¿Cómo se puede prolongar la vida útil de las válvulas de alta presión?

Las principales causas de falla en válvulas de ultra alta presión son la cavitación y el desgaste por erosión; sin embargo, existen numerosos factores que influyen en la cavitación y la erosión, siendo los principales las propiedades mecánicas de los materiales, la dinámica de fluidos y las influencias ambientales. Existen muchos métodos que se pueden emplear para mejorar la resistencia de una válvula a la cavitación y al desgaste por erosión.

I. Selección de materiales

Para mejorar la resistencia a la erosión de las válvulas de presión ultraalta, normalmente se seleccionan materiales resistentes a la corrosión:

1. Materiales de alta dureza
2. Materiales con película protectora resistente a la corrosión ácida
3. Materiales con alto límite elástico y buena estabilidad
4. Materiales con alta resistencia a la fatiga
Para mejorar las distintas propiedades de los materiales, se emplean dos enfoques: aleación y tratamiento térmico adecuado. La aleación implica alterar la composición química del acero para desarrollar nuevos materiales con propiedades específicas. El tratamiento térmico, por otro lado, no altera la composición química del acero; en cambio, implica someter el acero a diferentes procesos de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento mientras está en estado sólido para modificar su microestructura y mejorar sus propiedades.

II. Tratamiento térmico y endurecimiento superficial 1. Tratamiento térmico al vacío

Este proceso evita la oxidación, descarburación y otras formas de corrosión durante el calentamiento, al mismo tiempo que sirve para limpiar la superficie eliminando aceite y grasa. En el vacío, se pueden expulsar gases como hidrógeno, nitrógeno y oxígeno absorbidos por el material durante la fundición, mejorando así la calidad y el rendimiento del material. Por ejemplo, someter una válvula de aguja de presión ultraalta hecha de W18Cr4V a un tratamiento térmico al vacío aumenta eficazmente la tenacidad al impacto de la válvula y, al mismo tiempo, mejora sus propiedades mecánicas y su vida útil.
2. Tratamientos de endurecimiento de superficies
Estos incluyen endurecimiento superficial (endurecimiento por llama, endurecimiento por inducción de frecuencia media y alta, endurecimiento por calentamiento eléctrico de contacto, endurecimiento electrolítico, endurecimiento por láser y haz de electrones, etc.), carburación, nitruración, cianuración, boronización, difusión de metales (método TD), endurecimiento por láser, deposición química de vapor (CVD), deposición física de vapor (PVD), deposición química de vapor por plasma (PCVD), pulverización de plasma, etc.

III. Adopción de nuevos materiales de ingeniería
Al seleccionar materiales para los componentes de flujo continuo de válvulas de presión ultraalta, se debe tener en cuenta el hecho de que la velocidad del flujo (presión máxima de funcionamiento) varía, al igual que la pérdida de peso. 
A presiones más altas (por encima de 400 MPa), se deben seleccionar materiales con alta dureza y buena dureza al rojo, como acero para herramientas o carburo cementado.
A presiones más bajas (100–400 MPa), se requiere que los materiales posean buena plasticidad y tenacidad, así como alta dureza. Por ejemplo, las válvulas de aguja de ultra alta presión de HIP Corporation utilizan acero inoxidable austenítico 316 para presiones operativas de 690 MPa y acero inoxidable martensítico de endurecimiento por precipitación 17-4PH para presiones operativas de 1034 MPa. A nivel internacional, los materiales para componentes sometidos a cavitación —como discos y asientos de válvulas— son predominantemente acero inoxidable martensítico y acero para herramientas, mientras que los cuerpos de los asientos de válvulas suelen estar hechos de acero al cromo-aluminio o acero inoxidable.
Con el exitoso desarrollo de la tecnología cerámica industrial, también han surgido válvulas cerámicas. Los materiales cerámicos exhiben una alta resistencia a la erosión en ángulos de impacto bajos; sin embargo, a medida que disminuye la conicidad de la aguja de la válvula, también disminuye su resistencia final y se reduce la fuerza de reacción entre la aguja de la válvula y el asiento, lo que afecta la confiabilidad del sellado. Por lo tanto, al seleccionar materiales cerámicos para agujas de válvulas, se debe tener en cuenta no sólo el tamaño del cono sino también la resistencia del material.