valvulas en la industria alimentaria

Tecnología de Procesos Industriales S.A.
Gerencia Técnica
VALVULAS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
1. VÁLVULAS MARIPOSA
Este tipo de válvula es uno de los componentes con mayor presencia en los sistemas de piping de la
industria de alimentos.
Es ampliamente utilizada como válvula de corte y en algunos casos como reguladora de flujo, aunque en
este caso con restricciones ya que la regulación de caudal se produce cuando la válvula está un 75%
cerrada, además se debe tener un mango de tipo micrométrico.
Respecto a las condiciones de operación este tipo de válvulas pueden soportar presiones de hasta 15 bar.
La temperatura máxima de operación dependerá del tipo de sello usado como empaquetadura. Hay que
tomar en cuenta que a medida que aumenta el diámetro de la válvula esta soporta menos presión
Los principales componentes de este tipo de válvula son
1: Mariposa, fabricadas a partir de piezas estampadas en caliente y tratadas térmicamente de acero
inoxidable AISI 316L, trabajadas mecánicamente en todas las superficies y rectificadas en las partes
rotatorias.
2: Empaquetadura de válvula, fabricadas mediante estampado a presión en base a elastómeros de primera
calidad. El estandar es Silicona, pero opcionalmente se pueden solicitar en EPDM, Viton o Teflón revestido
con Silicona o Vitón.
3: Pernos de apriete,
4: Cuerpo de válvula, obtenido a partir de piezas estampadas en caliente y tratadas térmicamente de acero
inoxidable AISI 304L o 316L.
5: Buje de teflón, permite eliminar el rozamiento de las rotaciones.
Como una variante a la válvula mariposa normal existe la válvula de doble mariposa o válvula de mariposa
con drenaje. Este tipo de válvula está compuesta por doble juego de mariposas dispuestas en paralelo, las
cuales al estar cerradas dejan una cámara de fugas cuya salida atmosférica, cuando la válvula está cerrada,
se controla automáticamente para que abra. Las posibles fugas de líquido pueden salir al exterior sin
presión desde esta cámara de fugas, evitando así la mezcla de líquidos. La cámara de fugas se puede lavar
o esterilizar por medio de una conexión de lavado separada. Con la válvula abierta, la conexión de lavado y
la salida a la atmósfera se cierran automáticamente.
Alternativas de montaje
De acuerdo a las necesidades de la planta estas válvulas se pueden equipar con mandos manuales o
neumáticos.
Mandos manuales:
Dependiendo de la utilización de las válvulas se pueden instalar distintos tipos de mango. Para utilización de
solo apertura y cierre se pueden utilizar mangos de 2 posiciones ya sea en plástico ABS o acero inoxidable.
En el caso que se requiera la regulación de flujo existen mangos de 10 y 20 posiciones y mango
micrométrico el cual permite un ajuste fino de la posición de la mariposa.
1
Tecnología de Procesos Industriales S.A.
Gerencia Técnica
Mandos neumáticos
Para el comando a distancia, las válvulas se pueden equipar con actuadores neumáticos, los cuales se
analizan a continuación
2. ACTUADORES NEUMATICOS
Los actuadores neumáticos permiten el accionamiento remoto de la válvula. Los hay de simple o doble
efecto, todos construidos totalmente en acero inoxidable.
Simple afecto significa apertura por aire y retorno por resorte. En el caso de doble efecto es necesario aire
para abrir y cerrar.
El principio de funcionamiento de los actuadores se basa en desplazamiento horizontal de un engranaje,
que transmite el movimiento a otro vertical, el cual está conectado a la mariposa de la válvula.
2.1 AUTOMATIZACION ACTUADORES NEUMATICOS
2.1.1 Válvula solenoide
Utilizada para comando electroneumático del actuador desde una posición remota. Esta debe ser de tres
vías, tipo NC (normalmente cerrado), y se puede se montada en un tablero, para llegar al actuador solo con
la manguera de aire comprimido.
Las válvulas soleniodes disponibles son de 24 volts, corriente continua, normalmente cerrada. Como
alternativa se tienen las bobinas para corriente alterna. Las bobinas tienen un consumo de 3W, y la válvula
soporta una presión hasta 10 bar.
2.1.2 Microswitch
Utilizado como indicador de posición on-off de la válvula. Este es un dispositivo electromecánico que
permite abrir o cerrar un circuito eléctrico dependiendo de la posición del actuador.
La posición on-off del microswitch se produce por el movimiento horizontal de un vástago, el cual al
desplazarse producto del movimiento de la válvula toca el contacto, accionándolo.
Si se desea monitorear a la válvula en una posición, ya sea, abierta o cerrada se debe instalar un
microswitch. Para el monitoreo de las dos posiciones se deben especificar dos.
2.1.3 Detector de proximidad inductivo
Utilizado como indicador de posición on-off de la válvula.
Este es un dispositivo eléctrico que permite abrir o cerrar un circuito eléctrico dependiendo de presencia o
ausencia de una barrera metálica muy próxima al sensor. Normalmente la barrera debe estar a no mas 3
mm del sensor.
Al igual que el microswitch, hay que instalar uno de estos sensores por posición que se requiera monitorear.
2
Tecnología de Procesos Industriales S.A.
Gerencia Técnica
Este tipo de sensor se instala en forma externa al actuador, en el borde inferior del actuador, montado sobre
una platina con perforaciones del tamaño de este. El sensor detecta el movimiento rotacional de la cruceta
que une la válvula con el actuador, la cual tiene una perforación horizontal, diseñada para este fin.
3. VALVULAS NEUMATICAS DE PISTON
Este tipo de válvulas son utilizadas para el comando a distancia de una o mas líneas en forma simultánea.
Según su configuración, hay diseños de 2, 3 y 4 vías.
„ Válvulas de 2 vías, tipo L, son utilizadas para la apertura y cierre de una línea, puede ser equivalente a
una válvula mariposa con actuador neumático.
„ Válvulas de 3 vías, tipo LL o T. Las tipo LL son utilizadas para la separación del flujo desde una línea a
otra. Las tipo T son utilizadas para la separación de una línea en dos paralelas.
„ Válvulas de 4 vías, tipo TL, permiten unir el flujo de dos líneas paralelas en una común.
Los componentes básicos son cuerpo, pistón, cierre y actuador. El cuerpo de la válvula puede ser de acero
inoxidable estampado o de macizo mecanizado y se puede orientar en 360°. Los cuerpos se pueden
separar en inferiores y superiores, tipo L y T. El pistón está fabricado en acero inoxidable AISI 316L con
asiento de teflón. El cierre normal es de doble labio fabricado en silicona o EPDM, siendo el primero el
material standard, con un cuerpo interior de acero inoxidable para evitar deformaciones por la presión de
trabajo.
En el caso de las válvulas de cuerpo mecanizado, la diferencia fundamental se basa en algunas
consideraciones de diseño que mejoran la condición sanitaria. La válvula es fácilmente esterilizable; la
forma esférica interna de la válvula y el pulido de las partes internas de la misma, garantizan un completo
autodrenaje. Los elementos de sello se alcanzan fácilmente durante las fases de lavado CIP.
A continuación de describen las principales opciones de diseño disponibles.
Obturador de pistón:
Junta fija al eje
Junta con fuelle aséptica
(este obturador incluye el cierre)
Cierre
:
Junta doble al eje
Junta metálica con “O” ring
Junta para esterilización con vapor
Junta con prensa estopa de Teflon
Automatización
:
Válvula solenoide
Detector de proximidad inductivo
Microswitch
4. VALVULAS NEUMATICAS DE PISTON DE DOBLE ASIENTO
Este tipo de válvula se ha desarrollado pensando en la tendencia a la total automatización de las plantas, en
lo relativo a producción y lavado, la cual excluye las operaciones manuales por falta de fiabilidad. Esta
situación exige que los medios auxiliares como agua, productos de lavado, vapor, etc., esté
permanentemente conectados al sistema de tuberías y que se eliminen codos vasculantes, piezas de
interconexión, etc. Una condición básica para esto es la separación segura de líquidos incompatibles como
por ejemplo agua/detergente. En la figura se muestra un diagrama típico de aplicación
3
Tecnología de Procesos Industriales S.A.
Gerencia Técnica
Si uno de los dos asientos pierde hermeticidad por abrasión, sobrepresiones, partículas extrañas, etc., la
fuga de líquido sale al exterior, evitando así la mezcla de dos productos que pueden ser incompatibles.
Las válvulas deben diseñarse siguiendo las exigencias de seguridad higiénica vigentes, las cuales no
consienten ninguna posibilidad de pérdidas en las líneas durante las fases simultáneas de lavado y proceso,
estar proyectadas para obtener un completo autodrenaje de todas las partes internas durante el lavado CIP.
Los pistones y asientos deben ser balanceados con el fin de evitar eventuales golpes de ariete.
Las válvulas de doble asiento tiene dos actuadores neumáticos, uno para el movimiento del pistón principal
y otro para la apertura de la cámara de seguridad, por lo tanto la automatización requerida, es el doble que
en los otros tipos de válvula neumática.
5. VALVULAS ESPECIALES
5.1 Válvulas de seguridad
Estas válvulas son utilizadas para hacer by-pass de presión como medida de seguridad para proteger
líneas, bombas, accesorios, estanque, etc. Las hay para líquidos y gases. El principio de funcionamiento se
basa en el desplazamiento de un pistón por efecto de la presión aguas abajo del sistema, el cual está
sometido a una contrapresión por efecto de un resorte calibrado o de un sistema de presión regulable.
En el caso de las válvulas diseñadas para líquidos estas pueden regularse desde 0.5 a 5 bar de presión.
Los principales componentes de estas válvulas son el cuerpo, similar a las válvulas neumáticas tipo L, con
salidas en 90º, pistón, con asiento normalmente de teflon y sistema de compresión de resorte.
5.2 Válvulas de vacío/presión
Este es un accesorio que no se utiliza en líneas de proceso, sino que en estanques. Están diseñadas para
mantener la conexión atmosférica del estanque cerrada cuando el sistema está en reposo. Durante los
procesos de llenado y vaciado de estanques permite evacuar o ingresar aire para equalizar las presiones
interna y externa, con lo que de evita la deformación por sobre presión o colapso.
Existen variados diseños y materiales, aunque se prefieren de acero inoxidable por la posibilidad que tienen
estos de poder limpiarlos con mayor facilidad, a pesar que desde el punto de vista sanitario no circulan
líquidos sino que aire.
5.3 Válvulas de regulación de flujo
Este tipo de válvulas permiten regular caudal por medio de la disminución de área de paso del flujo, por el
desplazamiento vertical de un pistón. Construcción sólida y robusta, obtenida a partir de un macizo de
acero inoxidable. Están diseñadas para trabajar a presiones hasta 15 bar.
5.4 Válvulas no retorno
Las válvulas no retorno, llamadas también válvulas check, tienen como objetivo principal dirigir el fluido en
un solo sentido. Son especialmente importantes para evitar el descebado de bombas y para evitar golpes de
ariete que se producen al cerrarse en forma brusca una línea.
4
Tecnología de Procesos Industriales S.A.
Gerencia Técnica
Construcción sólida y robusta, obtenida a partir de un macizo de acero inoxidable, amplia apertura de
pistón. Equipados con resortes de baja presión que permiten el funcionamiento de la válvula tanto en
posición vertical como horizontal.
5.5 Válvulas de cono
Las válvulas de cono han sido ampliamente usadas en la industria de alimentos como elementos de corte o
para el desvío de flujo en forma manual. Las hay de 2 y tres vías, estas últimas tienen la particularidad de
poder ser utilizadas para el desvío y/o separación de flujo entre dos líneas con el solo cambio de posición
del cono. La limitación de uso está dada por la presión de trabajo, 4 bar máximo, por lo cual generalmente
son utilizadas para salidas de estanques.
Desde el punto de vista sanitario, estas válvulas tienen problemas de limpieza y acumulación de residuos,
sin embargo esta situación no es tan grave considerando su fácil desarme e inspección.
Básicamente están construidas por tres piezas, cuerpo, cono y tapa. El cono de estas válvulas está
recubierto con un baño galvánico con aporte de cromo duro y de elevado espesor. Para disminuir la presión
específica a que están sometidos los machos durante la rotación, se aplica un diseño de alta conicidad
entre el cuerpo y el cono.
Este tipo de válvula sanitaria está tendiendo a disminuir su utilización por sus problemas desde el punto de
vista sanitario, imposibilidad de automatizar, gran tamaño y alto costo.
5.6 Válvulas de bola
Este tipo de válvula es de amplio uso en todo tipo de procesos industriales, sin embargo, los modelos
normalmente conocidos, de 2 o 3 cuerpos, no son adecuados para instalarlos en líneas donde circulen
productos alimenticios ya que al cerrar la bola, esta deja atrapada una parte del producto en su cavidad, la
cual no está diseñada sanitariamente. Esta condición hace imposible su sanitización y por ende esta
susceptible a la contaminación bacteriana.
Para evitar estos problema, existe un tipo de válvula de bola sanitaria, la cual permite limpiar o esterilizar el
interior de la bola mientras esta permanece cerrada. El circuito de lavado externo permanece cerrado
cuando la válvula está abierta y se abre al cerrarse esta.
5