Bienvenido a

---

Válvula Rotativa de Esclusa

Alimentador rotativo

Válvula de Estrella

¿Tiene alguna pregunta u observación? Por favor, contacte al autor en admin@powderprocess.net

---

Resumen de la sección
1. Introducción
2. Válvula rotativa declusa tipo *caída directa* y tipo *barrido directo*
3. Holgura de la válvula de estrella y detección de contacto
4. Protección contra explosiones
5. Desgasificación de válvulas rotativas de esclusa
6. Dimensionamiento de válvulas rotativas de esclusa
7. Resolución de problemas

---

Una válvula rotativa de esclusa, también llamada alimentador rotativo o válvula de estrella, es un dispositivo mecánico de transporte que permite controlar el flujo de sólidos a granel (polvos, pélets, gránulos, etc.). Estas válvulas de esclusa se utilizan en sistemas de transporte neumático para actuar como transición entre zonas con diferentes condiciones de presión. Con frecuencia, se emplean antes de un sistema de transporte neumático para introducir sólidos en la línea de transporte (fase diluida) o en el receptor, donde el aire se separa de los sólidos transportados.

1. Introducción

Las válvulas rotativas de esclusa se utilizan en interfaces de procesos de manejo de sólidos, típicamente cuando es necesario separar 2 áreas bajo condiciones diferentes (generalmente presión) mientras se permite que el sólido pase de una condición a otra.

Las válvulas rotativas, también conocidas comúnmente como válvulas de estrella, se utilizan, por lo tanto, al inicio y al final de transporte neumático. Permiten transferir el sólido desde una zona de baja presión a una zona de alta presión al inicio de la línea, mientras ayudan a separar el sólido del flujo de aire al final de la misma.

Este tipo de válvulas pueden realizar un dosificado aproximado; por lo tanto, también pueden instalarse como equipos de dosificación, aunque no es una buena práctica.

En comparación con otros equipos de dosificación, los alimentadores rotativos presentan las siguientes ventajas:

Tabla 1: Válvula de estrella vs otros equipos de dosificación

Ventajas	Desventajas
Operación continua Ajuste simple (pero aproximado) del caudal si el motor está en un variador de frecuencia (VFD) Requerimientos reducidos de espacio Algunos diseños permiten fácil acceso para limpieza	Pulsación en la alimentación (descarga discreta de los alvéolos) Fugas de aire Corte de partículas/gránulos grandes Puede dañarse con productos abrasivos Presión operativa limitada Sensible a variaciones de temperatura Mantenimiento delicado: requiere personal bien capacitado Puede generar cuerpos extraños si no se ensambla correctamente

Existen 2 tipos de válvulas rotativas de esclusa: tipo *caída directa* y tipo *barrido directo*. Ambos tipos ofrecen básicamente los mismos resultados; sin embargo, su funcionamiento y características difieren ligeramente.

2. Válvula rotativa declusa tipo *caída directa* y tipo *barrido directo*

Válvula rotativa declusa tipo caída directa

Las válvulas rotativas declusa tipo *caída directa* "dejan caer" el producto hacia la tubería o equipo ubicado debajo. Cuentan con una brida de entrada y una brida de salida.

Figura 1: Vista frontal de una válvula de estrella tipo caída directa

Válvula rotativa declusa tipo barrido directo

Las válvulas de estrella tipo *barrido directo* están conectadas directamente a una línea de transporte. El aire utilizado en la línea de transporte pasa directamente a través de los alvéolos de la válvula, arrastrando el producto.

Típicamente, las válvulas tipo *barrido directo* se utilizan cuando hay una altura muy limitada o cuando el producto tiende a adherirse dentro del rotor. Para otras aplicaciones, el modelo de *caída directa* es preferible.

Tener el rotor directamente en el flujo de la tubería puede generar mayor rotura del producto transportado, especialmente si varias válvulas de *caída directa* están en serie en una misma tubería. En este caso, las válvulas de *caída directa* pueden considerarse para preservar el producto.

Figura 2: Vista frontal y lateral de una válvula de estrella tipo barrido directo

3. Holgura de la válvula de estrella y detección de contacto

Las válvulas de estrella suelen tener una holgura muy pequeña entre las paletas del rotor y el estátor, lo cual es necesario para garantizar un sellado de aire entre las zonas aguas arriba y aguas abajo que no están a la misma presión.

La holgura típica para válvulas rotativas de esclusa es de 0,1 mm y generalmente varía entre 0,05 mm y 0,25 mm, dependiendo del servicio esperado para la válvula (alta diferencia de presión en cada lado de la válvula o no). Esta holgura es muy pequeña, lo que explica que las válvulas rotativas a menudo sufran rayaduras debido al contacto rotor/estátor. La siguiente tabla resume las causas comunes de contactos.

Tabla 2: Resolución de problemas – Principales causas de rayaduras en válvulas de estrella

Causas principales de rayaduras en válvulas rotativas	Cómo evitarlo
Desmontaje/reensamblaje incorrecto	Capacitación de operadores/mecánicos Uso de diseños con barras de extracción
Cuerpo extraño atrapado entre rotor y estátor	Instalar tamiz e imán en el proceso aguas arriba
Expansión térmica que reduce la holgura	Especificación adecuada de la válvula y diseño del proceso (enfriador posterior, sensor de temperatura)

Las rayaduras pueden tener diferentes consecuencias: bloqueo de la válvula, reducción del sellado de aire, generación de cuerpos extraños. Puede ser necesario repulir la válvula tras una rayadura, lo que incrementa localmente la holgura y reduce la capacidad de sellado.

Cabe destacar que algunos diseños incorporan paletas con puntas ajustables y atornilladas. Si la punta está fabricada en material blando como el nailon, permite el contacto con el estátor sin daños. Sin embargo, está sujeto a desgaste y tiene un rango limitado de aplicaciones.

4. Protección contra explosiones

Una válvula rotativa de esclusa puede utilizarse como elemento de aislamiento para evitar la propagación de una explosión de polvo en una instalación. Para ello, la válvula debe estar certificada como resistente a la onda expansiva de la explosión y a prueba de llamas.

Para cumplir con estas características, la válvula debe diseñarse de manera que:

• El cuerpo y el rotor resistan la presión de una explosión (típicamente 10 bar g)

• La holgura entre las puntas de las paletas y la carcasa debe ser menor a 0,2 mm

• Al menos 2 paletas en cada lado de la válvula deben estar en contacto con la carcasa (lo que implica que el número total de paletas debe ser ≥ 8)

Es fundamental monitorear periódicamente la holgura, ya que el desgaste puede hacer que supere los 0,2 mm, afectando las propiedades antillamas de la válvula.

5. Desgasificación de válvulas rotativas

Una holgura reducida permite un buen sellado y minimiza las fugas en la válvula rotativa de esclusa. Sin embargo, incluso reducida, siempre habrá cierta fuga. Además, el aire atrapado en cada alvéolo se liberará cuando este se abra a la zona de baja presión, generando fugas de aire.

Las fugas de aire aumentan con la diferencia de presión y con la velocidad de rotación de la válvula. Pueden ser muy perjudiciales para su rendimiento, especialmente con polvos ligeros, ya que el aire liberado fluidizará el polvo e impedirá que llene el alvéolo.

Este fenómeno se observa en las curvas de rendimiento de válvulas rotativas: la capacidad alcanza un nivel asintótico e incluso disminuye a altas velocidades, ya que los alvéolos no pueden llenarse con producto debido a la excesiva fluidización, que impide que este caiga en los mismos.

Para controlar este fenómeno y mejorar el rendimiento, se debe implementar una ventilación adecuada en la válvula rotativa. Un canal de desgasificación se monta lateralmente donde los alvéolos ascienden, para vaciarlos de aire antes de que recojan nuevo producto. El canal dirige el aire hacia un filtro para su liberación.

Figura 2: Válvula de estrella equipada con tolva de desgasificación alimentando un transportador neumático

6. Dimensionamiento de válvula rotativa de esclusa

El cálculo de capacidad de una válvula de estrella para alcanzar un caudal determinado es función del diámetro de la válvula, su velocidad de rotación objetivo y la naturaleza del producto,

• Cuanto mayor sea la válvula de estrella, mayor será su capacidad.

• Una mayor velocidad de rotación generalmente implica mayor caudal, pero el rendimiento dejará de aumentar más allá de cierta velocidad

• Cuanto más fluido sea el polvo, mayor será el caudal; sin embargo, productos demasiado ligeros limitarán el rendimiento a partir de cierta velocidad de rotación

El caudal puede estimarse a partir del ábaco del proveedor, pero el conocimiento del producto será una entrada clave.

Figura 3: Gráfico típico de capacidad de válvula rotativa de esclusa

Aviso importante : el caudal de la válvula rotativa de esclusa no es lineal. El rendimiento deja de aumentar o incluso puede disminuir a partir de cierta velocidad. Esto puede deberse a diversas causas, principalmente al tiempo reducido para el llenado y vaciado de los alvéolos. Con polvos ligeros, el desgasificado de los alvéolos al regresar al lado de baja presión impedirá que el polvo fluya hacia ellos; este fenómeno se agrava con la caída de presión a través de la válvula y puede mitigarse mediante un sistema de ventilación adecuado de los alvéolos. Para materiales cohesivos, será difícil el flujo de entrada y salida del alvéolo en la zona de descarga.

Ecuación 1 : Cálculo de capacidad de válvula rotativa de esclusa

Donde:
m = capacidad en kg/h
V_alvéolo = volumen de un alvéolo en litros
n_alvéolos = número de alvéolos
N = velocidad de rotación en rpm
ρ = densidad aparente del polvo en kg/l
η = grado de llenado (a calcular a partir del ábaco del proveedor)

7. Resolución de problemas en válvulas de esclusa

Diferentes problemas pueden afectar a una válvula de estrella durante su operación. Los problemas comunes incluyen los siguientes:

• Rendimiento por debajo del diseño (menor caudal del esperado)

• Daño por contacto metal/metal

• Desgaste

Para cada uno de estos problemas, se detallan a continuación las posibles causas raíz y las acciones correctivas

Tabla 3: Resolución de problemas – Principales problemas operativos en válvulas rotativas de esclusa

Observación	Posible causa raíz	Posible acción
Rendimiento por debajo del diseño	Los alvéolos no se llenan completamente El producto tiene mala fluidez y la tolva sobre la válvula de estrella no está diseñada correctamente. El producto se bloquea antes de alcanzar la válvula.	Esto puede solucionarse utilizando ayudas de descarga en la tolva.
Rendimiento por debajo del diseño	Los alvéolos no se llenan completamente En el caso de una válvula utilizada para alimentar una línea de transporte neumático a presión, las fugas de aire fluidizan el producto en la entrada de la válvula de estrella, impidiendo su llenado. Esto puede deberse a una válvula mal especificada (holgura excesiva, número insuficiente de álabes o desgaste que supera las especificaciones). Otra posible causa es un desgasificado inadecuado de los alvéolos vacíos antes de que alcancen la tolva para recoger polvo nuevamente. Finalmente, otra posibilidad es la presión del sello de aire: si está ajustada demasiado alta, el aire que escapa por el sello puede oponerse al flujo.	Verificar la especificación de la válvula en relación con la caída de presión que debe superar Revisar el desgasificado de la válvula y de la tolva superior (si existe) Verificar la presión del aire comprimido de sellado Nota: Las válvulas rotativas de esclusa pueden diseñarse con 6-8-10 álabes. Cuanto mayor sea el número de álabes, más estanca será la válvula. Sin embargo, un número elevado de álabes también reducirá la capacidad volumétrica: debe encontrarse un equilibrio entre estanqueidad y capacidad de los alvéolos.
Rendimiento por debajo del diseño	Los alvéolos no se vacían correctamente Una mala descarga del alvéolo está relacionada con la fluidez del polvo. Si el polvo es muy cohesivo, puede permanecer en los alvéolos de la válvula rotativa, reduciendo el volumen disponible para nuevo producto en cada rotación.	Existen diseños de rotor con el fondo de los alvéolos plano, evitando la acumulación de polvo y facilitando su caída.
Daño por contacto metal/metal	El "rayado" de una válvula de estrella corresponde a un contacto puntual metal/metal que dañará el rotor y el estátor. Tras dicho incidente, la válvula puede bloquearse, impidiendo su uso. Durante el incidente, pueden liberarse virutas metálicas al flujo de producto, lo que puede ser problemático para ciertas aplicaciones.	Para prevenir estos daños, es necesario: - Asegurarse de que no lleguen cuerpos extraños a la válvula (usar tamices y imanes antes de la válvula) - Verificar que la válvula esté correctamente especificada, especialmente la temperatura de operación, ya que temperaturas elevadas pueden causar expansión metálica y contacto entre componentes - Capacitar al personal en el mantenimiento de la válvula, ya que la mayoría de los daños en equipos están relacionados con rotres mal recolocados tras el mantenimiento - Utilizar sistemas de detección de contacto rotor/estátor En caso de daño, es necesario rectificar la válvula o reemplazarla por completo si las holguras son demasiado grandes tras el mecanizado.
Desgaste [IAC]	El desgaste en válvulas rotativas corresponde a daños a medio/largo plazo. Dos fenómenos principales pueden causar abrasión: - Atrapamiento de material entre la punta del álabe y la carcasa durante la rotación - Fugas de aire que transportan partículas de producto a alta velocidad, erosionando la válvula Es posible estimar qué fenómeno daña una válvula en particular: si la carcasa está dañada en el lado cargado (alvéolos llenos), el primer fenómeno puede ser la causa; si el daño está en el lado opuesto (alvéolos vacíos), el segundo fenómeno puede ser el responsable.	Las siguientes acciones pueden tomarse para prevenir el desgaste en válvulas rotativas de esclusa: - Seleccionar la holgura adecuada para reducir el riesgo de atrapamiento de producto entre rotor y estátor, minimizando también las fugas de aire responsables de la erosión. - Utilizar álabes con chaflán en las puntas para reducir la superficie de contacto potencial con producto atrapado durante la rotación - Emplear un rotor cerrado (con los laterales cerrados, lo que limita fugas y evita fricción, aunque no todas las aplicaciones lo permiten)