(Parte 3 de 6)

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo23 formando o assentamento deste na posição do fechamento. A vida do chanfro da sede é aumentada eliminando-se a vibração em baixos cursos e por uma maior distribuição uniforme do fluxo através do orifício do anel da sede, resultando em menor canalização do fluxo e desgaste por erosão.

O desenho de gaiola caracterizada reduz a erosão separando as áreas de assentamento e de restrição ou controle fazendo assim com que a sede não esteja numa zona de alta velocidade do fluido.

O funcionamento da restrição e modulação provida por este tipo de válvula, é mediante o sistema da gaiola (que é uma peça cilíndrica e oca), conforme vemos pela figura 16, em cujo interior desloca-se o obturador, como se fosse um pistão de cilindro. A gaiola possui um determinado número de passagens ou janelas, as quais distribuem uniformemente o fluxo ao redor do obturador e na maioria dos desenhos deste tipo de válvula, serve como guia do obturador. Tais janelas apresentam formatos caracterizados sendo elas, em conjunto com a posição relativa do obturador, que proporcionam a característica de vazão, ao invés de ser o formato do obturador como na globo convencional.

Os dois desenhos mais comuns de internos tipo gaiola são: sede simples e balanceado.

Fig. 16 - Princípio de Funcionamento da ação de Controle (Modulação e Vedação dos Internos Tipo Gaiola: (A) Sede Simples; (B) Balanceada.

a) Internos sede simples Conforme vemos pela figura 16-a, utiliza uma como guia de obturador, enquanto que excelente distribuição do fluxo equilibra os esforços laterais sobre o obturador. A característica de vazão é dada pelo formato das janelas na gaiola, enquanto que o obturador não sendo caracterizado age como um pistão.

Uma sede tipo metal-metal é utilizada neste tipo de desenho de 0,01% da capacidade máxima da válvula, ou seja um índice de vazamento classe IV, conforme a especificação da ANSI B16.104.

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo24

Neste tipo de construção o sentido do fluxo é tal, que entra sempre por baixo do anel da sede, conforme podemos verificar pela figura 16-a.

b) Internos tipo balanceados Conforme mostra a figura 16-b, apresentam um desenho tipo balanceado, em virtude do equilíbrio da força do fluido, a qual age sobre as duas extremidades do obturador, e em sentidos opostos. Obtemos desta forma, um equilíbrio de forças semelhantes ao proporcionado pela válvula globo convencional tipo sede dupla e portanto precisaremos de uma força de atuação menor, comparada a necessária para operar uma válvula globo tipo gaiola sede simples. Neste tipo de construção, pelo fato do sentido do fluxo ser por cima do anel sede, a vedação do obturador com a gaiola é feita por meio de anel de teflon grafitado, para utilização em temperaturas de -73º até +232ºC; ou por meio de anel de grafite, para utilizar em temperaturas de -255 à 593ºC.

3.3.8 - Tipos de Guia do Obturador Válvula Globo É através do sistema de guias que o obturador alinha-se em relação a sede, possibilitando assim um perfeito encaixe das superfícies de assentamento.

As guias devem resistir a todos os esforços laterais sobre o obturador, provenientes das forças exercidas pelo fluido de processo.

Fig. 17 - Tipos de Guia do Obturador na Válvula Globo.

São vários os tipos de guias do obturador utilizados:

a) Guia superior: possui uma única bucha na qual guia o obturador é guiado pela parte superior, veja figura 17-b.

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo25

Normalmente utilizada em válvulas de pequeno diâmetro.

b) Guia superior e inferior: é utilizada com obturadores tipo contorno ou passagem em "V" maciço, cujas extremidades são guiadas superior e inferiormente.

A sua utilização suporta maiores quedas de pressão que a guia apenas superior sendo recomendada para aplicações com quedas de pressão superiores à 7 kg/m2. Ver figura 17-a c) Guia na Sede: o obturador é guiado apenas na sede por meio da saia do obturador. É utilizada em válvulas cem obturadores de passagem em “V” ocos e nas válvulas globo de 3 vias, para quedas de pressão abaixo de 7 kg/cm2. Este tipo de guia é mostrado na figura 17-c.

d) Guia na gaiola: conforme vemos na figura 17-d,a gaiola é que guia o obturador. Este tipo de guia é recomendado para quedas de pressão de moderada a altas. Utilizada em toda a linha de válvula globo tipo gaiola.

Outros tipos secundários de guias são combinações dos quatro tipos principais dados acima como podemos notar pela figura 17-e, onde mostramos um obturador guiado na parte superior e na sede. Este tipo de construção é também utilizado nas válvulas tipo micro-fluxo.

3.3.9 - Castelo O castelo, geralmente uma parte separada do corpo da válvula que pode ser removida para dar acesso as partes internas das válvulas, é definido como sendo "um conjunto que inclue, a parte através da qual uma haste do obturador de válvula move-se, e um meio para produzir selagem contra vazamento através da haste". Ele proporciona também um meio para montagem do atuador.

Sendo uma peça sujeita à pressão do fluido, tem de satisfazer aos mesmos requisitos de projeto que o corpo.

No próprio castelo dispõem-se os meios para prender o atuador, conter a caixa de gaxetas e poder ainda conter a bucha de guia superior para guiar o obturador como acontece no caso das válvulas globo convencionais, conforme podemos notar pela figura 18-a onde mostra-se um castelo tipo normal para utilização nas válvulas globo convencionais.

O castelo é portanto um subconjunto do corpo na maioria das válvulas de controle, embora existem tipos de válvulas como as rotativas (borboleta, esfera e excêntrica), e a bipartida nas quais o castelo é parte integral ao corpo, não constituindo-se portanto, de parte independente.

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo26

Fig. 18 - Tipos de castelos utilizados nas Válvulas Globo

Assim sendo, os exemplos de castelos que aqui serão dados servem apenas para aquelas válvulas nas quais o castelo é uma peça separada.

Tais tipos de válvulas das anteriormente citadas são: globo convencional sede simples e dupla, 3 vias, e globo tipo gaiola. Na válvula tipo diafragma a utilização do castelo é praticamente apenas um meio para fixar o atuador, não contendo a caixa de gaxetas, já que este tipo de válvula não a requer por ser totalmente vedada a possibilidade do fluido penetrar no castelo, a menos que rompa o diafragma obturador. Apenas no caso da válvula ser utilizada em fluidos altamente corrosivos ou perigosos (tóxicos ou inflamáveis), é que recomenda-se a utilização de caixa de gaxetas, para proteção adicional caso o diafragma estoure.

Normalmente o castelo é preso ao corpo por meio de conexões flangeadas e para casos de válvulas globo de pequeno porte, convenciona-se a utilização de castelo roscado devido ao fator econômico, em aplicações de utilidades gerais como ar, água, etc., como é o caso das denominadas válvulas de controle globo miniaturadas.

3.3.9.1 - Tipos de Castelos Os castelos classificam-se em: a) Castelo Normal (CE-1) Fig. 18-a. b) Castelo Longo (CE-2). Fig. 18-b. c) Castelo Extra-longo (CE-3). Fig. 18-c. d) Castelo com Fole de Selagem (CE-4). Fig. 18-d.

a) Castelo Normal É o castelo padrão utilizado para as aplicações comuns nas quais a temperatura do fluido está entre -18 a 232ºC. Esta limitação é imposta pelo material da gaxeta já que a sua localização está bem próxima do flange superior do corpo e portanto bem próxima do fluido.

b) Castelo longo É semelhante ao anterior, a menos da sua altura que faz com que a caixa de gaxeta fique um pouco mais afastada do fluido.

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo27

Recomenda-se a utilização deste tipo de castelo para aplicações com fluidos em temperaturas de -45 à 540ºC.

c) Castelo extra-longo É fabricado de ferro fundido possuindo uma maior altura que o anterior. É especificado para aplicações em baixíssimas temperaturas ou criogênicas como -100 à 45ºC para evitar que o Teflon das gaxetas congele.

d) Castelo com fole de selagem Este tipo de castelo é especificado em casos especiais nos quais seja proibitivo um vazamento para o meio ambiente através da gaxeta. Englobam-se neste tipo de aplicações especiais, os fluidos radioativos, tóxicos ou explosivos.

Este tipo de castelo possui no seu interior um fole metálico de aço inoxidável e soldado de modo a formar uma câmara de pressurização interna, entre a parte do fole e a superfície da haste. Evita-se assim, que o fluido (caso seja corrosivo) entre em contato com as paredes do castelo propriamente dito, podendo este ser construído de simples aço carbono. O fluido no interior do fole produzirá uma segunda câmara de pressurização obtendo-se o fenômeno dos vasos comunicantes. O escoamento do fluido para o interior do fole cessa quando for atingida a equalização.

Entretanto, a utilização do fole de selagem requer maior força de operação por parte do atuador para vencer o efeito mola do fole. Em caso de necessidade podemos utilizar um manômetro conectado ao castelo para verificação de um possível vazamento devido à quebra do fole.

Este tipo tem uma limitação de operação de 28 kg/cm2 a 232ºC, embora podemos utilizá-lo para temperaturas superiores desde que, as pressões sejam inferiores e vice-versa.

3.3.10 - Conjunto Caixa de Gaxetas O propósito do conjunto da caixa de gaxeta é o de proporcionar uma selagem contra vazamentos dos fluidos do processo.

Caso não haja boa selagem por meio do conjunto da caixa de gaxetas, haverá sempre um vazamento do fluido para o meio ambiente, sempre que a pressão do fluido seja superior à pressão atmosférica, ou uma entrada de ar, caso a válvula esteja trabalhando em pressões de vácuo.

O conjunto geral da caixa de gaxetas é formado conforme pode ser visto na figura 19; pelos seguintes componentes: flange do prensa gaxetas, prensa gaxeta, anéis da gaxeta, retentor de graxa, subconjunto de lubrificação, e mola de compressão (caso a gaxeta seja de anéis em “V" de Teflon). No caso de gaxeta em anéis quadrados, como os à base de amianto, a mola não é necessária, sendo a compressão feita pelo aperto do prensa gaxeta.

O sistema de lubrificação externa (utilizando caso o material da gaxeta necessite de lubrificação) tipo EH-1 especifica-se para válvulas de diâmetro até 4", enquanto que o EH-2 (figura 19-c) para diâmetros superiores. A válvula de bloqueio produz uma selagem entre a caixa de gaxeta e o lubrificador evitando assim que o fluido do processo impossibilite a introdução da graxa lubrificante.

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo28

Fig.19 – Tipos de Caixas de Gaxetas Utilizadas nas Válvulas de Deslocamento Linear da Haste

3.3.10.1 - Gaxetas As principais características do material utilizado para a gaxeta, devem ser elasticidade, para facilitar a deformação; produzir o mínimo atrito e deve ser de material adequado para resistir as condições de pressão, temperatura e corrosão do fluido de processo. Os principais materiais de gaxeta são: Teflon e amianto impregnado.

a) Teflon (TFE) É o material mais amplamente utilizado devido as suas notáveis características de mínimo coeficiente de atrito, e de ser praticamente inerte quimicamente a qualquer fluido. Devido as suas características, a gaxeta de Teflon não requer lubrificação externa e a sua principal limitação é a temperatura, conforme vemos pela tabela 1.

A gaxeta de Teflon é formada de anéis em “V” de Teflon sólido, e requer uma constante compressão para o seu posicionamento firme e compacto, provida por meio de uma mola de compressão.

b) Amianto Impregnado: É ainda um material de gaxeta bastante popular devido as características do amianto adicionadas às de alguns aditivos e à facilidade de manutenção e operação. Não sendo autolubrificante, o amianto utiliza-se impregnado com aditivos tais como Teflon, mica, inconel, grafite, etc. Os limites de uso em função da temperatura e fluidos para este tipo de gaxeta são dados na tabela 1.

Esta gaxeta é do tipo quadrada e comprimida por meio do prensa gaxeta. Requer lubrificação externa, com exceção ao amianto impregnado com Teflon,

Recentemente surgiu um novo material de gaxeta denominado de Grafoil. Trata-se de material à base de grafite e comercializado em fitas flexíveis de vários tamanhos. É um material praticamente inerte quimicamente e suporta temperaturas altíssimas (o ponto de volatilização é

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo29 de 3650ºC). Seu único inconveniente reside no fato de que produz um certo travamento da haste, já que por ser fita, ela deve ser enrolada ao redor da haste e socada para compactá-la formando diversos anéis.

TABELA 1 - Limite de Temperatura para os Diversos Materiais da Gaxeta, em Função do tipo de Castelo.

Material daServiçoPressõesLubrificaçãoTipo de Castelo Gaxeta Normal Longo Extra-longo

Teflon Limitado àqueles fluidos não atacam o teflon e aço inox tipo 3/6 (material da mola da gaxeta).

Líquidos e Gases secos - 1500 psi

Vapor - 250 psi

Não-18 à 232ºC-45 à 430ºC-268 à 430ºC

Amianto com

Teflon

Todo excepto Alcalis quentes e Ácido hidrofluorídrico quente.

Líquidos e Gases secos 6500 psi Vapor 250 psi opcional, porém recomendada

-18 à 232ºC-45 à 430ºC-268 à 430ºC

Amianto grafitado com fios de Inconel

Vapor ou PetróleoQualquer fluido 6500 psi Sim-18 à 232ºC-45 à 540ºC-45 à 540ºC

3.3.1 - Flange Inferior Conforme mencionado anteriormente, as válvulas globo convencionais tipo sede dupla e sede simples, possuem corpo reversível e portanto os internos podem ser montados tanto por cima como por baixo.

Para tal ser possível o corpo deve possuir também um flange inferior conforme mostra a figura 20.

É no conjunto do flange inferior que encontramos a bucha inferior para guia do obturador e também caso necessário, uma conexão para drenagem. Uma vantagem que possibilita a utilização do flange inferior é a sua possibilidade de remover sedimentos, embora isso também possa ser realizado nos corpos fechados embaixo, utilizando-se uma conexão plugada.

Uma outra vantagem que a utilização de válvulas com flange inferior oferece é a possibilidade de limitarmos o curso mecanicamente por meio de um conjunto de parafuso e porca. Evitamos dessa forma que o obturador feche ou abra totalmente, dependendo de qual a posição de limite de segurança da válvula. Para produzirmos a devida selagem, utiliza-se um capuz roscado e com encosto por junta de vedação.

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo30

Fig. 20 - Conjunto do flange inferior das válvulas globo convencionais.

3.3.12 - Tipos de Conexões das Extremidades do Corpo da Válvula As válvulas são presas à tubulação por meio do tipo de conexões localizadas nas extremidades do corpo das válvulas. Tais tipos podem ser: a) rosqueadas; b) flangeadas; c) sem flanges e d) soldadas.

As conexões das extremidades do corpo, tipo rosqueadas (Figura 21-a) são limitadas a utilização em apenas válvulas de pequeno porte (no máximo até 2" de diâmetro) e para serviços auxiliares não corrosivos em pressões de até 600 psi. O tipo de conexão rosqueada mais comumente utilizada é o normalizado pela ANSI B 2.1, também denominada de rosca N.P.T.

O tipo de conexão mais amplamente utilizado é sem dúvida alguma a flangeada, (Figura 21-b) que pode ser executada conforme as Normas ANSI, DIN ou ISO, embora prevaleça, aqui no Brasil, uma predominância quase que total dos flanges conforme Norma ANSI (Norma Americana).

(Parte 3 de 6)

Comentários