As indústrias perdem milhões de reais a cada ano devido às conseqüências da seleção incorreta de válvulas, que pode provocar falhas acarretando perda de fluidos em sistemas, produção fora das especificações, despesas com equipamento parado, condições inseguras de trabalho e danos ambientais. Em vista disso, como é possível selecionar com segurança uma válvula que permita fácil instalação, opere com segurança e confiabilidade e ofereça o menor custo geral e de manutenção em seu sistema? Quando for especificar ou substituir uma válvula na próxima vez, analise primeiramente seu sistema e considere estas diretrizes simples, destinadas a ajudá-lo a selecionar válvulas que atendam aos requisitos específicos de seu sistema
John Wawrowski*
Com que tipo de fluido o sistema irá operar? Antes de selecionar uma válvula, considere o tipo de fluido que o sistema irá transportar. O fluido é viscoso ou fino? Gasoso ou líquido? Corrosivo ou inerte? Essas variáveis podem afetar os componentes do sistema e sua operação. Por exemplo, a viscosidade do fluido afeta a vazão do sistema e as características da válvula. Fluidos mais viscosos reduzem a vazão e os vazamentos do sistema. Por outro lado, um gás leve e com alta pressão irá fluir mais facilmente através do sistema, mas poderá apresentar mais problemas de vedação. Alguns tipos de gases, como hidrogênio e metano, apresentam riscos significativos de ignição e o menor vazamento para a atmosfera pode ser catastrófico. Se o fluido de um sistema for um gás tóxico, como a arsina (AsH3) ou fosfina, o vazamento para a atmosfera pode apresentar riscos para os trabalhadores da fábrica. Gases ou líquidos corrosivos, como ácido clorídrico, ácido sulfídrico ou até vapor,podem danificar componentes e até mesmo remover material por ataque químico ou físico.Quais são as condições de operação do Sistema?As condições de operação do sistema, como temperatura e pressão, também são fatores importantes na escolha de uma válvula. Por exemplo, considere a seleção de materiais em aplicações com temperatura alta ou baixa; materiais de componentes com coeficientes de expansão diferentes podem permitir vazamentos de fluido. Componentes plásticos podem contrair ou vazar, ou podem absorver água e outros fluidos do sistema e se tornarem quebradiços em baixas temperaturas. Os elastômeros também podem endurecer e trincar em aplicações criogênicas, além de possuírem altos coeficientes de dilatação térmica. Além disso, o diferencial de pressão pode afetar a capacidade de vedação. Veja que, um sistema operando a 1000 psig poderá vazar uma quantidade 10 vezes maior de produto em relação ao mesmo sistema operando a 100 psig. A válvula será utilizada em serviço severo?Se necessitar de uma válvula que opere com confiabilidade em serviços severos, considere uma válvula projetada especialmente para esse tipo de serviço e verifique se ela atende às normas e exigências industriais em vigor. A seguir, estão indicados alguns exemplos de aplicações e as normas correspondentes reconhecidas pelo mercado. - Válvulas utilizadas em aplicações de segurança contra incêndio- Norma API 607 - Especificação de Segurança contra incêndio;- Válvulas para aplicações com gases ácidos - Especificações NACE MR0175 (National Association of Corrosion Engineers);- Válvulas utilizadas em aplicações com fluidos térmicos - ANSI/FCI 70-2 - Especificações para válvulas com bloqueio estanque e Norma para risco de incêndio similar à API 607;- Válvulas utilizadas em sistemas com cloro - Folheto Nº 6 do Chlorine Institute, “Sistemas de tubulação para gás cloro seco”.Quais são os requisitos específicos necessários para o projeto da Válvula?Após examinar as características do fluido e as condições de operação, é importante entender as características de projeto da válvula que são importantes para o seu desempenho. Embora os fabricantes de válvulas não possam controlar os parâmetros de projeto de seu sistema, tais como o fluido do sistema e as condições de operação, eles podem controlar as características de projeto que afetam o desempenho da válvula. Uma característica importante é o modo de vedação da válvula para a atmosfera. As válvulas podem ser fornecidas com vedação convencional ou vedação ativa. Em válvulas com vedação convencional, uma gaxeta cilíndrica em PTFE se encaixa com pouca folga ao redor da haste da válvula. Quando a porca da gaxeta é apertada, o material PTFE é forçado para fora, contra o castelo da válvula, e para dentro, contra a haste, formando uma vedação.
Outro tipo de projeto de vedação para válvulas é a vedação “dinâmica”. O carregamento dinâmico submete a vedação a uma compressão uniforme, que garante sua estanqueidade, mesmo em sistemas com freqüentes alterações na pressão ou na temperatura, ou com altas ciclagens. Vedações dinâmicas bem projetadas exercem uma pressão mínima para atingir a vedação, sem aumentar a quantidade de torque requerido para a atuação da válvula. Dessa maneira, o carregamento dinâmico também reduz o desgaste e danos na vedação da haste em aplicações com grande ciclagem. Os dois métodos mais comuns de vedação ativa são por vedação com um anel-O de elastômero e por uma vedação plástica carregada por mola. O método mais simples de vedação carregada dinamicamente utiliza um anel-O de elastômero. A resiliência do elastômero proporciona o carregamento dinâmico. No método de carregamento por mola, a vedação pode empregar um material plástico, porém, como estes não são tão resilientes como os elastômeros, uma série de molas com um guia de metal proporcionam o carregamento dinâmico. Uma porca comprime as molas para manter uma carga uniforme na vedação. Válvulas sem gaxeta, como vál- vulas-diafragma ou válvulas com foles, proporcionam vedações estáticas, de metal contra metal. Repetindo, existem diversos fatores que os fabricantes de válvulas podem controlar e que podem afetar a integridade da vedação metal contra metal. Por exemplo, há uma relação direta entre a qualidade do acabamento da superfície da válvula e o seu desempenho e integridade de vedação. Ou seja, ajustar a ponta de uma haste e de uma sede com um acabamento retificado pode resultar em uma folga menor entre essas duas superfícies do que a que existiria se o acabamento das duas superfícies fosse regular. Outro fator que afeta a integridade da vedação metal contra metal é a dureza dos materiais. A ponta da haste deve ser fabricada com um material mais duro que a sede, de modo que a sede se deforme ligeiramente e crie uma vedação estanque.
Dimensão das Válvulas O tamanho da válvula é descrito geralmente pelo tamanho nominal de suas conexões. Mas, para a maioria dos sistemas de fluidos, um valor mais importante é a indicação da vazão com que a válvula pode operar. Os métodos de cálculo de vazão pedem que certos aspectos da tubulação e do fluxo sejam conhecidos, como: - Tamanho e formato do orifício e passagem do fluxo;- Diâmetro interno da tubulação;- Características do fluido, como densidade e temperatura;- Perda de carga entre a entrada e a saída.É fácil entender que uma passagem direta do fluxo, como a de uma válvula de esfera, deve permitir uma vazão maior que a passagem equivalente de uma válvula agulha, que apresenta uma passagem muito mais sinuosa para o escoamento do fluido. Em vez de realizar cálculos complexos para entender melhor a vazão de um fluido, é possível comparar o coeficiente de vazão (Cv). O Cv agrupa os efeitos combinados de todas as restrições de vazão em uma válvula e apresenta um único número de referência comum. Outras características do projeto da válvula a serem consideradas incluem a atuação manual ou automática e os métodos de conexão empregados. A experiência mostra que válvulas com conexões integrais nas extremidades minimizam os pontos de vazamento em potencial e simplificam os procedimentos de instalação e manutenção.Que tipo de procedimento de instalação eu devo seguir? Após ter selecionado a válvula correta para sua aplicação, analise como ela será instalada e procure características que maximizem o desempenho e minimizem problemas de manutenção. Uma instalação incorreta irá afetar o desempenho e a confiabilidade. Considere essas sugestões:- Instale válvulas com suportes para painel, suportes inferiores ou suportes especiais. Lembre-se de que os suportes das válvulas devem resistir a cargas externas, como a expansão do sistema, e devem absorver o torque do atuador da válvula, de modo que a tensão não seja transferida para as conexões ou para a tubulação;- Instale uma válvula de maneira que ela seja apoiada pelo suporte de montagem da válvula e não pelo sistema de tubulação;- Instale válvulas em locais visíveis, de fácil acesso, protegidas contra danos ou atuação acidental;- Instale as válvulas com a seta de vazão voltada para a direção do fluxo;- Não instale válvulas em áreas onde podem ser utilizadas como apoio para os pés ou para pendurar algo.Em resumo, ao escolher a válvula correta, você ajuda a manter um ambiente seguro, elimina custos por equipamento parado e se beneficia com o aumento da confiabilidade e desempenho e de uma operação livre de vazamentos.
Dimensão das Válvulas O tamanho da válvula é descrito geralmente pelo tamanho nominal de suas conexões. Mas, para a maioria dos sistemas de fluidos, um valor mais importante é a indicação da vazão com que a válvula pode operar. Os métodos de cálculo de vazão pedem que certos aspectos da tubulação e do fluxo sejam conhecidos, como: - Tamanho e formato do orifício e passagem do fluxo;- Diâmetro interno da tubulação;- Características do fluido, como densidade e temperatura;- Perda de carga entre a entrada e a saída.É fácil entender que uma passagem direta do fluxo, como a de uma válvula de esfera, deve permitir uma vazão maior que a passagem equivalente de uma válvula agulha, que apresenta uma passagem muito mais sinuosa para o escoamento do fluido. Em vez de realizar cálculos complexos para entender melhor a vazão de um fluido, é possível comparar o coeficiente de vazão (Cv). O Cv agrupa os efeitos combinados de todas as restrições de vazão em uma válvula e apresenta um único número de referência comum. Outras características do projeto da válvula a serem consideradas incluem a atuação manual ou automática e os métodos de conexão empregados. A experiência mostra que válvulas com conexões integrais nas extremidades minimizam os pontos de vazamento em potencial e simplificam os procedimentos de instalação e manutenção.Que tipo de procedimento de instalação eu devo seguir? Após ter selecionado a válvula correta para sua aplicação, analise como ela será instalada e procure características que maximizem o desempenho e minimizem problemas de manutenção. Uma instalação incorreta irá afetar o desempenho e a confiabilidade. Considere essas sugestões:- Instale válvulas com suportes para painel, suportes inferiores ou suportes especiais. Lembre-se de que os suportes das válvulas devem resistir a cargas externas, como a expansão do sistema, e devem absorver o torque do atuador da válvula, de modo que a tensão não seja transferida para as conexões ou para a tubulação;- Instale uma válvula de maneira que ela seja apoiada pelo suporte de montagem da válvula e não pelo sistema de tubulação;- Instale válvulas em locais visíveis, de fácil acesso, protegidas contra danos ou atuação acidental;- Instale as válvulas com a seta de vazão voltada para a direção do fluxo;- Não instale válvulas em áreas onde podem ser utilizadas como apoio para os pés ou para pendurar algo.Em resumo, ao escolher a válvula correta, você ajuda a manter um ambiente seguro, elimina custos por equipamento parado e se beneficia com o aumento da confiabilidade e desempenho e de uma operação livre de vazamentos.
* John Wawrowski é gerente de produto para instrumentação analítica da Swagelok Company, Solon, Ohio, EUA.
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