La importancia de minimizar las fugas de aire en las válvulas rotativas

Matt Burt, director de ventas – componentes, y Ron Van Ostenbridge, gerente junior de desarrollo comercial – componentes, Coperion K-Tron | 22 de noviembre de 2021

Una válvula rotativa es un dispositivo para dosificar producto o actuar como dispositivo de separación de material en tolvas, diferencial de presión de separación o dispositivo de aislamiento para NFPA 69 (la norma actual sobre sistemas de prevención de explosiones). Las válvulas rotativas se conocen con diversos nombres, como esclusas de aire, válvulas de estrella, alimentadores rotativos y esclusas de aire rotativas. La figura 1 muestra una sección transversal de una válvula rotativa.

Todas las válvulas rotativas pierden aire y es necesario gestionar esta fuga de aire. Hay tres tipos de fugas que se deben considerar. La fuga radial es el aire que se escapa entre las puntas de las palas del rotor y la carcasa. La fuga axial es la fuga entre los bordes de las palas del rotor y las placas terminales. La fuga por arrastre es el gas que se transfiere a través de la cavidad vacía del rotor hasta la entrada de la válvula. La fuga de gas en la entrada de la válvula puede afectar el flujo de material hacia la válvula.

Comprender las características del material a granel que se alimenta es importante para configurar la válvula rotativa adecuada para cualquier aplicación determinada.

Si el material es pegajoso o adhesivo, puede compactarse bajo presión y no fluir libremente hacia la válvula. El tamaño y la forma de las partículas afectarán qué tan bien fluye el material hacia las cavidades de la válvula y, por lo tanto, la eficiencia de la válvula. Hay materiales que se entrelazan o aglomeran, lo que disminuirá la eficiencia del llenado de las bolsas; Esto debe tenerse en cuenta al dimensionar su válvula.

¿Qué tan abrasivo es el material a granel en las partes internas de la válvula rotativa? Los materiales abrasivos desgastarán el rotor, la carcasa y las placas terminales. Los espacios resultantes harán posible una fuga de aire adicional a través de la válvula. Diseñar su válvula para combatir el desgaste puede requerir recubrimientos especiales como cromo, carburo de tungsteno y cerámica.

Si el material que se alimenta es corrosivo, deberá considerar el material de construcción de la válvula. Normalmente, las válvulas están hechas de aluminio, acero al carbono o acero inoxidable. Elegir el material de construcción correcto es fundamental cuando se trata de materiales corrosivos a granel. Otra consideración es la posibilidad de que los vapores del proceso causen corrosión. Es probable que esto tenga un mayor impacto en los sellos que en la válvula misma.

Es necesario considerar tanto la temperatura del ambiente como la temperatura del material al configurar una válvula rotativa. Si el material está caliente, preste mucha atención a los espacios libres para evitar el contacto entre el rotor y la carcasa debido a la expansión térmica. La temperatura también puede afectar el tipo de sellos.

¿Podrían los materiales de construcción de la válvula rotativa o los sellos reaccionar con el material? Por ejemplo, algunos compuestos de PVC pueden decolorarse si se utiliza aluminio en los equipos de proceso, como tuberías o carcasas/rotores de válvulas rotativas. El gas de transporte suele ser aire ambiente o gas inerte, por ejemplo N2. Es importante que las focas reciban aire limpio y seco de la planta. De lo contrario, la posibilidad de introducir humedad, suciedad o aceite en los sellos de las válvulas puede dañar o reducir su efectividad.

Si el material se degrada fácilmente, el desgaste que ejerce sobre él la válvula rotativa podría hacer que el producto quede fuera de las especificaciones para el productor o usuario final. Normalmente, esta degradación es causada por el corte o embadurnamiento del material.

Si el material es duro y difícil de cortar, esto puede causar cargas severas en el eje del rotor o en el conjunto de transmisión. Normalmente, esto se puede solucionar utilizando una unidad de servicio más pesado. Sin embargo, se debe tener precaución, ya que al agregar una transmisión de servicio más pesado al rotor podemos correr el riesgo de que se tuerza el eje del rotor. Es importante seleccionar una válvula con un eje de rotor que pueda soportar la carga de torsión. Además, la dureza de Mohs es el primer criterio para seleccionar la protección contra el desgaste, junto con la diferencia de presión.

Es necesario considerar la densidad aparente del material y cómo se ve afectado por el diferencial de presión a través de la válvula. Por ejemplo, los materiales que se fluidizan fácilmente (típicamente polvos) pueden requerir una válvula sobredimensionada para compensar la pérdida en la eficiencia del llenado de las bolsas cuando se alimentan a un sistema de presión.

Figura 2: Configuraciones de rotor de 6, 8 y 10 palas

Todas las válvulas tienen holguras establecidas entre las palas del rotor y la carcasa y/o las placas finales. El espacio libre varía según factores como el tamaño, la temperatura, el material y el servicio. Normalmente, cuanto más grande es la válvula, mayor es el espacio libre, lo que equivale a un mayor volumen de gas de fuga.

La temperatura de funcionamiento adecuada es uno de los parámetros que más se pasa por alto. Si la válvula está diseñada para una temperatura más alta y funciona a una temperatura más baja, entonces las holguras serán mucho mayores de lo necesario. Dependiendo de las propiedades del material, existe la posibilidad de que el propio material bloquee hasta la mitad del espacio libre, lo que reduciría las fugas de gas.

Independientemente del tamaño de la válvula, la cantidad de palas en el rotor afecta la fuga de gas de la válvula. La ilustración de la Figura 2 muestra varias configuraciones de rotor. A la izquierda hay un rotor de seis palas. Con el número mínimo de palas hay al menos dos palas sellando con la carcasa en un momento dado y el máximo sería cuatro. Esto significa que el aire sólo necesita saltar uno o dos obstáculos a cada lado para escapar desde la parte inferior hasta la parte superior de la válvula. La ilustración del medio es un rotor de ocho palas con un mínimo de sellado de cuatro palas. El gas tiene dos o tres obstáculos que saltar a cada lado para atravesar la válvula. La ilustración de la derecha es un rotor de 10 palas, y hay un mínimo de seis palas selladas en cualquier momento, lo que significa que hay tres o cuatro obstáculos para saltar en cada lado.

Insertar Figura 3: Gráficos de rotores de ocho y 10 palas

Al observar la Figura 3, podemos apreciar la fuga de gas a través de la válvula a un diferencial de presión determinado. En los gráficos podemos comparar diferentes tamaños de válvulas y comparar un rotor de ocho palas con uno de 10 palas. Es fácil ver que a un diferencial de presión más alto, una válvula más grande con menos paletas da como resultado una mayor fuga de gas.

Por ejemplo:

* 10 pulgadas. rotor

o Rotor de 8 palas: 24 [email protected] psi o 45 [email protected] psi

o Rotor de 10 palas: 17 cfm a 5 psi o 33 [email protected] psi

* Ocho pulgadas. rotor

o Rotor de ocho palas: 18 [email protected] psi o 34 [email protected] psi

o Rotor de 10 palas: 14 [email protected] psi o 26 [email protected] psi

Figura 4: Válvula rotativa sin ventilación de gas de fuga

En un sistema de transporte neumático (presión o vacío), esta fuga debe considerarse al calcular el tamaño adecuado del sistema. Si hay más de dos válvulas rotativas alimentando una línea, se recomienda una compuerta de cierre arriba para detener la fuga cuando no esté funcionando.

Insertar Figura 5: Ventilación incorporada para liberar el gas de fuga

Insertar Figura 6: Válvula rotativa con colector de gas de fuga

Hay algunas formas de mitigar la fuga de gas en la válvula rotativa, además de la optimización del material y el diseño. La Figura 4 muestra una aplicación típica de pellets donde el aire sale a través de los pellets y tiene poco efecto en la operación. La Figura 5 muestra un ejemplo de un respiradero integrado en la carcasa de la válvula rotativa para pellets y materiales granulares. Esto reduce la altura total de apilamiento en comparación con un colector de gas de fuga. La Figura 6 muestra un colector de gas de fuga que ventila el gas y reduce su impacto en la velocidad de la válvula. Por último, se podrían apilar dos válvulas una encima de la otra. Esto reduciría las fugas aproximadamente a la mitad. Es la opción más cara y también tiene el mayor impacto en la altura de apilamiento. La válvula rotativa inferior debería funcionar un poco más rápido que la superior para garantizar que el material no retroceda.

Las fugas de aire en una válvula rotativa son inevitables. Los espacios libres establecidos están incluidos por diseño, pero si las fugas de aire no se mantienen y exceden las recomendaciones del fabricante, se producirán problemas operativos y, muy probablemente, la válvula finalmente fallará. Es importante que los procesadores comprendan qué puede influir en el potencial de fugas de aire, como las propiedades del material, el tamaño de la válvula, la calidad del gas de la planta, los factores ambientales e incluso el material de construcción de la válvula. Consulte con el fabricante de su válvula o proveedor de sistemas para determinar las mejores prácticas para minimizar las fugas de aire de su válvula rotativa, ya sea que esté diseñando una nueva aplicación o mejorando una aplicación existente.

Matt Burt es director de ventas de componentes y Ron Van Ostenbridge es director junior de desarrollo empresarial de componentes de Coperion K-Tron. Coperion es un líder tecnológico y de mercado internacional en sistemas de extrusión y compuestos, tecnología de alimentación y pesaje, sistemas y servicios de manipulación de materiales a granel. Coperion diseña, desarrolla, fabrica y mantiene sistemas, máquinas y componentes para las industrias del plástico, química, farmacéutica, alimentaria y de minerales. Para obtener más información, visite www.coperion.com o envíe un correo electrónico a [email protected].

Más información sobre formatos de texto

Consulte el directorio principal de la industria de polvos y sólidos a granel.