¿Cómo se fabrican las válvulas?
Foto Cerrando el agua con una válvula de aislamiento. Al girar esta palanca noventa grados se cierra una válvula de bola en el centro de la tubería, cortando el paso del agua. La mayoría de las casas tienen válvulas de este tipo en la entrada de agua fría y en las tuberías que entran y salen de los depósitos de agua. Las válvulas de aislamiento son muy útiles en caso de emergencia (como la rotura de una tubería de agua) o para realizar el mantenimiento rutinario. Una vez que la válvula está cerrada, puede llevar a cabo reparaciones de forma segura sin que el líquido se desborde.
Las válvulas suelen estar hechas de metal o plástico y tienen varias partes diferentes. La parte exterior se denomina asiento y suele tener una carcasa exterior de metal sólido y una junta interior de goma o plástico suave para que la válvula haga un cierre absolutamente hermético. La parte interior de la válvula, que se abre y se cierra, se llama cuerpo y encaja en el asiento cuando la válvula está cerrada. También hay algún tipo de mecanismo para abrir y cerrar la válvula, ya sea una palanca o rueda manual (como en un grifo o una llave de paso) o un mecanismo automatizado (como en un motor de coche o de vapor).
A menudo es muy importante que las válvulas que se cierran no permitan absolutamente ningún escape de líquido o gas a través de una tubería para evitar accidentes, explosiones, contaminación o la pérdida de productos químicos valiosos (incluso un grifo que gotea puede ser costoso si su agua es medida). Por eso el sello de una válvula debe ser perfectamente seguro y una válvula cerrada debe estar bien cerrada. Cerrar un flujo de líquido o gas a alta presión obstruyéndolo con una válvula es un trabajo físicamente duro: en otras palabras, hay que hacer mucha fuerza. Por eso, algunas válvulas se accionan con palancas (como la que aparece en la foto, pero algunas pueden ser mucho más largas para que tengan más fuerza de giro) o con grandes ruedas (como en la foto superior de este artículo). Si las válvulas realmente grandes requieren demasiada fuerza para que un ser humano pueda suministrarla, se accionan mediante arietes hidráulicos.
Elegir el material adecuado
No todas las válvulas son cosas grandes, poderosas y de resistencia industrial hechas de metal. Fíjate bien en los recipientes de comida de tu cocina y verás que bastantes tienen válvulas. Las botellas de agua (como la que he fotografiado arriba) suelen tener válvulas de asiento en lugar de tapones de rosca. La tapa del tarro de comida que he fotografiado a continuación es otro ejemplo realmente ingenioso de válvula, hecha de un elastómero elástico (en la práctica, un caucho sintético de silicona). Sella un tarro dispensador de alimentos que normalmente se encuentra boca abajo, por lo que, en teoría, la comida podría gotear en la mesa de abajo. Esta ingeniosa válvula es la que lo impide. El material gomoso tiene cuatro ranuras para dejar pasar la comida, pero también es bastante firme, de modo que sólo se abre cuando se aprieta el tarro. La presión que se ejerce al apretar obliga a los alimentos a pasar por las cuatro ranuras, que se abren. Cuando se libera la presión, la elasticidad de la válvula hace que las ranuras vuelvan a bajar y sellen el tarro de nuevo. Es tan sencillo y mundano que probablemente nunca se haya dado cuenta, pero es una ingeniosa obra de ingeniería que se basa en una cuidadosa selección del material adecuado.
Foto: Una válvula de sellado de alimentos de elastómero. Izquierda: Mirando desde abajo la válvula sellada. Centro: Mirando desde arriba la misma válvula sellada. Derecha: Mirando desde arriba con mi dedo empujando hacia arriba para revelar cómo funciona el mecanismo de hendidura autosellante. (Si le interesa, creo que se trata de una válvula de hendidura SimpliSqueeze® fabricada por Aptar, y puede leer todos los detalles técnicos de su funcionamiento en su documento US10287066B2: Dispensing valve.)
Y la elección de los materiales para las válvulas no es sólo una cuestión de pensar en cómo funcionarán durante su vida útil, sino en qué pasará con ellas después. En el caso de los envases de alimentos, por ejemplo, el reciclaje es una consideración cada vez más importante. Por ejemplo, las pequeñas válvulas que se encuentran en los sacos de café. Una vez que el café se tuesta y se introduce en los sacos, es posible que tenga que permanecer en la estantería de una tienda hasta un año, durante el cual sigue emitiendo gas de dióxido de carbono. Sin una válvula en la bolsa, ésta se hincharía y podría reventar en la tienda (o en la cocina), lanzando el café por todas partes. Por eso los sacos de café tienen unas ingeniosas válvulas de «desgasificación» unidireccionales hechas de membranas que se abren cuando se acumula la presión en su interior. Por eso se puede «despertar y oler el café» sin necesidad de abrir la bolsa. Cuando el aire intenta entrar desde el exterior, aplasta la membrana y sella la bolsa herméticamente. Hasta aquí todo bien, pero ¿qué pasa con el reciclaje? Si se empiezan a poner complicadas válvulas de plástico en las bolsas, será mucho más difícil reciclarlas. ¿Cuál es la solución? Los fabricantes están fabricando bolsas de café y válvulas completamente de bioplásticos compostables para eliminar el problema de la eliminación de residuos.
Foto: Cómo funcionan las válvulas de café. Fila superior: Izquierda: Una válvula típica en el interior de una bolsa de café. Centro: Esta válvula de bioplástico compostable (fabricada por la empresa suiza Wipf) tiene un asiento exterior fijo (negro) y un cuerpo interior (rojo) con un respiradero de gas. A la derecha: Si la desmonta, verá que también tiene una membrana de plástico en su interior (azul). La siguiente ilustración muestra el funcionamiento conjunto de estas tres partes. La membrana se flexiona hacia arriba para dejar escapar el CO2, y luego se aplana hacia abajo para impedir que entren el aire y el vapor de agua.
Tipos de válvulas
Trabajo artístico: Ocho tipos comunes de válvulas, muy simplificados. Clave de color: la parte gris es la tubería por la que fluye el fluido; la parte roja es la válvula y su manivela o mando; las flechas azules muestran cómo se mueve o gira la válvula; y la línea amarilla muestra en qué dirección se mueve el fluido cuando la válvula está abierta.
Los numerosos tipos de válvulas tienen todos nombres diferentes. Las más comunes son la mariposa, el grifo o tapón, la compuerta, el globo, la aguja, el obturador y el carrete:
- Bola: En una válvula de bola, una esfera hueca (la bola) se asienta firmemente dentro de una tubería, bloqueando completamente el flujo de fluido. Al girar la manivela, la bola gira noventa grados, permitiendo que el fluido pase por el centro de la misma.
- Mariposa: Una válvula de mariposa es un disco que se sitúa en el centro de una tubería y gira hacia los lados (para admitir el fluido) o hacia arriba (para bloquear el flujo completamente).
- Válvula de grifo o tapón: En una válvula de grifo o tapón, el flujo se bloquea mediante un tapón en forma de cono que se desplaza hacia un lado cuando se gira una rueda o una manivela.
- Puerta o esclusa: Las válvulas de compuerta abren y cierran las tuberías bajando compuertas metálicas a través de ellas. La mayoría de las válvulas de este tipo están diseñadas para estar completamente abiertas o cerradas y pueden no funcionar correctamente cuando sólo están parcialmente abiertas. Las tuberías de suministro de agua utilizan válvulas de este tipo.
- Globo: Los grifos de agua (canillas) son ejemplos de válvulas de globo. Al girar la manivela, se enrosca una válvula hacia arriba o hacia abajo y esto permite que el agua presurizada fluya hacia arriba a través de una tubería y salga por el caño inferior. A diferencia de una compuerta o esclusa, una válvula de este tipo puede ajustarse para permitir que pase más o menos líquido.
- Aguja: Una válvula de aguja utiliza una aguja larga y deslizante para regular con precisión el flujo de fluido en máquinas como los carburadores de los motores de los coches y los sistemas de calefacción central.
- Popet: Las válvulas de los cilindros de los motores de los coches son poppets. Este tipo de válvula es como una tapa situada en la parte superior de una tubería. De vez en cuando, la tapa se levanta para liberar o admitir líquido o gas.
- Válvula de carrete: Las válvulas de carrete regulan el flujo de fluido en los sistemas hidráulicos. Este tipo de válvulas se deslizan hacia delante y hacia atrás para hacer que el fluido fluya en una u otra dirección alrededor de un circuito de tuberías.