Cómo elegir una válvula rotatoria para sólidos a granel

Para elegir una válvula rotatoria hay que partir del material (granulometría, abrasividad, temperatura y si es pegajoso), de la capacidad requerida y del diferencial de presión que debe sellar. Con esos datos se define el tamaño y la velocidad del rotor, el tipo de rotor y las holguras, los materiales de construcción, los sellos de flecha y la facilidad de limpieza. Una válvula bien seleccionada dosifica de forma constante y limita la fuga de aire; una mal seleccionada se desgasta pronto, se atasca o hace que el sistema pierda capacidad.

En esta guía repasamos los criterios que suelen revisar ingenieros de proceso y de mantenimiento al especificar válvulas rotatorias para alimentación de sistemas de transporte neumático, descarga de colectores de polvo, silos y tolvas.

Una válvula rotatoria, también llamada esclusa rotatoria o airlock, es un rotor con aspas que gira dentro de una carcasa. El material entra por la parte superior, llena los compartimentos (bolsillos) entre aspas y sale por la parte inferior conforme gira el rotor. Las holguras reducidas entre las puntas de las aspas y la carcasa forman un sello que limita el paso de aire entre dos zonas con presiones distintas.

Sus usos más comunes son:

• Alimentar material a una línea de transporte neumático, separando la tolva (a presión atmosférica) de la tubería presurizada.
• Descargar el polvo capturado en un colector o ciclón sin que entre aire por la descarga.
• Dosificar material de forma volumétrica bajo silos y tolvas.
• Aislar equipos de proceso con distintas presiones o temperaturas.

El material es el punto de partida. Antes de pedir una cotización conviene tener a la mano:

• Densidad aparente: permite convertir la capacidad en masa (kg/h o t/h) a volumen, que es lo que mueve la válvula.
• Tamaño y forma de partícula: polvos finos, gránulos, pellets o escamas se comportan distinto; los pellets pueden cortarse entre el aspa y la carcasa.
• Abrasividad: materiales como arena, cemento o minerales exigen materiales resistentes al desgaste o recubrimientos.
• Fluidez y cohesión: los materiales pegajosos o higroscópicos pueden adherirse a los bolsillos y reducir la capacidad real.
• Temperatura y humedad: afectan la dilatación de rotor y carcasa, las holguras necesarias y los sellos.
• Requisitos sanitarios: en alimentos y farmacéutica importan el acabado, el acero inoxidable y el acceso para limpieza.

La capacidad depende del volumen por revolución del rotor, de la velocidad de giro y del porcentaje de llenado de los bolsillos. De forma simplificada:

Capacidad (m³/h) = volumen por revolución (m³) × rpm × 60 × factor de llenado

El factor de llenado rara vez es del 100 %. Disminuye con velocidades altas (el material no alcanza a entrar al bolsillo), con materiales poco fluidos y cuando el aire que fuga hacia arriba dificulta la entrada del material. Por eso, en la práctica se suele seleccionar una válvula de mayor tamaño girando a velocidad moderada en lugar de una pequeña girando rápido: el llenado es más estable y el desgaste es menor.

Si el proceso requiere ajustar la dosificación, un variador de frecuencia en el motor permite modificar las rpm dentro del rango que recomiende el fabricante.

Cuando la válvula alimenta una línea de transporte neumático a presión, siempre existe una fuga de aire hacia la tolva superior. Esa fuga crece con el diferencial de presión, con las holguras y con el desgaste. Si no se considera, puede:

• Reducir el llenado de los bolsillos y, con ello, la capacidad real.
• Fluidizar o "soplar" el material en la tolva y generar emisiones de polvo.
• Restar caudal de aire al transportador y provocar bloqueos en la línea.

Las medidas habituales son elegir válvulas diseñadas para el diferencial de presión de la aplicación, venteo de la carcasa o de la tolva para desviar el aire fugado, y holguras adecuadas para la temperatura de trabajo. Para sistemas de fase densa, con presiones más altas, en muchos casos se prefieren otros alimentadores, como recipientes a presión.

• Hierro fundido: opción común y económica para materiales no corrosivos en servicio general.
• Acero inoxidable: para alimentos, farmacéutica, químicos o donde importa la corrosión y la limpieza.
• Recubrimientos o aceros endurecidos: para materiales abrasivos que desgastan las puntas del rotor y la carcasa.

Los sellos de flecha evitan que el polvo llegue a los rodamientos. Para polvos finos se suelen usar sellos de empaque o sellos purgados con aire; los rodamientos montados fuera de la carcasa (externos) facilitan su mantenimiento y los protegen del producto.

• Holguras entre rotor y carcasa: su aumento por desgaste es la causa más común de pérdida de capacidad.
• Estado de los sellos de flecha, rodamientos y transmisión (cadena o acople directo).
• Acceso para limpieza: algunos diseños permiten extraer el rotor sobre rieles o abrir la carcasa sin desmontar la válvula.
• Sensor de rotación para detectar paros o atascos.
• Guardas y bloqueo de energía antes de cualquier intervención: el rotor es un punto de atrapamiento.

En polvos combustibles, la válvula también puede formar parte de la estrategia de aislamiento contra deflagraciones; ese análisis debe hacerse con un especialista y conforme a la normativa aplicable.

1. Seleccionar solo por el diámetro de la brida, sin calcular la capacidad real.
2. Usar la densidad del material compacto en lugar de la densidad aparente.
3. Ignorar la fuga de aire y no prever venteo en aplicaciones con presión.
4. Elegir una válvula estándar para un material abrasivo, pegajoso o caliente.
5. Olvidar el acceso de limpieza en procesos con cambios de producto.