Selección de materiales de válvulas: Límites de temperatura para juntas, empaquetaduras y cuerpo
I. Temperatura de servicio de las juntas de válvulas comunes
La selección del material de la junta debe considerar simultáneamente la temperatura del medio, la presión, la corrosividad y el tipo de cara de sellado de la brida. El siguiente resumen está clasificado por tipo de junta.
1. Juntas de goma
Las juntas de goma logran el sellado mediante la elasticidad del material y son adecuadas para servicio a baja presión y temperatura ambiente. El límite superior de temperatura depende del tipo de goma.
N.º | Nombre | Temperatura de servicio (°C) |
1 | Caucho Natural | -50 a 90 |
2 | Caucho Neopreno | -40 a 100 |
3 | Caucho Nitrilo (NBR) | -30 a 110 |
4 | Caucho Estireno-Butadieno (SBR) | -30 a 100 |
5 | Goma de etileno-propileno (EPDM) | -40 a 130 |
6 | Goma fluorada (FKM) | -50 a 200 |
2. Juntas no metálicas y compuestas
Las láminas de caucho con amianto se han eliminado en gran medida debido a las restricciones sobre el amianto y rara vez se utilizan en la práctica actual de la ingeniería. Las juntas de caucho de fibra sintética y las juntas compuestas de grafito flexible son actualmente las soluciones más ampliamente aplicadas.
No. | Nombre | Temperatura de servicio (°C) |
7 | Junta de caucho y amianto | ≤ 300 |
8 | Caucho de fibra sintética | -40 a 200 |
9 | Politetrafluoroetileno (PTFE) | ≤ 200 |
10 | PTFE con fibra de vidrio | -100 a 260 |
11 | Acero al carbono + junta compuesta de grafito flexible | ≤ 450 |
12 | 304 + junta compuesta de grafito flexible | ≤ 650 |
3. Juntas encamisadas
Las juntas con revestimiento consisten en una carcasa exterior metálica que encierra un relleno no metálico, combinando la resistencia del metal con la adaptabilidad de sellado de los materiales no metálicos.
No. | Nombre | Temperatura de servicio (°C) |
13 | Junta con revestimiento de aluminio puro L3 + caucho de asbesto | ≤ 200 |
14 | Junta con revestimiento de cobre puro T3 + caucho de asbesto | ≤ 300 |
15 | Junta con revestimiento de lámina delgada de cobre estañado + caucho de asbesto | ≤ 400 |
16 | Lámina delgada de cobre zincado + Junta revestida de caucho de amianto | ≤ 400 |
17 | 0Cr18Ni9 + Junta revestida de caucho de amianto | ≤ 500 |
18 | 00Cr19Ni10 + Junta revestida de caucho de amianto | ≤ 500 |
19 | 00Cr17Ni14Mo2 + Junta revestida de caucho de amianto | ≤ 500 |
4. Juntas de espiral bobinada
Las juntas de espiral bobinada se forman alternando tiras metálicas y no metálicas, combinando resistencia y rendimiento de sellado. Son una opción común para conexiones bridadas de alta temperatura y alta presión.
N.º | Nombre | Temperatura de servicio (°C) |
20 | Junta espiralada de 0Cr18Ni9 + fibra de papel de asbesto especial | ≤ 500 |
21 | Junta espiralada de 0Cr17Ni14Mo2 + grafito flexible | ≤ 650 |
22 | 00Cr17Ni14Mo2 + Junta en Espiral de PTFE | ≤ 200 |
5. Juntas Camprofile (Ranura)
Las juntas Camprofile presentan estrías concéntricas mecanizadas en las superficies superior e inferior de una placa central metálica, cubiertas con capas de grafito flexible o PTFE. Son adecuadas para servicio a alta temperatura, alta presión y con fluctuaciones de temperatura.
N.º | Nombre | Temperatura de Servicio (°C) |
23 | 10 o 08 + Junta Camprofile de Grafito Flexible | ≤ 450 |
24 | 0Cr13 + Junta Camprofile de Grafito Flexible | ≤ 540 |
25 | Junta camprofile de 304 + grafito flexible | ≤ 650 |
26 | Junta camprofile de 316 + PTFE | ≤ 200 |
II. Temperatura de servicio de empaquetaduras comunes de válvulas
La empaquetadura se utiliza para el sellado del vástago, y su aplicabilidad de temperatura afecta directamente la confiabilidad del sellado dinámico del vástago.
N.º | Nombre | Temperatura de Servicio (°C) |
1 | Anillo de Empaquetadura de Grafito Flexible | ≤ 600 |
2 | Anillo de Empaquetadura de PTFE | ≤ 200 |
3 | Alambre de Acero Inoxidable + Empaquetadura Trenzada de Grafito Flexible | ≤ 600 |
4 | Empaquetadura trenzada de cinta de PTFE expandido con grafito | ≤ 250 |
5 | Cuerda de asbesto impregnada con aceite | ≤ 450 |
6 | Cuerda de asbesto con grafito | ≤ 450 |
Notas de selección:
- La empaquetadura de grafito flexible tiene el límite de temperatura más alto (600 °C) y es la opción preferida para el sellado de vástagos de válvulas de alta temperatura. Sin embargo, tenga en cuenta que el grafito puede sufrir pérdida oxidativa en medios fuertemente oxidantes.
- La empaquetadura de PTFE tiene un límite de temperatura más bajo (200 °C) y es adecuada para servicio a temperatura ambiente y media-baja. Presenta un bajo coeficiente de fricción y buen rendimiento de sellado.
- La empaquetadura a base de amianto ha sido reemplazada gradualmente por grafito flexible.
III. Materiales del cuerpo de la válvula y temperaturas de operación
1. Válvulas de hierro fundido
Las válvulas de hierro fundido tienen una conductividad térmica deficiente y son materiales frágiles. Según ANSI B16.1, el rango de temperatura de operación es de -29 a 232 °C. Sin embargo, el hierro fundido presenta una marcada fragilidad a baja temperatura; se recomienda que la temperatura de servicio no sea inferior a 0 °C. Actualmente, las válvulas de hierro fundido rara vez se utilizan en la industria petroquímica, y las regulaciones nacionales han prohibido explícitamente el uso de hierro fundido para grifos domésticos.
2. Válvulas de acero al carbono
El acero al carbono fundido (ASTM A216 WCB) y el acero al carbono forjado (ASTM A105) tienen un rango de temperatura de operación de -29 a 425 °C. Para garantizar la seguridad, se recomienda que la temperatura de operación no supere los 400 °C.
3. Válvulas criogénicas
Los materiales comunes para válvulas criogénicas incluyen LCB, LCC, LF2, LF3 y aceros inoxidables austeníticos como CF8, CF3, CF8M, CF3M, 304, 304L, 316 y 316L. En la producción real, el acero inoxidable austenítico es el material principal para las válvulas criogénicas:
- CF8: adecuado para -196°C
- CF8M, CF3M: adecuados para -254°C
Requisitos estructurales especiales para válvulas criogénicas:
Las válvulas de compuerta, válvulas de globo y válvulas de bola deben estar provistas de un bonete extendido y una placa aislante para garantizar que la temperatura de la caja de empaque se mantenga por encima de 0°C.
- Orificio de alivio de presión:
Las válvulas de compuerta y las válvulas de bola deben tener un orificio de alivio de presión en el extremo aguas arriba. El gas licuado de petróleo y otros líquidos criogénicos pueden aumentar su presión casi 100 veces y expandir su volumen aproximadamente 600 veces al calentarse. Sin alivio de presión, el empaque y la junta pueden ser expulsados y, en casos graves, el cuerpo de la válvula o el bonete pueden romperse.
Debido al orificio de alivio de presión, todas las válvulas criogénicas tienen sellado unidireccional. El cuerpo de la válvula debe estar marcado con una flecha que indique la dirección del flujo del medio.
4. Válvulas de acero inoxidable resistentes a la corrosión
Los aceros inoxidables resistentes a la corrosión son aceros inoxidables austeníticos con alto contenido de cromo-níquel o alto contenido de cromo-níquel-molibdeno utilizados para diversos medios corrosivos. Se clasifican en tres tipos según el tipo de corrosión:
Tipo de corrosión | Medio representativo | Materiales aplicables |
Ácido oxidante | Ácido nítrico (HNO₃) | CF8, CF3, 304, 304L |
Ácido reductor | Ácido acético (CH₃COOH) | CF8M, CF3M, 316, 316L |
Ácido halógeno | Ácido fluorhídrico (HF) | Aleación Monel (M35-1, Monel 400, Monel K500) |
Los aceros inoxidables utilizados para válvulas resistentes a la corrosión requieren un contenido de carbono lo más bajo posible (≤0.08%) o ultrabajo en carbono (≤0.03%). Su temperatura de operación es típicamente ≤200°C.
5. Válvulas de acero inoxidable resistentes al calor
Los aceros inoxidables austeníticos también pueden utilizarse para válvulas de alta temperatura. Sin embargo, cuando se emplean como acero resistente al calor, se requiere que el contenido de carbono se incremente adecuadamente (para obtener una mayor resistencia a alta temperatura), y el material debe someterse a una fusión especializada como acero de alta temperatura y a un tratamiento térmico. Los aceros inoxidables de grado bajo en carbono que no han sido sometidos a fusión y tratamiento como acero de alta temperatura no pueden utilizarse para válvulas de alta temperatura. Para un mismo material de acero inoxidable, los requisitos en cuanto a la condición del tratamiento térmico y el contenido de carbono difieren fundamentalmente entre las aplicaciones criogénicas, resistentes a la corrosión y resistentes al calor. Esto debe distinguirse durante la selección del material.
IV. Referencia rápida para selección de temperatura
Rango de temperatura | Junta recomendada | Empaquetadura recomendada | Material del cuerpo recomendado |
≤ 200°C | PTFE, Caucho | Anillo de empaquetadura de PTFE | Hierro fundido, Acero al carbono, Acero inoxidable |
200 a 425°C | Junta compuesta de grafito flexible | Empaquetadura de grafito flexible | Acero al carbono (≤400°C) |
425 a 650°C | 304 + Junta compuesta de grafito flexible | Anillo de empaquetadura de grafito flexible | Acero inoxidable (grado resistente al calor) |
≤ -46°C | Junta espiralada de acero inoxidable + grafito flexible | Empaquetadura de grafito flexible | Acero inoxidable austenítico (CF8/CF8M/CF3M) |