento.
No está concebida normalmente para permanecer trabajando durante largos periodos parcialmente abierta.
Cuando la compuerta ocupa una posición intermedia, el fluido atraviesa una zona reducida a alta velocidad. Esto puede generar turbulencia, vibraciones y erosión sobre la propia compuerta y los asientos.
Por ello debe entenderse principalmente como una válvula de: ABIERTO / CERRADO y no como un elemento de regulación.
4.2 Válvula de Macho
The plug valve o válvula de macho utiliza un obturador cilíndrico o cónico perforado.
Al girarlo 90°, el conducto interior puede alinearse con la tubería o quedar perpendicular a ella.
Su principio de funcionamiento es similar conceptualmente al de una válvula de bola, ya que en ambos casos la apertura y el cierre se producen mediante un movimiento rotativo de cuarto de vuelta.
Una característica interesante es la posibilidad de fabricar configuraciones multipuerto, permitiendo seleccionar diferentes caminos mediante una sola válvula.
Además, la geometría del macho puede ser cilíndrica o cónica, y su diseño puede incorporar sistemas lubricados o no lubricados según las condiciones de servicio. Este tipo de válvula se utiliza principalmente en aplicaciones de aislamiento y distribución del flujo, especialmente cuando se requiere una maniobra rápida y una construcción relativamente compacta.
4.3 Válvula de Globo
The válvula de globo utiliza un disco o tapón que se aproxima progresivamente a un asiento.
A diferencia de la válvula de compuerta, el fluido debe modificar su trayectoria considerablemente dentro del cuerpo.
Esto produce una pérdida de carga mayor.
Sin embargo, esta misma geometría proporciona una ventaja importante: permite modificar de forma relativamente precisa el área de paso.
Por esta razón, las válvulas de globo son adecuadas para servicios donde interesa regular caudal.
Pueden encontrarse en circuitos de vapor, agua, combustible, lubricación y diferentes servicios auxiliares.
Existen diseños convencionales, angulares y tipo Y, entre otros, cada uno adaptado a diferentes necesidades de instalación, pérdida de carga y comportamiento del flujo.
Además, su diseño permite obtener una respuesta más progresiva durante la apertura y el cierre, facilitando un control más estable del caudal.
A cambio, esa mayor capacidad de regulación implica normalmente una resistencia hidráulica superior frente a otros tipos de válvulas destinadas principalmente al aislamiento.
4.4 Válvula de Bola
The válvula de bola contiene una esfera perforada que gira aproximadamente 90°.
Cuando el orificio queda alineado con la tubería, el fluido circula.
Cuando la esfera gira un cuarto de vuelta, la parte maciza bloquea el paso.
Se trata, por tanto, de una válvula de operación rápida.
En una válvula full bore, el diámetro del orificio de la bola es aproximadamente equivalente al diámetro interior de la tubería, proporcionando una sección de paso prácticamente continua.
Esto permite obtener pérdidas de carga muy reducidas.
En una válvula reduced bore, el diámetro interior es menor y existe una contracción del flujo.
Las válvulas de bola ofrecen buen aislamiento, diseño compacto y operación rápida, pero los diseños convencionales no deben considerarse automáticamente adecuados para regulación continua.
Mantener parcialmente abierta una válvula diseñada para aislamiento puede concentrar el flujo sobre determinadas zonas del asiento y acelerar su desgaste.
4.5 Válvula de Mariposa
The válvula de mariposa utiliza un disco circular montado sobre un eje.
El disco gira aproximadamente 90° entre las posiciones abierta y cerrada.
Incluso completamente abierto, el disco permanece dentro del conducto, por lo que existe cierta interferencia con el flujo.
Sin embargo, presenta importantes ventajas:
- Poco peso.
- Dimensiones reducidas.
- Operación rápida.
- Fácil automatización.
- Posibilidad de trabajar con grandes diámetros.
Estas características explican su enorme presencia en instalaciones navales modernas, especialmente en sistemas de agua de mar, lastre, refrigeración y otras redes de gran caudal.
Existen diseños concéntricos, de doble excentricidad y de triple excentricidad, capaces de trabajar en condiciones muy diferentes de presión y temperatura.
4.6 Válvulas de Diafragma y Apriete
Permiten separar determinadas partes mecánicas del fluido y pueden resultar interesantes en servicios corrosivos, contaminados o especiales.
Las válvulas de diafragma utilizan una membrana flexible que se deforma hasta cerrar el paso.
The pinch valves utilizan, por su parte, un elemento tubular flexible que se comprime mecánicamente.
Son especialmente apropiadas para determinados fluidos que contienen partículas o sólidos en suspensión, aunque tienen una presencia mucho menor en los sistemas auxiliares convencionales de un buque.
5. Válvulas Antirretorno: Evitar la Inversión del Flujo
The válvulas de retención, antirretorno o check valves funcionan de manera automática.
No necesitan que un operador las abra o cierre durante el funcionamiento normal.
El propio diferencial de presión generado por el fluido controla la posición del obturador.
Cuando:
P aguas arriba > P aguas abajo + resistencia de apertura
la válvula abre.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre los principales tipos de válvulas antirretorno —clapeta, elevación y doble placa—, su funcionamiento automático, su aplicación en la descarga de bombas y los efectos que puede producir un cierre inadecuado, como transitorios hidráulicos y golpe de ariete.
Cuando esta diferencia disminuye o aparece una tendencia de circulación inversa, el obturador regresa hacia el asiento.
Una aplicación típica se encuentra en la descarga de una bomba.
Mientras la bomba funciona, la presión generada mantiene abierta la válvula.
Si la bomba se detiene, el fluido existente en la tubería aguas abajo puede intentar regresar.
La válvula antirretorno debe cerrar y evitar este retorno.
5.1 Retención de Clapeta
The swing check valve incorpora un disco articulado mediante una bisagra.
El flujo desplaza la clapeta hacia la posición abierta y, cuando disminuye o se invierte, la propia dinámica del disco y la diferencia de presión provocan el cierre.
Su geometría ofrece generalmente un paso relativamente libre.
Sin embargo, la masa de la clapeta y su recorrido pueden influir considerablemente en la dinámica de cierre.
5.2 Retención de Elevación
The lift check valve utiliza un obturador que se desplaza vertical o axialmente.
El fluido debe generar suficiente diferencia de presión para levantarlo.
Cuando esta diferencia desaparece, el obturador vuelve hacia el asiento.
Existen variantes de disco, pistón, bola y diseños asistidos mediante resorte.
5.3 Retención de Doble Placa
The dual plate check valves incorporan normalmente dos placas semicirculares.
Su recorrido es significativamente menor que el de una gran válvula de clapeta, lo que permite desarrollar diseños compactos tipo wafer y reducir determinados problemas asociados al tiempo de cierre.
Pero una válvula antirretorno no debe seleccionarse únicamente por su diámetro.
Su comportamiento dinámico resulta especialmente importante.
Cuando una bomba se detiene, la columna de líquido no se detiene instantáneamente. Continúa desplazándose debido a su inercia.
Si la válvula tarda demasiado en cerrar, el fluido puede comenzar a circular en sentido inverso y adquirir velocidad antes de que el obturador alcance el asiento.
El cierre repentino de esta masa en movimiento puede generar un transitorio hidráulico o golpe de ariete.
Las consecuencias pueden incluir:
- Picos de presión.
- Vibraciones.
- Ruido.
- Esfuerzos sobre soportes.
- Fatiga en tuberías.
- Daños en válvulas y bombas.
La correcta selección de una check valve requiere, por tanto, comprender la dinámica del sistema completo.
6. Válvulas de Seguridad y Alivio
Las válvulas de seguridad y alivio tienen una función completamente distinta a las válvulas de aislamiento.
Su objetivo es proteger una instalación frente a un incremento excesivo de presión.
Cuando la presión alcanza el valor establecido, la fuerza generada sobre el obturador vence la fuerza que lo mantiene cerrado y comienza la descarga.
Simplificando:
Presión × Área efectiva > Fuerza de cierre → Apertura
Una vez reducida la presión, el dispositivo puede volver a cerrar.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía comparativa sobre la diferencia funcional entre una válvula de aislamiento, una válvula antirretorno y una válvula de seguridad, tres dispositivos con funciones distintas dentro de un sistema de tuberías: controlar el paso del fluido, impedir su retorno y proteger la instalación frente a sobrepresiones.
Aunque los términos safety valve and relief valve se utilizan en ocasiones indistintamente, existen diferencias funcionales importantes.
- Una relief valve suele asociarse principalmente a servicios líquidos y puede presentar una apertura más progresiva.
- Una safety valve se utiliza tradicionalmente en sistemas de gases o vapor y está diseñada para proporcionar una apertura rápida cuando la presión alcanza determinadas condiciones.
También existen safety relief valves, capaces de presentar características diferentes dependiendo del fluido y la aplicación.
A bordo pueden encontrarse dispositivos de alivio en:
- Bombas de desplazamiento positivo.
- Sistemas de combustible.
- Circuitos de lubricación.
- Sistemas hidráulicos.
- Compresores.
- Recipientes a presión.
- Calderas.
- Diferentes equipos auxiliares.
En el circuito de lubricación de un motor marino, por ejemplo, las válvulas de alivio forman parte esencial del control del circuito y permiten limitar la presión generada por las bombas cuando cambian las condiciones de operación.
Un aspecto fundamental es que una válvula de seguridad no debe confundirse con una válvula normal de control.
Su tarado, capacidad de descarga, contrapresión, diámetro y características de apertura forman parte del diseño de protección del sistema.
7. Aplicaciones de las Válvulas en los Principales Sistemas del Buque
Comprender una válvula resulta mucho más sencillo cuando se analiza dentro de un sistema real.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre las aplicaciones de las válvulas en los principales sistemas del buque, mostrando su función dentro de los circuitos de agua de mar, lastre, sentinas, combustible, lubricación, contraincendios y gas inerte.
7.1 Circuitos de Agua de Mar
El agua de mar se utiliza en numerosos sistemas del buque:
- Refrigeración.
- Fire Main.
- Lastre.
- Producción de agua dulce.
- Servicios auxiliares.
Las líneas principales pueden manejar grandes caudales y diámetros considerables.
Por esta razón, las válvulas de mariposa son habituales en muchas instalaciones modernas.
Las tomas de mar presentan además una consideración especial: determinadas válvulas separan directamente el interior del sistema de tuberías del mar exterior.
Su integridad es por tanto crítica para la seguridad del buque.
7.2 Sistema de Lastre
Un sistema de lastre necesita mover grandes cantidades de agua entre el mar y diferentes tanques.
Las válvulas permiten configurar las operaciones de:
aspiración → bombeo → llenado → trasiego → vaciado
En buques con numerosos tanques, estas maniobras pueden realizarse mediante válvulas de mariposa accionadas hidráulica, neumática o eléctricamente y controladas desde una estación remota.
7.3 Sistema de Sentinas
El sistema de sentinas utiliza válvulas para seleccionar diferentes puntos de aspiración y evitar comunicaciones no deseadas entre compartimentos.
Las válvulas antirretorno desempeñan aquí un papel especialmente importante.
Un sistema incorrectamente configurado podría permitir que el fluido bombeado regresara hacia otro espacio del buque.
Por ello, la arquitectura de válvulas debe comprenderse conjuntamente con colectores, bombas y tuberías.
7.4 Circuitos de Combustible
En los circuitos de fuel oil y diesel oil encontramos válvulas destinadas a:
- Aislar tanques.
- Seleccionar aspiraciones.
- Controlar transferencias.
- Aislar bombas y filtros.
- Regular determinadas variables.
- Actuar durante situaciones de emergencia.
En zonas críticas existen además quick-closing valves, capaces de cerrar remotamente determinados suministros de combustible durante una emergencia.
7.5 Circuitos de Lubricación
Las válvulas permiten aislar filtros, enfriadores y bombas, regular determinadas condiciones de operación y proteger el circuito frente a presiones excesivas.
En filtros duplex, por ejemplo, la configuración permite cambiar de un elemento filtrante a otro mientras el sistema continúa funcionando.
Este concepto se analiza con mayor detalle en nuestro artículo sobre el Circuito de Lubricación de un Motor Marino.
7.6 Sistemas Contra Incendios
La red Fire Main necesita mantener disponibles diferentes ramales e hidrantes a lo largo del buque.
Las válvulas permiten aislar secciones sin inutilizar necesariamente toda la red.
Puedes ampliar el funcionamiento completo de esta instalación en Sistemas Contra Incendios en Buques Mercantes: Diseño, Equipos y Funcionamiento
7.7 Sistemas de Gas Inerte
En buques tanque, las válvulas tienen además un papel fundamental dentro de la distribución y aislamiento del gas inerte.
El sistema incorpora dispositivos destinados a impedir retornos de gases desde los tanques hacia la planta, además de válvulas de aislamiento y regulación.
Puedes estudiar esta instalación en profundidad en Sistema de Gas Inerte a Bordo: Funcionamiento, Componentes y Operativa.
8. Accionamiento Manual, Remoto y Automatización
Una válvula puede ser técnicamente adecuada para un servicio y, sin embargo, resultar poco práctica si no dispone del accionamiento correcto.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre los principales sistemas de accionamiento de válvulas a bordo: operación manual, actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos, automatización con confirmación de posición y sistemas de cierre remoto para aplicaciones de seguridad.
Las válvulas pequeñas suelen poder operarse directamente mediante:
- Palanca.
- Volante.
- Reductora manual.
Pero el par necesario aumenta considerablemente con el tamaño, la presión diferencial y el diseño.
En una válvula de gran diámetro, intentar transmitir todo el esfuerzo directamente mediante una palanca puede resultar inviable.
Por ello se utilizan reductoras y actuadores.
8.1 Actuadores Neumáticos
Utilizan aire comprimido para generar movimiento lineal o rotativo.
Son relativamente sencillos y permiten realizar maniobras rápidas.
Además, pueden integrarse fácilmente en sistemas de control remoto y automatización, por lo que son habituales cuando se requiere accionar válvulas desde una estación de control o como parte de una secuencia automática.
Dependiendo del diseño, pueden ser de doble efecto o incorporar un sistema de retorno por resorte, permitiendo definir una posición de seguridad en caso de pérdida del suministro de aire.
También presentan la ventaja de que pueden ofrecer una respuesta rápida y repetitiva con un número relativamente reducido de componentes, aunque su comportamiento depende directamente de disponer de una presión de aire suficiente y estable.
Por este motivo, en aplicaciones críticas conviene considerar tanto la calidad del aire de control como la posición a la que debe desplazarse la válvula si se pierde el suministro neumático.
8.2 Actuadores Hidráulicos
Incorporan un motor eléctrico, un sistema de engranajes y elementos de control que transforman la energía eléctrica en el movimiento necesario para abrir, cerrar o posicionar la válvula.
Pueden disponer de:
- Finales de carrera.
- Limitadores de par.
- Indicadores de posición.
- Control local.
- Control remoto.
- Comunicación con sistemas de automatización.
Su principal ventaja es que permiten integrar fácilmente la válvula dentro de sistemas de supervisión y control centralizado, además de realizar maniobras precisas sin necesidad de disponer de una red neumática o hidráulica dedicada.
En instalaciones automatizadas, ordenar el movimiento no significa necesariamente que la válvula haya alcanzado realmente la posición requerida.
Por ello resulta importante disponer de feedback de posición, de forma que el sistema pueda confirmar si la válvula está realmente abierta, cerrada o en una posición intermedia.
Además, los actuadores eléctricos suelen incorporar sistemas de protección frente a sobrecargas o exceso de par, evitando daños cuando el mecanismo encuentra una resistencia anormal durante la maniobra.
8.3 Actuadores Eléctricos
Incorporan un motor eléctrico, un sistema de engranajes y elementos de control que transforman la energía eléctrica en el movimiento necesario para abrir, cerrar o posicionar la válvula.
Pueden disponer de:
- Finales de carrera.
- Limitadores de par.
- Indicadores de posición.
- Control local.
- Control remoto.
- Comunicación con sistemas de automatización.
Su principal ventaja es la facilidad con la que pueden integrarse en sistemas de supervisión y control centralizado, permitiendo realizar maniobras desde una sala de control o como parte de una secuencia automática.
En instalaciones automatizadas, ordenar el movimiento no significa necesariamente que la válvula haya alcanzado realmente la posición requerida.
Por ello resulta importante disponer de feedback de posición, de forma que el sistema pueda confirmar si la válvula está abierta, cerrada o en una posición intermedia.
Además, los actuadores eléctricos pueden incorporar sistemas de protección frente a sobrecargas, exceso de par o bloqueos mecánicos, evitando daños cuando la válvula encuentra una resistencia anormal durante la maniobra.
En determinados diseños también pueden incluir volante de operación manual de emergencia, permitiendo actuar sobre la válvula cuando no se dispone de alimentación eléctrica o durante tareas de mantenimiento.
El sistema debe poder diferenciar entre:
Orden de apertura and Confirmación de válvula abierta.
Esta diferencia resulta crítica cuando varias válvulas forman parte de una secuencia automática.
Un sistema de lastre, por ejemplo, puede comprobar la posición de determinadas válvulas antes de arrancar una bomba.
De esta manera se evita impulsar el fluido contra una línea cerrada o enviarlo hacia un tanque incorrecto.
En sistemas de seguridad encontramos además válvulas diseñadas para cierre remoto.
La IMO contempla verificaciones de medios remotos relacionados con el aislamiento de sistemas y la parada del suministro de líquidos inflamables en espacios de máquinas dentro de sus directrices armonizadas de reconocimiento.
9. Selección de una Válvula: Presión, Caudal y Pérdida de Carga
Seleccionar una válvula únicamente por el diámetro nominal de la tubería constituye una simplificación peligrosa.
Un mismo DN puede admitir numerosas válvulas con características hidráulicas completamente diferentes.
Uno de los parámetros fundamentales es la presión diferencial:
ΔP = P₁ − P₂
Una válvula introduce una resistencia al flujo y genera una pérdida de presión.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre los principales criterios hidráulicos para la selección de una válvula, incluyendo presión diferencial, caudal, pérdida de carga, coeficiente Cv y fenómenos asociados como cavitación, flashing, ruido, vibración y erosión.
Esta resistencia depende de factores como:
- Geometría interna.
- Área de paso.
- Posición del obturador.
- Speed.
- Densidad del fluido.
- Rugosidad.
- Cambios de dirección.
Una válvula de compuerta completamente abierta genera normalmente una resistencia mucho menor que una válvula de globo equivalente.
Esto no significa que una sea mejor que otra.
Significa que están diseñadas para funciones diferentes.
La válvula de globo sacrifica eficiencia hidráulica para obtener una capacidad de regulación muy superior.
Otro factor fundamental es el caudal.
- Una válvula demasiado pequeña puede provocar velocidades excesivas y grandes pérdidas de carga.
- Una válvula demasiado grande utilizada para regulación puede trabajar durante la mayor parte del tiempo apenas abierta, ofreciendo un control deficiente.
En válvulas de control se utiliza con frecuencia el coeficiente Cv, definido de forma estandarizada para relacionar caudal y caída de presión.
En términos conceptuales:
Mayor Cv = Mayor capacidad de paso para una determinada pérdida de presión
Pero el cálculo completo depende del fluido y de las condiciones de operación.
También deben analizarse las posibles condiciones de:
- Cavitación.
- Flashing.
- Ruido.
- Vibración.
- Erosión.
9.1 Cavitación
En una restricción, la velocidad del líquido aumenta y su presión estática disminuye.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre la cavitación en válvulas, mostrando la caída de presión, formación y colapso de burbujas de vapor y sus principales consecuencias: ruido, vibraciones, erosión y pérdida de rendimiento del sistema.
Si la presión local cae por debajo de la presión de vapor del líquido pueden formarse burbujas.
Cuando posteriormente entran en una zona de mayor presión, colapsan violentamente.
Este proceso puede provocar:
- Picaduras.
- Erosión.
- Vibraciones.
- Ruido intenso.
- Deterioro del asiento y obturador.
Por ello una válvula debe analizarse dentro de las condiciones hidráulicas reales del circuito y no únicamente mediante sus dimensiones físicas.
10. Materiales, Corrosión y Compatibilidad con el Fluido
Las válvulas marinas trabajan en condiciones especialmente exigentes.
No solo deben resistir la presión interna.
También pueden estar expuestas a:
- Agua de mar.
- Humedad.
- Temperaturas elevadas.
- Hidrocarburos.
- Productos químicos.
- Vibraciones.
- Corrosión externa.
- Corrosión interna.
Entre los materiales empleados dependiendo del servicio encontramos:
- Acero al carbono.
- Aceros inoxidables.
- Hierro fundido.
- Hierro nodular.
- Bronces.
- Aleaciones de cobre.
- Aleaciones de níquel.
- Materiales poliméricos.
- Diferentes elastómeros.
Pero hablar únicamente del material del cuerpo proporciona una visión incompleta.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre materiales, corrosión y compatibilidad con el fluido en válvulas marinas, mostrando las condiciones exigentes de servicio a bordo, los principales materiales empleados, la necesidad de evaluar todos los componentes de la válvula y el fenómeno de corrosión galvánica en sistemas de agua de mar.
Una válvula está formada por varios materiales.
Por ejemplo:
Cuerpo + Disco + Eje + Asiento + Junta + Tornillería
Todos ellos deben ser compatibles con:
Fluido + Temperatura + Presión + Materiales Adyacentes.
En sistemas de agua de mar aparece además el problema de la corrosión galvánica.
Cuando dos metales con diferente potencial electroquímico permanecen eléctricamente conectados en presencia de un electrolito como el agua de mar, uno de ellos puede corroerse preferentemente.
La selección de materiales debe considerar, por tanto, el conjunto de la instalación.
Las reglas de clasificación también establecen requisitos sobre materiales, fabricación, inspección y aprobación de válvulas y otros componentes de tubería. Las reglas de ABS, por ejemplo, contemplan específicamente válvulas y accesorios dentro de los componentes de los sistemas de tuberías sujetos a diferentes niveles de aprobación.
11. Averías, Inspección y Mantenimiento de Válvulas
Una válvula puede aparentemente abrir y cerrar y, sin embargo, no estar funcionando correctamente.
Uno de los fallos más habituales es la fuga interna.
El obturador llega a la posición cerrada pero continúa existiendo circulación a través del asiento.
Las causas pueden incluir:
- Partículas atrapadas.
- Erosión.
- Corrosión.
- Rayado.
- Deformación.
- Daños en los materiales de sellado.
Este problema puede ser difícil de detectar visualmente porque no existe fuga hacia el exterior.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre averías, inspección y mantenimiento de válvulas, mostrando fugas por asiento y por vástago, problemas de agarrotamiento, verificación del accionamiento y los principales puntos de control durante una inspección.
Otro fallo diferente es la fuga externa por el vástago.
En este caso el fluido supera la empaquetadura o sistema de sellado y aparece fuera del cuerpo.
La diferencia es importante:
Fuga por asiento → Comunicación entre ambos lados de la válvula.
Fuga por vástago → Pérdida hacia el exterior.
También pueden aparecer problemas de agarrotamiento.
Una válvula que permanece años sin operarse puede acumular:
- Corrosión.
- Depósitos.
- Incrustaciones.
- Deformaciones.
- Deterioro de lubricantes.
- Daños en engranajes.
Un error habitual consiste en utilizar prolongadores improvisados sobre el volante para aumentar el par.
Esto puede terminar deformando el vástago, dañando el asiento o rompiendo componentes internos.
Si una válvula requiere un esfuerzo muy superior al habitual debe investigarse la causa.
11.1 Mantenimiento de Actuadores
En válvulas automatizadas debe inspeccionarse también el accionamiento.
Una válvula mecánicamente perfecta puede dejar de funcionar debido a:
- Falta de aire de control.
- Pérdida de presión hidráulica.
- Electroválvula defectuosa.
- Motor averiado.
- Final de carrera incorrecto.
- Sensor de posición desajustado.
- Fallo eléctrico.
- Problema de comunicaciones.
Por ello, las pruebas funcionales deben comprobar el conjunto:
señal → actuador → movimiento → posición real → señal de retorno
11.2 Qué Debe Comprobarse Durante una Inspección
Entre las observaciones habituales encontramos:
- Fugas externas.
- Corrosión del cuerpo.
- Estado de bridas.
- Tornillería.
- Movimiento del vástago.
- Empaquetadura.
- Indicador de posición.
- Actuador.
- Ruido.
- Vibraciones.
- Evidencia de fugas internas.
- Accesibilidad.
- Identificación.
Una consideración especialmente importante es verificar que la indicación corresponda realmente con la posición del obturador.
Una señal que indica OPEN no tiene valor si el mecanismo interno no ha completado realmente el recorrido.
12. Normativa Aplicable a las Válvulas y Sistemas de Tuberías de un Buque
Las válvulas no están reguladas por una única norma universal aplicable de la misma manera a todos los sistemas.
Los requisitos dependen de:
- Tipo de buque.
- Función de la instalación.
- Fluido.
- Presión y temperatura.
- Localización.
- Riesgo asociado.
- Estado de bandera.
- Sociedad de clasificación.
Source: Elaboración propia de Ingeniero Marino. Infografía técnica sobre el marco normativo aplicable a las válvulas y sistemas de tuberías de un buque, incluyendo SOLAS, IACS UR P2, reglas de sociedades de clasificación y consideraciones específicas para válvulas comunicadas con el mar.
12.1 SOLAS
The International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS) constituye una de las principales referencias internacionales de seguridad marítima.
Sus diferentes capítulos contienen requisitos que afectan directa o indirectamente a sistemas de tuberías y válvulas relacionados con:
- Protección contra incendios.
- Combustibles.
- Maquinaria.
- Integridad estanca.
- Sistemas de emergencia.
La International Maritime Organization mantiene el texto y las diferentes enmiendas del Convenio SOLAS. International Convention for the Safety of Life at Sea — IMO
12.2 IACS UR P2
The International Association of Classification Societies (IACS) desarrolla requisitos unificados utilizados como referencia por las principales sociedades de clasificación.
Uno de los documentos directamente relacionados con este artículo es:
UR P2 — Rules for Piping Design, Construction and Testing.
Este documento establece requisitos comunes relacionados con diseño, construcción y pruebas de sistemas de tuberías y constituye una referencia técnica importante para comprender que válvulas y tuberías deben analizarse como parte de una misma instalación.
Consultar IACS UR P2 – Rules for Piping Design, Construction and Testing
12.3 Classification societies
Además de los requisitos estatutarios, las sociedades de clasificación establecen reglas propias para:
- Materiales.
- Presiones de diseño.
- Clases de tuberías.
- Fabricación.
- Soldadura.
- Inspección.
- Pruebas.
- Certificación de componentes.
American Bureau of Shipping incluye, por ejemplo, las válvulas y accesorios dentro de sus requisitos de los sistemas de tuberías y diferencia los niveles de aprobación dependiendo de la clase y criticidad de la instalación.
12.4 Válvulas Comunicadas con el Mar
Las válvulas situadas en tomas y descargas al mar presentan requisitos especialmente importantes.
Un fallo en estos componentes puede establecer una comunicación directa entre el mar y el interior del buque.
Por ello se presta especial atención a:
- Materiales.
- Accesibilidad.
- Medios de cierre.
- Indicación de posición.
- Integridad de la conexión.
- Posibilidad de inspección.
Los requisitos concretos dependen del buque y de la normativa aplicable, por lo que deben verificarse siempre en la documentación vigente correspondiente.
13. Tabla Comparativa de los Principales Tipos de Válvulas
| Tipo de válvula | Función principal | Movimiento | Regulación | Pérdida de carga abierta | Operación |
|---|---|---|---|---|---|
| Compuerta | Aislamiento | Lineal | Poco adecuada | Baja | Multivuelta |
| Globo | Regulación / aislamiento | Lineal | Limitada en diseños convencionales | Muy baja en full bore | ¼ vuelta |
| Bola | Aislamiento | Rotativo | Limitada en diseños convencionales | Muy baja en full bore | ¼ vuelta |
| Mariposa | Aislamiento / regulación | Rotativo | Depende del diseño | Baja-moderada | ¼ vuelta |
| Macho | Aislamiento / distribución | Rotativo | Limited | Baja-moderada | ¼ vuelta |
| Diafragma | Aislamiento / regulación | Lineal | Posible | Variable | Multivuelta |
| Check | Evitar flujo inverso | Automático | No | Variable | Automática |
| Seguridad / alivio | Protección frente a sobrepresión | Automático | No aplica | No aplica | Automática |
14. Fuentes y Referencias Técnicas
- International Association of Classification Societies – IACS
UR P2 – Rules for Piping Design, Construction and Testing. Requisitos unificados relacionados con diseño, construcción y ensayo de sistemas de tuberías utilizados a bordo. Consultar IACS UR P2 - International Maritime Organization – IMO
International Convention for the Safety of Life at Sea (SOLAS), 1974, as amended. Principal marco internacional de seguridad aplicable a los buques mercantes y a diferentes sistemas de maquinaria, protección y emergencia. Consultar SOLAS en la IMO - International Maritime Organization – IMO
Survey Guidelines under the Harmonized System of Survey and Certification (HSSC). Incluye verificaciones relacionadas con diferentes sistemas de maquinaria, dispositivos de seguridad y controles remotos. - American Bureau of Shipping – ABS
Rules for Building and Classing Marine Vessels. Reglas de clasificación relativas, entre otras materias, a sistemas de tuberías, materiales, válvulas, accesorios, fabricación, inspección y certificación. Consultar ABS Marine Vessel Rules
Excelente artículo, para el año que viene en sistemas auxiliares ya tienes mucho ganado!!!
Son todas las válvulas de acción manual o mecánica que se encuentran a bordo de una embarcación. No vi la válvula de aguja. y válvulas de desviación que se abren por el diferencial de presión en un sistema.
Atentamente
Ing. Luis E. Casares
Jefe de Máquinas ( en retiro)
43 años de experiencia en diferentes tipos de embarcaciones
Estamos a la orden colega.
me gustaria saber cual es el material más usado o mas recomendado en las válvulas de fondo (sea chest valve) o por recomendación de ABS
Buenas noches. Válvulas interceptoras para una embarcación, de cual tipo seria???
Hola Ernesto, no es una nomenclatura que se suela emplear en España, pero por lo que he escuchado y leído, son válvulas interceptadoras las ´válvulas de compuerta, las de globo… y aquellas donde el vástago va unido al disco o cuña de obturación.
Buen articulo. Gracias.
tengo una duda sobre una válvula de compuerta diámetro 2″ de paso estándar el disco sobre sale un poco en la cavidad. mi duda es si sobre sale de acuerdo al tipo de paso y que tanto me afectaria en el funcionamiento
Excelente artículo, muy útil.
Muchas gracias
Excelente información!
Buen artículo facilita conocimiento necesario para el personal mecánico en general