¿Por qué fallan las jaulas de las válvulas de control de alta presión? Erosión, cavitación y desgaste.

Los orificios agrandados, los conductos de flujo picados y el orificio guía rayado pueden dejar fuera de servicio la jaula de una válvula de control. Estas superficies cumplen funciones distintas, por lo que el daño afecta a la válvula de diferentes maneras. Para jaulas de repuesto, la aleación de cobalto 6 ofrece una combinación de resistencia a la erosión, al desgaste abrasivo y al agarrotamiento en las superficies de trabajo.

Dónde se desgastan las jaulas de las válvulas de control

Los bordes y las paredes de los orificios (aberturas de flujo) están expuestos al fluido estrangulado. La arena, las incrustaciones u otras partículas duras arrastradas por el flujo pueden cortar y erosionar estas superficies, redondeando los bordes y agrandando las aberturas. Una gran caída de presión a través de la válvula puede generar altas velocidades locales e intensificar este daño.

En fluidos, la cavitación puede dejar cavidades en las superficies de la jaula. Se forman burbujas de vapor donde la presión local disminuye lo suficiente y colapsan al recuperarse la presión. El colapso repetido cerca de la superficie metálica elimina material. Este mecanismo es diferente al de las partículas que cortan las paredes del puerto.

En la zona donde la jaula guía el tapón, las partículas atrapadas en el ajuste deslizante pueden causar arañazos abrasivos. El contacto directo con el metal también puede producir desgaste adhesivo y rozamiento, dejando superficies rayadas y metal transferido. Estas marcas se producen en el ajuste móvil, no solo en la trayectoria del flujo a alta velocidad.

Cómo afecta el daño de la jaula al funcionamiento de la válvula

A medida que el obturador se mueve, expone más o menos los orificios de la jaula para regular el flujo. Cuando la erosión agranda los orificios o modifica su perfil, la válvula puede permitir el paso de un caudal diferente con la misma posición del obturador y caída de presión. Este efecto es particularmente relevante cuando el desgaste altera las pequeñas aberturas que se utilizan en el recorrido corto de la válvula.

El desgaste en el orificio guía aumenta la holgura alrededor del obturador, mientras que las rayaduras profundas o el rozamiento pueden obstruir el movimiento suave. Si la geometría del puerto o las dimensiones de la guía quedan fuera de los límites de servicio del fabricante de la válvula, la sustitución de la jaula restablece la geometría especificada. El material de repuesto es importante, ya que las mismas superficies de trabajo permanecen expuestas al fluido de operación y al contacto deslizante.

¿Por qué usar aleación de cobalto 6 para una jaula de repuesto?

La aleación de cobalto 6 es una aleación de cobalto, cromo, tungsteno y carbono que contiene carburos ricos en cromo en una matriz rica en cobalto. Los carburos contribuyen a la resistencia contra la abrasión, mientras que la aleación también resiste el desgaste por fricción durante el contacto metal con metal. Esta combinación resulta útil en una jaula que presenta superficies expuestas al flujo y un orificio guía deslizante.

En los orificios y las paredes del conducto de flujo, la resistencia a la erosión ayuda a limitar la pérdida de material y a mantener el perfil mecanizado. En el orificio guía, la resistencia al desgaste abrasivo y al agarrotamiento ayuda a preservar las superficies deslizantes.

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Referencias técnicas

• Emerson: Manual de válvulas de control

• Valmet: Flujo de líquidos y cavitación

• Flowserve: Válvulas de control Multi-Z para servicio sucio

• Valmet: Desgaste de los componentes internos de las válvulas y rendimiento superficial

• Deloro: Ficha técnica de la aleación Co6