1. Válvulas de Macho vs. Mariposa en Desalación SWRO de Alta Exigencia
En un contexto global de escasez de agua, la desalación por ósmosis inversa de agua de mar (SWRO) es una solución tecnológica esencial. La eficiencia y fiabilidad de estas plantas dependen de la calidad de cada componente, y las válvulas del bucle de alta presión son determinantes para la seguridad y rentabilidad del sistema.
Este análisis compara las dos principales tecnologías de valvulería de cuarto de vuelta para este servicio: válvulas de macho y válvulas de mariposa de alto rendimiento, con el fin de orientar la selección más adecuada según los requerimientos técnicos y operativos.
2. Entorno SWRO: Exigencia de Materiales y Diseño
La sección de alta presión de una planta SWRO impone condiciones extremas: presiones de hasta 80 bar y exposición constante a agua salada, altamente corrosiva. Los principales mecanismos de fallo son la corrosión por picaduras, por hendiduras y bajo tensión.
Para enfrentarlos, se emplean aceros inoxidables Dúplex y, sobre todo, Súper Dúplex, con valores de PREN superiores a 40, que garantizan resistencia mecánica y a la corrosión. En aplicaciones más severas se recurre a otros materiales más especiales como el SMO254, titanio y otros, pese a su mayor coste de fabricación y suministro.
El fallo de una válvula en este circuito supone riesgos de seguridad y pérdidas económicas significativas, por lo que la especificación de materiales de alta aleación es obligatoria.
3. Válvula de Macho: Fiabilidad y Estanqueidad
La válvula de macho opera mediante la rotación de un obturador cónico o cilíndrico. Los modelos modernos no lubricados, con camisa de PTFE, ofrecen sellado hermético y bajo par de accionamiento.
El diseño Top Entry permite mantenimiento completo sin necesidad de desmontar la válvula de la línea, reduciendo tiempos de parada y costes asociados al mantenimiento del producto. Sus principales características son:
- Estanqueidad superior: sellado de 360° y cierre Cero Fugas.
- Protección de superficies de cierre: las zonas de sellado quedan fuera del flujo, evitando erosión, corrosión y desgaste del obturador (macho) y asiento de la válvula.
- Mantenimiento en línea: acceso rápido a los componentes internos (TRIM) sin desmontar la válvula de la tubería gracias a su diseño Top Entry. Esto permite hacer un mantenimiento integral del producto en línea, sin desmontar la válvula de la tubería. No es necesario, por tanto, la compra de elementos adicionales para su instalación como las contra bridas, tornillería, juntas, etc.
- Ahorros importantes en instalación: No es necesaria la compra de contra bridas alta presión en materiales especiales como super dúplex para la instalación del producto entre bridas. Gracias a su diseño Top Entry, los extremos de la válvula suelen ser BW (A soldar) para conectar a las tuberías y procesos de alta presión en super dúplex y bridas de baja presión para conectar al circuito de limpieza de membranas (CIP). La Figura Arflu CIP permite que un extremo de la válvula de Macho sea BW para conectar a las tuberías de alta presión en super dúplex y que el otro extremo de la válvula sea una brida de baja presión para unir al circuito de limpieza de membranas (CIP). En este caso concreto (Figura Arflu CIP), los ahorros económicos de la válvula de Macho frente a otras opciones como las válvulas de Mariposa son muy importantes. Ver adjunto ventajas y ahorros Macho ARFLU Figura-CIP.
Por su robustez y fiabilidad, es idónea para puntos críticos donde el fallo no es admisible. También incluye ahorros significativos en instalación y mantenimiento, sobre todo para las válvulas de Macho para entrada y salida del circuito de limpieza (CIP).
4. Válvula de Mariposa de Alto Rendimiento: Diseño compacto & sencillez.
Solamente las válvulas mariposa tipo HPBV (Alto Rendimiento) y TOV (Triple Excentricidad) son aptas para condiciones SWRO. Su diseño de Triple Excentricidad reduce fricción y desgaste, logrando un sellado metal-metal adecuado para la alta presión requerida.
Desafortunadamente, al tratarse de un cierre M-M (Metal), la propia norma internacional de pruebas como la API-598, permite unas fugas, aunque mínimas. Sus principales características son:
- Diseño compacto y ligero: menor peso y ahorro en espacio. Diseño propicio para plantas contenerizadas o modulares donde el diámetro de las tuberías y equipos asociados como las válvulas y otros es más pequeño.
- Instalación más sencilla: Pese a tratarse de una instalación más costosa en términos económicos, al ser necesaria la compra de contra bridas de alta presión en materiales dúplex o super dúplex, la instalación o montaje del producto entre bridas, así como su desmontaje es más sencillo y rápido.
- Almacenamiento más sencillo: Su morfología, diseño compacto tipo sándwich y peso permiten almacenar las válvulas de una manera más sencilla y menos costosa. Por esta razón es ideal para almacenistas y proyectos donde la presión de trabajo y diámetro de tuberías es más pequeña como las plantas modulares donde el diámetro de los equipos no suelen ser superior a 6” / 8” (DN150/200).
Gracias a su diseño ligero y compacto, es una solución ideal para plantas desaladoras pequeñas y medianas de entre 500 y 5.000 m3/d. En este caso, el coste asociado de mantenimiento y contra bridas para su instalación no es excesivamente importante frente a las ventajas que aportan las válvulas de mariposa. Además, este tipo de instalaciones incluyen requerimientos de estanqueidad menos severos que las grandes plantas desaladoras y, por tanto, el cierre M-M suele ser aceptado.
5. Comparativa Aplicada
A la hora de elegir entre una válvula de macho o una válvula de mariposa de alto rendimiento para una aplicación SWRO específica, deben considerarse los siguientes aspectos:
- Estanqueidad:
La válvula de macho ofrece un sellado robusto e independiente de la presión de línea gracias a su camisa de PTFE.
La válvula de mariposa TOV, al tratarse de un cierre M-M (Metal to Metal), permite fugas de acuerdo con las normas internacionales de prueba de estanqueidad como por ejemplo la API-598. (*) El cierre M-M emplea componentes de grafito que en muchos casos no es permitido para el consumo humano, cuando la instalación SWRO es para agua potable o de consumo humano. Es importante revisar los requerimientos, uso final del agua producto y materiales de construcción de las válvulas de mariposa.
- Durabilidad frente a erosión & corrosión:
La válvula de macho protege sus superficies de sellado del flujo directo, ofreciendo mayor resistencia a la erosión.
En la mariposa, el disco está expuesto al fluido y puede sufrir desgaste y corrosión a la picadura por salmuera, sobre todo en funciones de regulación.
- Mantenimiento y operatividad:
La válvula de macho permite mantenimiento en línea mediante su diseño Top Entry, reduciendo tiempos de parada y costes de mantenimiento asociados.
La válvula de mariposa requiere desmontaje para su mantenimiento, aunque suele requerir actuadores más pequeños y económicos.
- Coste final del producto:
La válvula de mariposa suele ser más económica, gracias a su diseño más compacto y ligero. Desafortunadamente es necesaria la compra de contra bridas para su instalación lo que suele hacer que el precio final de la solución sea mayor que las válvulas de Macho BW/BW y sobre todo BW/Brida para servicio/aplicación CIP.
La válvula de Macho suele ser más cara de fabricar que las válvulas de Mariposa, pero si aunamos los costes de instalación y mantenimiento dentro de la estructura de costes, resulta una solución más económica, sobre todo para el servicio de CIP (Limpieza de membranas). Ver adjunto ventajas y ahorros Macho ARFLU Figura-CIP.
6. Coste Total de Propiedad (TCO)
En proyectos con una vida útil de 25 a 30 años, el análisis debe contemplar el ciclo completo:
- CAPEX: la válvula de mariposa es más económica en fabricación y transporte. Sin embargo, su instalación es más costosa debido a la necesidad de comprar contra bridas, tornillería y juntas. En el caso de las válvulas CIP, los costes asociados a las válvulas de mariposa son incluso mayores. Ver adjunto ventajas y ahorros Macho ARFLU-Figura-CIP.
- OPEX: La válvula de macho minimiza costes de mantenimiento al permitir reparaciones sin desmontaje del producto de la línea o tubería debido a su diseño Top Entry.
- Fiabilidad: la válvula de macho ofrece una seguridad operativa superior, evitando costosas paradas de planta y reduciendo los costes asociados al mantenimiento de los equipos.
7. Conclusión en el uso de válvulas de mariposa y válvulas macho
No existe una solución universal, donde ARFLU ofrece ambas tecnologías, desarrolladas específicamente para SWRO, con el objetivo de garantizar fiabilidad, eficiencia y reducción del coste total de propiedad en aplicaciones de desalación por osmosis inversa y agua de mar (Instalaciones SWRO), para las líneas o tuberías de alta presión en materiales especiales como el Super Dúplex.
Cabe destacar que la mayoría de las plantas SWRO construidas hasta la fecha, sobre todo instalaciones de gran capacidad de agua producto (> 10.000 m3/d), se han decantado por las válvulas de Macho en Super Dúplex con extremos de conexión tipo BW (extremos a soldar) según la norma B16.25 y extremos BW & Brida baja presión para los servicios de entrada y salida del circuito CIP o Limpieza de membranas.
