Introducción — Qué es una Válvula Rotativa y Cuándo Usarla
La válvula rotativa (rotary valve; airlock) es un equipo de proceso para el manejo de polvos y gránulos: el rotor de celdas transfiere producto de un punto a otro, controlando el caudal y frecuentemente actuando como barrera de presión (airlock) entre zonas con diferentes presiones. En líneas farmacéuticas se emplea en fases como: descarga de silos/IBC, alimentación de molinos y mezcladores, transporte neumático, dosificación hacia prensas y encapsuladoras.
Cuándo usarla:
- Para descarga controlada (gravimétrica o asistida por neumática) de polvos/gránulos.
- Para aislamiento de presión en sistemas de transporte neumático (fase diluida/densa) o entre zonas con ΔP.
- Para dosificación repetible, cuando el control vía velocidad del rotor garantiza flujo estable.
- Para prevenir el reflujo de aire/gas, preservando la integridad del proceso aguas abajo.
En el sector farmacéutico, la elección requiere atención a la sanidad, limpieza y documentación (cGMP), materiales y acabados conformes (FDA, USP Clase VI), desmontaje rápido para limpieza y posibilidad de CIP/SIP donde sea aplicable.
Cómo Funciona — Principios (Rotor, Sellado, Caudal)
La válvula comprende un cuerpo con entrada (inlet) y salida (outlet) y un rotor con cavidades (celdas). El producto, por gravedad (o arrastrado por el aire en el tipo blow-through), llena las celdas en la parte superior y se descarga en la parte inferior mientras el rotor gira.
Principios clave:
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Sellado/airlock: Holguras (clearances) adecuadas entre las puntas de las paletas y el cuerpo minimizan el bypass de aire y aseguran el aislamiento de presión.
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Caudal: Proporcional al volumen por giro (geometría de las celdas) × velocidad de rotación.
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Cizallamiento e integridad del producto: La geometría y material del rotor influyen en la delicadeza del manejo, reduciendo la degradación de partículas frágiles.
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Limpieza y desmontaje: En el ámbito farmacéutico, es esencial un diseño sanitario y desmontable para evitar zonas muertas y facilitar limpieza/inspección.
Configuraciones comunes:
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Drop-through (descarga por gravedad): El producto cae a través de la válvula; empleo como alimentador/aislador.
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Blow-through: Las paletas descargan directamente en una línea neumática; mejora el pick-up y reduce acumulaciones.
Tipos de Válvulas Rotativas para Sólidos
Por Función y Geometría del Rotor
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Rotor de paletas rectas (multi-celdas): El más difundido para airlock/alimentación general.
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Rotor «scalloped»/redondeado: Reduce retenciones y corte en partículas delicadas.
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Rotor con puntas flexibles (ej. PTFE): Compensa pequeñas tolerancias, mejora el sellado con baja abrasión.
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Rotor de dosificación (bajo volumen/microdosificación): Cavidades reducidas para dosificación fina y repetible (sinergia natural con Rotodoser).
Por Construcción e Higienización
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Cuerpo bipartido/cantilever: Facilita la extracción del rotor sin remover la válvula de la línea; acelera limpieza/inspección.
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Diseño sanitario con esquinas internas redondeadas, tornillería oculta y superficies pulidas: Minimiza retenciones y facilita CIP/SIP.
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Ejecución blow-through vs. drop-through (ver arriba).
Por Material y Acabado
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AISI 316L (estándar farmacéutico) con electropulido; rugosidades típicas Ra ≤ 0,8 μm (muchas aplicaciones requieren Ra ≤ 0,5/0,4 μm).
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Hastelloy (C-22/C-276) para ambientes más corrosivos.
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Rotores en 316L o polímeros de ingeniería (ej. PEEK) para reducir fricción/adhesión; sellos en materiales FDA/USP Clase VI (PTFE, EPDM, FKM, silicona).
Criterios de Selección — Del Polvo al Proceso
Para una especificación correcta, considere propiedades del producto y condiciones de proceso:
Granulometría y Forma Particulada
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Finos cohesivos (ej. API micronizado) se compactan/adhieren: privilegiar superficies pulidas, rotor redondeado, posibles revestimientos antiadherentes y ayudas de flujo en la tolva.
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Gránulos más grandes y fluidos: Enfoque en capacidad volumétrica y airlock.
Higroscopicidad y Electricidad Estática
- Los productos higroscópicos tienden a adherirse; evaluar purga de aire seco y control ambiental.
- Las cargas electrostáticas requieren puesta a tierra y, a veces, materiales antiestáticos.
Abrasividad
- Las partículas duras exigen materiales robustos (316L con tratamientos/dureza o Hastelloy) y holguras correctas para evitar desgaste prematuro.
Densidad Aparente y Caudal Requerido
- Dimensionar volumen por giro y rango de RPM; para dosificación, verificar estabilidad del flujo (puede requerir control en lazo cerrado con pesaje aguas arriba/abajo).
Presión/Temperatura
- Evaluar si la válvula operará como airlock (ΔP). Asegurar que sellos y holguras soporten la temperatura de operación (y CIP/SIP, si presente).
ATEX / Riesgo de Polvos
- Identificar clasificación de área y exigir ejecución conforme (puesta a tierra, componentes certificados).
Limpieza y Validación (cGMP)
- Necesidad de desmontaje rápido y/o CIP/SIP; trazabilidad de los materiales, certificaciones (FDA/USP), IQ/OQ y documentación.
Interfaces Mecánicas
- Conexiones sanitarias (Tri-Clamp, SMS, BFM®/manguitos), orientación (vertical/horizontal), espacio para extracción del rotor (si cantilever).
Requisitos Sanitarios y de Conformidad
En el sector farmacéutico, la válvula rotativa debe respetar cGMP y las normas aplicables, incluyendo:
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Materiales en contacto: AISI 316L como estándar; juntas/sellos con conformidad FDA (21 CFR) y, cuando se requiera, USP Clase VI; para mayor corrosión, Hastelloy.
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Acabado superficial: Ra ≤ 0,8 μm (frecuente) o mejor según el riesgo de retención/limpieza. Electropulido recomendado.
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Diseño sanitario: Superficies continuas, radios internos, ausencia de grietas/roscas expuestas en zona de producto, desmontaje rápido del rotor/carcasa.
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Limpieza: Compatibilidad CIP/SIP donde sea aplicable (geometrías y sellos adecuados) o desmontaje sin herramientas para limpieza manual validable.
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Documentación: DQ/IQ/OQ, certificados de materiales, trazabilidad, manuales de limpieza/mantenimiento y lista de repuestos.
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Seguridad: Conformidad ATEX/zonas con polvos explosivos, puesta a tierra y protecciones mecánicas.
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Contacto alimentario: Donde existan interfaces con nutracéuticos/alimentos, atención también al Reg. (CE) 1935/2004.
Integración en Línea — Conexiones y Layouts Típicos
Con Transportadores Neumáticos
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Blow-through: El rotor descarga directamente en la tubería, optimizando el pick-up de aire; indicado cuando el espacio es crítico o hay riesgo de acumulación en la salida.
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Drop-through con pick-up debajo: Común en fase diluida; puede requerir by-pass/vent para equilibrar presiones y reducir la reaeración en la tolva.
Con Silos/IBC, Molinos, Mezcladores y Prensas
- En descarga de IBC/silos, la válvula funciona como alimentador; combinar con masajeadores, vibradores o conos fluidizantes para polvos cohesivos.
- En alimentación de molinos/mezcladores: buscar flujo estable y anti-segregación.
- Aguas arriba de prensas/encapsuladoras, si se necesita dosificación fina, evaluar soluciones tipo Rotodoser (microdosificación) con control de velocidad y, si es necesario, lazo cerrado vía balanza de verificación.
Automatización y Control
- Variador de frecuencia (VFD) para regular el caudal.
- Sensores de rotación/par para protección/diagnóstico.
- Enclavamientos con aguas arriba/abajo (presostatos, nivel).
- Recetas por producto (RPM, setpoints, permisivos).
Problemas Comunes y Cómo Resolverlos
Compactación/Puente en la Tolva
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Causas: Polvo cohesivo, humedad, baja energía en la tolva.
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Soluciones: Ayudas de flujo (vibrador, masajeador), ángulo adecuado de tolva, revestimientos antiadherentes, purga de aire seco, rotor/paletas con geometría suave.
Abrasión y Desgaste
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Causas: Partículas duras; holguras inadecuadas.
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Soluciones: Materiales/tratamientos resistentes (316L alta dureza, Hastelloy), clearances correctas, puntas reemplazables (ej. PTFE) donde sea aplicable.
Pérdida de Airlock / Fuga de Aire
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Causas: Desgaste del rotor/sellos; holgura excesiva.
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Soluciones: Mantenimiento preventivo, puntas flexibles, verificación de ΔP y vent de la tolva.
Degradación del Producto / Generación de Finos
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Causas: Paletas agresivas; RPM elevado.
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Soluciones: Rotor redondeado, RPM menor, mayor volumen por giro (mismo caudal con menor velocidad).
Carry-over / Retención
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Causas: Geometrías con esquinas vivas; acabado deficiente.
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Soluciones: Pulido/electropulido, esquinas redondeadas, diseño sanitario sin zonas muertas.
Casos Prácticos (Ejemplos Ilustrativos)
Caso 1 — Alimentación Estable de Prensa para Comprimidos (API + Excipiente)
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Desafío: Mezcla sensible y parcialmente cohesiva generaba variabilidad de masa por comprimido.
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Solución: Válvula rotativa sanitaria con rotor redondeado, Ra ≤ 0,5 μm, control vía VFD y by-pass de aire para estabilizar la presión en la tolva.
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Resultado: Reducción de la variabilidad de alimentación, mejor uniformidad de los comprimidos y menor retrabajo.
Caso 2 — Transporte Neumático Blow-through en Gránulo Higroscópico
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Desafío: Acumulación en la salida en configuración drop-through y absorción de humedad en la tolva.
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Solución: Migración a blow-through, purga de aire seco en zona de carga, sellos USP Clase VI compatibles con SIP.
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Resultado: Eliminación de la acumulación, menores paradas de limpieza y preservación de la fluidez.
Tabla Comparativa — Materiales y Sellos (Síntesis Técnica)
| Elemento en Contacto |
Opciones Típicas |
Cuándo Preferirla |
Notas Farmacéuticas |
| Cuerpo/tapas |
AISI 316L |
Estándar farmacéutico |
Electropulido; Ra ≤ 0,8/0,5/0,4 μm según riesgo |
| Cuerpo/tapas |
Hastelloy C-22/C-276 |
Ambiente agresivo/corrosivo |
Costo mayor; evaluar solo si es necesario |
| Rotor |
316L pulido |
Versátil y robusto |
Menor adhesión con alto pulido |
| Rotor |
PEEK (polímero de ingeniería) |
Reduce fricción/adhesión |
Verificar compatibilidad térmica/SIP |
| Puntas/sellos |
PTFE (FDA/USP VI) |
Baja fricción e inercia química |
Posible versión con resorte (lip seals) |
| Sello |
EPDM (FDA/USP VI) |
Agua/CIP alcalino |
Verificar compatibilidad con solventes/aromas |
| Sello |
FKM/Viton® (FDA/USP VI) |
Solventes/aceites |
Límite de temperatura según grado |
| Sello |
Silicona (FDA/USP VI) |
Amplia compatibilidad |
Buen rango térmico; atención a los solventes |
Nota: La elección final depende de producto, limpieza, temperatura, ΔP, CIP/SIP y requisitos de validación.
Checklist Técnico para RFQ (para PDF Protegido)
Use este checklist para solicitar una cotización técnica dirigida:
Sobre el Producto (polvo/gránulo)
- Nombre/composición (indicar API/excipientes que impactan la compatibilidad)
- Granulometría (D10/D50/D90) y densidad aparente
- Cohesión/higroscopicidad (ej. ángulo de reposo, índice de compresibilidad)
- Abrasividad y sensibilidad a la degradación
- Temperatura/humedad de operación
Sobre el Proceso
- Función de la válvula: airlock, alimentador o dosificador (¿microdosificación?)
- Caudal mínimo/máximo (kg/h) y estabilidad requerida
- Posición (drop-through/blow-through), espacio disponible, orientación
- ΔP entre aguas arriba/abajo y presión/temperatura de operación
- Integraciones: silo/IBC, mezclador, molino, prensa, transporte neumático (fase, caudal de aire)
Ejecución Mecánica y Sanitaria
- Material cuerpo/rotor (¿316L, Hastelloy, rotor PEEK?)
- Acabado interno requerido (Ra objetivo) y electropulido
- Juntas/sellos (PTFE, EPDM, FKM, silicona; requerir FDA/USP VI)
- Desmontaje rápido/cantilever; CIP/SIP (sí/no)
- Conexiones (Tri-Clamp, SMS, BFM®/manguito), requisitos de radio interno y ausencia de grietas
Automatización y Control
- Rango de RPM; motor + variador; sensores (velocidad/par)
- Enclavamientos y permisivos de seguridad
- Grado de repetibilidad/control de la dosificación (si en lazo cerrado)
Documentación y Validación
- Certificados de materiales y sellos (FDA, USP VI)
- DQ/IQ/OQ, FAT/SAT, manuales de limpieza/mantenimiento
- Lista crítica de repuestos (sellos, puntas, rotor)
FAQ Técnico
1) ¿La válvula rotativa puede dosificar con precisión?
Sí, en dosificaciones volumétricas en las que el caudal es función de volumen/giro y RPM. Para mayor precisión/repetibilidad, se recomienda lazo cerrado (pesaje) o soluciones dedicadas de microdosificación (ej. Rotodoser).
2) ¿Cómo elegir entre drop-through y blow-through?
Blow-through es preferible cuando aguas abajo hay transporte neumático y riesgo de acumulación/humedad en la salida; el drop-through es simple y robusto para alimentación por gravedad.
3) ¿Es posible CIP/SIP?
Depende del diseño. Existen ejecuciones sanitarias compatibles con CIP/SIP; otras adoptan desmontaje rápido validable. Definirlo en la RFQ.
4) ¿Qué determina el acabado (Ra)?
El riesgo de retención y el método de limpieza. Productos cohesivos y limpieza manual requieren Ra más bajo (≤ 0,5/0,4 μm). El electropulido ayuda.
5) ¿Cómo evitar la degradación de las partículas?
Usar rotor redondeado, RPM menor y mayor volumen por giro para el mismo caudal; minimizar holguras agresivas.
6) ¿Qué sellos elegir?
Depende de química/temperatura/CIP. PTFE es inerte y de baja fricción; EPDM/FKM/silicona varían según solventes y temperatura. Requerir FDA/USP VI.
7) ¿La válvula es conforme ATEX?
Sí, cuando se especifica y construye para la zona. Incluir en la RFQ la clasificación y garantizar puesta a tierra y componentes adecuados.
8) ¿Cuándo considerar el Hastelloy?
Solo en presencia de corrosión significativa que haga crítico el 316L — evaluar costo/beneficio.
Buenas Prácticas de Instalación y Mantenimiento
- Prever espacio frontal para extracción del rotor (si cantilever) y acceso para inspección.
- Insertar by-pass/vent para estabilizar la presión en la tolva.
- Puesta a tierra de todas las secciones para evitar cargas.
- Plan de mantenimiento con verificación periódica de holguras, sellos y desgaste del rotor.
- Procedimientos de limpieza validados, con pasos y controles post-remontaje.
- Kit mínimo de repuestos: conjunto de sellos, puntas (si aplicable) y rotor (cuando sea crítico para el uptime).
