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Para cada tipo de processo ou fluido sempre temos pelo menos um tipo de válvula que satisfaça os requisitos teóricos de processo, independente da consideração econômica. Cada um desses tipos de válvulas possuem as suas vantagens, desvantagens e limitações para este ou aquele processo.

No decorrer deste curso, analisaremos todos esses aspectos, oferecendo assim uma sólida base para o usuário poder, selecionar a melhor válvula para a aplicação em questão.

3.3 - VÁLVULAS DE DESLOCAMENTO LINEAR DA HASTE

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3.3.1 -Sede simples A figura 1 mostra várias montagens da denominada válvula globo tipo sede simples. É fabricada em diâmetros de 1/2" até 4” conexões das extremidades rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas, nas classes de 150, 300, 600, 1500 e 2500 lb.

Neste tipo de válvula, o fluido no interior de corpo passa através de um único orifício, conforme podemos notar pela figura 1.

Na figura 1-a, notamos que o obturador é guiado duplamente, isto é, na parte superior e inferior, e ainda um fato muito importante é que para a válvula fechar, o obturador deve movimentar-se para baixo. Tal tipo de montagem e denominada de normalmente aberta. Por outro lado, na figura 1-b, vemos a mesma válvula, só que o obturador está invertido. Neste caso para a válvula abrir o obturador tem que descer. Esta é,portanto, uma válvulanormalmente fechada.

Fig. 1 - Válvula Globo Convencional Tipo Sede Simples

Na figura 1-c, vemos uma outra sede simples um pouco diferente das anteriores. O obturador é guiado apenas na parte superior e ao descer a válvula só pode fechar, não existindo a possibilidade do obturador ser instalado em posição invertida ou por baixo. Essa válvula em relação ao movimento de obturador de cima para baixo só pode fechar.

O fato de uma válvula ser normalmente aberta eu fechada é um fator muito importante a ser levado em consideração na escolha da válvula. Isso significa que na posição de descanso, ou seja, sem força de atuação, a válvula pode ficar completamente aberta ou completamente fechada. Uma válvula normalmente aberta ficara totalmente aberta em caso de falta de suprimento de energia para operação do atuador, no caso de uma válvula normalmente fechada ocorrerá o inverso. As principais características da válvula globo sede simples são: proporciona uma boa vedação e possui obturador estaticamente não balanceado. Assim sendo podemos atingir um vazamento, quando a válvula estiver totalmente fechada de, no máximo ate 0,01% da sua

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo10 capacidade de vazão máxima.

Os índices de vazamento obtidos, estando a válvula de controle totalmente fechada, são padronizados internacionalmente conforme a norma ANSI B16.104 - "AMERICAN NATIONAL STANDARD FOR CONTROL VALVE LEAKAGE" a qual define diversas classes de vazamento. Assim, de acordo com essa especificação, a válvula globo sede simples possui um nível de vazamento Classe IV. Devemos alertar que tais índices de vazamento são sempre considerados nas válvulas conforme saem de fabricação, ou seja, para válvulas novas e limpas.

É no fato do seu obturador não ser balanceado que reside a principal desvantagem da válvula sede simples, motivo pelo qual requer uma força de atuação suficientemente grande para vencer as forças estáticas de fluido agindo sobre o obturador, e poder movimentá-lo.

Fig. 2. - Atuação das Forças Dinâmicas Provenientes do fluido agindo contra o obturador de uma válvula globo sede simples.

O índice de vazamento definido anteriormente, é para válvulas de fabricação normal, ou suja, com assunto metal-metal. Contudo podemos atingir um índice de menor vazamento (sem aumentar a força de assentamento do atuador), utilizando a construção de assentamento composto, ou seja, metal-borracha, metal-teflon, etc.

Este tipo de construção, muitas vezes ainda designado pelo seu nome em inglês, “soft-seat” é mostrado na figura 3.

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Fig. 3 - Detalhe da construção de um Obturador Sede Simples com Assento tipo Composto (“Soft Seat”).

Obtemos desta forma um índice de vazamento praticamente nulo (da ordem de algumas bolhas de ar por minuto).

Um outro fato de muita importância nas válvulas globo sede simples, é a direção do fluxo em relação a posição do conjunto obturador e anel da sede. O fluido deve sempre entrar na válvula tendendo abri-la como mostra a figura 2. Uma flecha estampada no corpo indica o sentido de montagem da válvula na tubulação. Obtemos com isso as seguintes vantagens: aumento da vida útil das gaxetas e propiciamento de uma operação mais suave, evitando-se assim o fenômeno de "chattering”.

Esse fenômeno pode ser facilmente explicado da seguinte forma: caso o fluxo entre na válvula tendendo fechá-la, quando o obturador aproxima-se do anel da sede, surge uma força dinâmica não balanceada produzida pela redução da pressão, após a restrição. Essa força, que tende puxar o obturador de encontro à sede, faz o obturador chocar-se continuamente contra a sede, devido a proximidade entre ambos, danificando por completo o assentamento da válvula, além de ainda produzir o indesejável ruído, de origem mecânica devido à oscilação vertical do obturador.

Porém pese ao acima mencionado, existem situações nas quais é imperativo a instalação da válvula sede simples com o fluxo tendendo fechar a válvula. Um exemplo disso é o caso de alta pressão diferencial.

Nestes casos devemos agir com critério e cuidado na especificação dos materiais dos internos no intuito de prolongarmos a sua vida útil.

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Fig. 4 - Válvula Globo Convencional Tipo Sede Dupla.

3.3.2 - Sede dupla

A figura 4 mostra duas montagens diferentes da válvula globo sede dupla, assim denominada pelo fato do fluxo passar através de duas passagens ou orifícios.

Na figura 4-a, vemos uma válvula com obturador que desce para fechar enquanto que na figura 4-b, a montagem do obturador é por baixo, tipo desce para abrir. A válvula sede dupla e portanto de corpo reversível.

É fabricada normalmente em diâmetros de 3/4” a 14”, e com conexões das extremidades rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas, nas classes 150, 300, 600, 900 e 1500 lbs. A principal vantagem da válvula sede dupla é o fato dela ser estaticamente quase estável sem necessitar, portanto, de uma força de atuação tão grande quanto a válvula sede simples, conforme podemos deduzir com o auxilio da figura 5.

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Fig. 5 - Atuação das Forças Dinâmicas Provenientes do Fluido Agindo Contra o Obturador de um Válvula Globo Sede Dupla.

Como desvantagem, as válvulas sede dupla, apresentam um vazamento, quando totalmente fechadas de no máximo 0,5% da sua máxima capacidade de vazão. Conforme a especificação normativa da ANSI B16.104, a válvula globo sede dupla de construção “standard", possui um índice de vazamento Classe I.

Existem possibilidades técnicas de construir um obturador sede dupla especialmente para alta estanqueidade utilizando-se do sistema de assento composto (metal-teflon, metal-elastômero, etc). Por ser uma adaptação altamente cara, somente é utilizada em casos de imperiosa necessidade, fato difícil de acontecer principalmente por existirem sempre mais do que uma solução teoricamente viável referente ao tipo de válvula a ser utilizada.

3.3.3 - Válvula de Controle Globo de 3 vias Trata-se de uma adaptação das válvulas globo convencionais, para utilização em aplicações de mistura ou separação de fluidos.

Fig. 6 - Válvula Globo de 3 Vias Na válvula tipo convergente, conforme vemos pela figura 6-a, fluidos quaisquer e separados

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo14 entram pelas vias (2) e (3), misturando-se numa determinada e desejada proporção, saindo pela via (1) já misturados. A proporção da mistura é determinada pela posição do obturador relativa às duas sedes. Um deslocamento do obturador para cima faz diminuir a entrada do fluido por (2), aumentando simultaneamente a entrada do fluido por (3). É fabricada em diâmetros de 3/4” até 8” e com conexões nas extremidades rosqueadas (até 2"), flangeadas ou soldadas. Podemos notar neste tipo de válvula um novo modo de guia dupla: superior e no anel da sede.

Na figura 6-b vemos uma válvula 3 vias tipo divergente, na qual o fluido entra pela via (1) e sai em proporções definidas pelas vias (2) e (3). É fabricada em diâmetros de 3/4" até 12" com extremidades rosqueadas (até 2"), flangeadas ou soldadas.

Uma aplicação bastante conhecida da válvula 3 vias divergente é o de desvio de um trocador de calor conforme vemos pelo esquema da figura 7.

Fig. 7 - Válvula Globo de 3 Vias Tipo Divergente Utilizada para Desvio de Um Trocador de Calor

As válvulas de 3 vias, devido a sua configuração e utilização, não apresentam vedação completa, pois, enquanto fechamos um orifício, o outro fica completamente aberto.

3.3.4 - Válvula Globo Tipo Gaiola Trata-se de uma válvula de concepção antiga, porém totalmente renovada e aperfeiçoada nos últimos anos, fato esse que lhe possibilitou uma contínua e crescente utilização na quase totalidade dos processos industriais. A válvula tipo gaiola apresenta uma concepção de internos substancialmente diferente da globo convencional.

O amplo sucesso deste estilo de válvula está totalmente fundamentado nos seguintes aspectos:

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo15 a) facilidade de remoção das partes internas, pela ausência de roscas o que facilita bastante a manutenção na própria instalação; b) alta estabilidade de operação proporcionada pelo exclusivo sistema de guia do obturador na gaiola, obtendo desta forma uma área de guia da ordem de 30% superior à obtida pela guia superior e inferior da válvula globo convencional; c) capacidade de vazão da ordem de 20 a 30% maior que a obtida nas válvulas globo convencionais; d) menor peso das partes internas, resultando assim numa freqüência natural maior dessas partes, o que faz com que a válvula fique menos susceptível à vibração horizontal do obturador, proporcionando dessa forma menos ruído de origem mecânica do que as válvulas globo duplamente guiadas; e) não possuindo flange inferior a válvula é algo mais leve que as globo convencionais.

Por não possuir flange inferior, a válvula tipo gaiola não possui corpo reversível, e assim a montagem dos seus internos é do tipo entra por cima. A drenagem do fluido, se necessária, pode ser realizada através da parte inferior do corpo, por meio de um tampão rosqueado.

3.3.4.1 - Válvula Globo tipo Gaiola Sede Simples Nas figuras 8.a e 8.b vemos dois exemplos deste tipo de válvula. O fluido entra por baixo do anel da sede, passando pelo orifício e pelas janelas da gaiola. Apresentando apenas guia na gaiola, trata-se de uma válvula não balanceada como a globo convencional sede simples, pois a força do fluido tendendo abrir a válvula, não é balanceada e por isso apresenta o mesmo inconveniente de precisarmos de uma grande força de atuação. Pela figura 8, nota-se também que não sendo uma válvula de corpo reversível o deslocamento do obturador de cima para baixo fecha a válvula, ou seja, desce para fechar.

Fig. 8 - Válvula Globo tipo Gaiola Simples

Apresenta um vazamento de 0,01% da sua máxima capacidade de vazão, quando totalmente fechada e conforme a especificação normativa ANSI B16.104, possui um nível de vazamento Classe IV.

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É fabricada em diâmetros de 1/2" até 6” nas classes de 150, 300 e 600 lbs. As conexões das extremidades podem ser rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas.

3.3.4.2 - Válvula Globo Tipo Gaiola Balanceada Esta construção é basicamente similar a anterior, conforme vemos pela figura 9. Apenas que, neste caso, o obturador é balanceado dinamicamente (como acontece na válvula globo sede dupla) devido ao orifício interno no obturador, que faz com que a pressão do fluido comuniquese com ambos os lados do obturador, formando-se assim um balanceamento de forças.

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