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Válvulas de Controle

Introdução

Válvulas são utilizadas largamente pela indústria como mecanismos instalados em linhas de tubulações que se destinam a diferentes propósitos, tais como:

garantir a segurança da instalação e dos operadores, ou ainda permitir a realização de manutenções e substituições de elementos da instalação e, principalmente, estabelecer e controlar a pressão e escoamento de fluidos em tubulações. Essencialmente, a válvula de controle é um componente que dissipa energia hidráulica de maneira controlada.

Devido a sua multiplicidade de funções, existe uma grande variedade de tipos e subtipos de válvulas, cuja escolha depende não só das características de operação, como da natureza do fluido, condições de pressão, temperatura e forma de acionamento. A seleção da válvula é, portanto, da maior importância, tanto sob o ponto de vista da operação normal da instalação quanto do aspecto dos custos envolvidos, que em alguns casos podem alcançar de 5 a 6% do custo total do sistema. Uma escolha incorreta pode algumas vezes causar sérios problemas, provocando alterações consideráveis no desenho original e danos graves a instalação.

Classificação de válvulas

Existem quatro métodos principais para realização do controle de fluxo através de válvulas, podendo assim, serem classificadas:

§ Válvula Globo e de Agulha: Um disco ou tampão é projetado dentro ou contra uma abertura;

§ Válvulas Esféricas e Gaveta: Uma cunha ou uma superfície esférica se move através de uma abertura;

§ Válvulas Borboleta: Um disco é rotacionado sobre um eixo perpendicular ao diâmetro de um corpo cilindro;

§ Válvulas de Diafragma: Uma membrana é empurrada em direção ao fluxo, como nas.

A tabela a seguir apresenta os principais tipos de válvulas empregadas em instalações industriais, classificadas de acordo com suas funções, características e aplicação.

Função Geral Tipo de Válvula Características e Aplicações

Válvula Gaveta Grande variedade de aplicações. Não altera a direção do fluxo quando aberta. Mínima queda de pressão. Se usada para regulagem de fluxo, apresenta a tendência de erodir rapidamente por efeito de cavitação. Existem em grande variedade de tamanhos e aplicadas em uma ampla faixa de pressões e temperaturas.

Válvula de Esfera Muito utilizada em industrias onde existem condições de corrosão aliadas à pressão e temperaturas altas. São simples, compactas e de abertura rápida. Existem em pequena variedade de tamanhos e aplicadas em uma estreita faixa de pressões e temperaturas. Não se aplicam para regulagem de fluxo.

Válvula de Macho Não alteram a direção do fluxo. Abrem e fecham totalmente com rotação de 90º. Podem ser adaptadas para desvio do fluxo através de múltiplas saídas. Não se aplicam para regulagem de fluxo.

Válvula de Macho

Lubrificada

Utilizadas para serviços críticos que requerem proteção contra subpressão. O lubrificante protege contra a cavitação, reduz o atrito e desgaste e diminui esforços. Porém, pode causar a contaminação de produtos e limita a temperatura máxima de operação.

Válvula de Macho Não-Lubrificada

Podem ser fabricadas com materiais baratos, com plástico revestido. São excelentes para condições corrosivas, mas, possuem faixa de operação limitada pela temperatura e pressão.

Válvula Deslizante Possui as mesmas características da válvula de gaveta. Apresenta boa estanquei. Não se aplicam para regulagem de fluxo. Boa estanqueidade com líquidos pressurizados e uso limitado para regulagem de fluxo.

Função Geral Tipo de Válvula Características e Aplicações

Válvula Globo É a válvula mais usada para regulagem eficiente de serviços críticos. Usada extensivamente em controle automático de processos. Encontrada em grande variedade de tamanhos e aplicada em uma grande faixa de pressão e temperatura. Disponível em diferentes tipos de material.

Válvula Angular Similar a válvula globo convencional. Porém, suas extremidades formam um ângulo entre si. Provoca menor queda de pressão e reduz o número de ligações entre os tubos. Deve-se ter o cuidado de não submeter a válvula à tensões comuns em curvas de tubulações.

Válvula “Y” Similar a válvula globo, porém, com orifício à 45º para passagem do fluxo. Boas características de regulagem e menor queda de pressão do que a válvula globo comum.

Válvula de Agulha Restrita a pequenas dimensões e usada quando se necessita de um fechamento com regulagem manual. Disponível para altas pressões.

Válvula Borboleta De construção extremamente simples.

Especialmente para gases, líquidos à baixas pressões. Aplicada também em serviços tipo liga- desliga. Apresenta baixa queda de pressão, baixo custo, limpa e de ação rápida.

Válvula de Diafragma Tipo de válvula usada para fluidos corrosivos, voláteis e tóxicos, particularmente quando a cavitação deve ser evitada. Embora sua especificação seja limitada pela pouca variedade de materiais de fabricação do diafragma, existe uma grande variedade de tipos para trabalhar com fluidos corrosivos. A temperatura e pressão impõem limites de aplicação. Também podem ser usadas para serviços liga-desliga.

Válvula de Mangote Também usada em serviços liga-desliga. Baixo custo, simples e excelente para fluidos pastosos e abrasivos. Resistente a corrosão e protege contra contaminação. Faixa de temperatura e pressão limitadas.

Válvula de Retenção Previne automaticamente o retorno do fluxo na tubulação. Existem vários tipos para atender a variadas condições, tais como fluxo pulsante, movimento horizontal ou vertical, etc. Existe em diferentes tamanhos e é aplicada em ampla faixa de temperatura e pressão.

Válvula de Pé Tipo de válvula de retenção, usualmente utilizada para manter o liquido na linha de sucção de bombas. Normalmente empregada com um crivo.

Função Geral Tipo de Válvula Características e Aplicações

Válvula de Controle

Automático

Grande quantidade de válvulas para regulagem e controle automático de temperatura, pressão, taxa de fluxo, níveis de líquido, etc. Cobrem um vasto campo de operação, incluindo o controle por computador. São atuadas através de um sinal recebido do fluido escoando pelo corpo da válvula ou de um programa computacional contendo condições pré-estabelecidas. Podem ser operadas hidraulicamente, por acionamento pneumático, elétrico ou combinação de ambos.

Válvula de Segurança Usada para proteção contra pressão excessiva de gases.

Válvula de Alívio Usada para proteção contra pressão excessiva de líquidos.

Válvula de

Segurança/Alívio

Pode ser usado tanto para proteção de gases quanto para de líquidos.

SEGURANÇA E PROTEÇÃO Ambas as válvulas, de segurança e alívio, requerem inspeção periódica para se ter certeza do seu perfeito estado de funcionamento. Existem subtipos para atender as mais diversas condições.

Função Geral Tipo de Válvula Características e Aplicações

Válvulas de controle de fluxo

A seguir serão tratados os principais tipos de válvulas utilizadas no controle de fluxo em processos industriais.

Válvula Globo

O nome dessa válvula de deve ao formato de seu corpo. Seu funcionamento se dá pelo movimento de um disco ou de uma cunha redonda, tapando um orifício

para bloquear o fluxo de fluido. O movimento do disco e o fechamento do orifício são feitos no sentido perpendicular ao eixo da válvula, induzindo o fluxo a mudar de direção duas vezes por noventa graus. Estas mudanças de direção

causam uma turbulência no fluido e conseqüentemente, uma alta perda de carga (ou energia). A forma do assento ou da cunha pode variar, fornecendo

diferentes características de fluxo. A figura a seguir mostra algumas válvulas globo em corte com seus principais componentes.

Cuidados especiais devem ser tomados durante a sua seleção quando a perda de carga for alta. A má especificação pode provocar vibrações excessivas, danificando a válvula, a tubulação e suportes, ou a equipamentos interligados. Neste caso, uma cunha cônica ou em “V” poderá solucionar o problema. Caso se necessite realizar o fechamento do fluxo, em fluidos que contenham algumas partículas sólidas em suspensão, e onde a regulagem não precisa ser muito fina, deve-se especificar um disco de material como borracha ou neoprene. Quando o fluido não contém partículas sólidas em suspensão, o disco poderá ser de metal para obter uma vida útil mais longa.

O disco poderá ser fixo ou solto na haste. Quando fixo, este gira juntamente com a haste, proporcionando uma leve abrasão e limpeza do assento da válvula toda vez que ocorre o fechamento. Quando solto, o disco pode girar independente da haste, e o fechamento ocorre pelo contato do disco contra o assento. Válvulas do tipo globo são usadas em geral para diâmetros até 250 m. Acima desse diâmetro, o disco se torna muito grande e transmite esforços elevados para a haste, requerendo reforços especiais para suportá-la.

Em sistemas de bombeamento são empregadas em instalações auxiliares ou quando o problema da perda de carga excessiva for irrelevante frente a

necessidade de absoluta estanqueidade, como no caso de bombeamento de líquidos voláteis. Fabricam-se válvulas globo dos seguintes materiais:

§ Bronze: Para água, óleo e gás até 13,8 bar; vapor até 8,6 bar. Com diâmetros de 12.5 m a 50 m.

§ Ferro fundido: Para vapor saturado, água, gás, óleo, etc, a 40º C. Com diâmetros de 40 a 250 m. § Aço carbono fundido classe 150 1b: Para vapor até 260º C. Água, óleo e gás a 40º C.

§ Aço carbono fundido classe 300 1b: Para vapor até 450º C. Água, óleo e gás a 40º C.

Podem-se encontrar modelos com duas ou com três vias, como os mostrados a seguir.

Válvula “Y” ou Obliqua

Esta é uma variação da válvula globo, com a diferença que a haste e o assento estão posicionados em um ângulo de 45 graus em relação ao eixo da tubulação, tal como ilustrado a seguir. A vantagem dessa configuração é a menor queda de pressão com melhor característica de controle. Podem ser aplicadas no controle de fluidos químicos com alta taxa de corrosão, sendo fabricadas com um corpo de duas peças e um assento intercambiável preso entre as duas partes, tornando a substituição mais rápida. As características de dimensões e material de fabricação são as mesmas da válvula globo comum.

Válvula Angular

Esta é mais uma versão da válvula globo, com as extremidades de entrada e saída perpendiculares entre si. Possui a vantagem de ajudar a reduzir o número de conexões do sistema de tubulações. É usualmente constituída de um único corpo, podendo ser bipartida de forma semelhante à válvula “Y”, com a mesmo propósito. As características de dimensões e condições de operação também são similares à válvula globo.

Válvula Agulha

Este é um tipo de válvula globo usada quando se deseja um fino controle do fluxo. A maior diferença se encontra na cunha de fechamento, que nas válvulas agulha não são discos, mas sim um plug ou agulha, cujo comprimento é maior do que o próprio diâmetro. A figura a seguir mostra uma válvula agulha típica.

Quando fechada, a agulha se encaixa num anel no corpo da válvula. A medida em que a válvula é aberta, a agulha se desencaixa e abre-se uma passagem anular em volta dela. O grau de regulagem depende da suavidade do ângulo da agulha e, conseqüentemente, da relação entre comprimento e diâmetro. Quanto maior o comprimento, maior o grau de regulagem.

A válvula tipo agulha é projetada para controle fino, com alta perda de carga, podendo provocar vibrações elevadas em altas taxa de fluxo. Por este motivo, os diâmetros usuais de fabricação vão de 3,2 m a 25 m. E em pequenas dimensões, a pressão de trabalho pode chegar em torno de 700 bar, com faixa de temperatura de -70º C a 260º C.

Válvula Borboleta

As válvulas borboleta são de construção muito simples, constituindo-se em um anel do mesmo diâmetro da tubulação, com um disco que gira dentro do anel em torno de um eixo (lentilha), abrindo ou fechando a passagem do fluido.

O disco é a peça que mais afeta o desempenho da válvula, havendo muitas diferenças de um fabricante para outro. O disco causa turbulência no fluido, provocando perda de carga e aumentando a corrosão local, motivo pelo qual qualquer modificação que possa diminuir esta turbulência torna-se válida, uma vez que não influi de sobremaneira no custo da válvula, podendo-se encontrar no mercado discos excêntricos, discos com volutas, dentre outros.

Outro fator importante a ser considerado no projeto do disco é a tendência de se fechar sozinho com o fluxo do fluido. Para resolver este problema, muitas válvulas tipo borboleta possuem um mecanismo no atuador para segurar a válvula na posição desejada.

Para melhorar a vedação do disco, a válvula pode ser fornecida com um anel de borracha ou material plástico para servir de assento ao disco. Quando o serviço é corrosivo ou erosivo, o corpo e disco podem ser revestidos com um material mais resistente. O acionamento é simples, bastando um giro de setenta a noventa graus para abrir ou fechar completamente a passagem e são fabricadas com diâmetros que variam de 0,075 m a 6 m

Válvula de Diafragma

Originalmente, as válvulas de diafragma eram utilizadas para controle de ar comprimido nas minas de carvão da África do Sul. Atualmente este tipo de válvula é usado nos mais diversos processos, como gases em geral, fluidos altamente corrosivos ou abrasivos, polpas e em fluidos que possuam um alto índice de sólidos em suspensão. Este modelo consiste em um corpo tubular, onde a parte superior possui uma membrana de material plástico, formando um diafragma. Para fechar a válvula, o diafragma é pressionado para baixo por um pistão até obstruir por completo a passagem do fluido, ficando todo o mecanismo de acionamento fora de contato com o fluido. Entre os materiais mais utilizados na fabricação do diafragma estão a borracha natural, borracha sintética e vários plásticos.

São encontrados dois tipos básicos de válvulas de diafragma. O mais comum possui o canal de passagem levantado no centro da válvula, onde o diafragma é abaixado (a). Possui como desvantagem dificultar a drenagem da linha, principalmente quando o fluido é corrosivo ou solidificável. O outro tipo é o de corpo com passagem reta (b), que tem como desvantagem a vida útil mais curta da membrana. Possui a vantagem de permitir a limpeza da linha. Tais modelos são mostrados na figura a seguir.

(a)(b)

O acionamento é normalmente feito por volante ou ainda por alavanca de operação rápida de noventa graus. Pela simples construção, é ideal para acionamento pneumático com molas. Devido ao material do diafragma, a válvula possui limites operacionais de pressão e temperatura bem estreitos, com a pressão variando de 3,5 a 8,3 bar e a temperatura de 70º C a 150º C.

Válvula de Mangote

Esta válvula, de construção bem simples, é semelhante à válvula diafragma. O corpo consiste em um mangote de borracha flexível com um mecanismo por fora para estrangulá-lo, fechando a passagem do fluido. Como o corpo é de borracha, os limites de temperatura são bastante baixos, variando de 70º C para a borracha e 150º C para alguns mangotes de material plástico. O limite de pressão não é tão baixo, uma vez que o mangote pode ser reforçado com lonas de nylon ou outro material resistente. São fabricados normalmente com diâmetros até 600 m.

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