Válvulas: Borboleta evolui até a estanqueidade total

Projetos em segmento de cone das válvulas borboleta triexcêntricas garantem vedação total, tornandos-as indicadas para fluídos perigosos e altas pressões

As válvulas borboleta são conhecidas por serem leves, econômicas, terem boa performance como válvula de controle e aplicáveis numa larga faixa de tamanhos.

No entanto, sempre tiveram restrições com relação à aplicação.

Ou eram estanques para baixas pressões e temperaturas ou permitia-se um determinado nível de vazamento para condições de operação à pressão e temperatura mais elevadas.

Além disso, depois de determinado tempo de operação, mesmo as válvulas inicialmente estanques apresentam nível crescente de vazamento decorrente do desgaste natural das partes internas.

Para solucionar esse problema, as válvulas borboleta evoluíram a partir do modelo convencional, com disco simétrico, para as válvulas de alto desempenho (uni ou biexcêntricas) até as válvulas triexcêntricas.

A evolução – As primeiras válvulas borboleta foram construídas com disco simétrico e eixo no plano da selagem e da tubulação.

A vedação dessas válvulas é baseada na interferência entre o disco e o assento. A deformação da sede em elastômero ou outro material resiliente garante a estanqueidade da válvula.

Os materiais utilizados na sede, como Buna N, Neoprene, EPDM, PTFE, somente podem ser utilizados em baixas temperaturas, até cerca de 180º C e baixas pressões.

Com a constante movimentação do disco, essa sede sofre desgaste e após um determinado número de ciclos, as válvulas começam a apresentar vazamentos, necessitando manutenção para a substituição dos elementos vedantes.

As válvulas de alto desempenho (high performance), uni ou biexcêntrica, têm como característica principal a localização do eixo de movimentação do disco deslocado em relação ao plano da vedação e nos casos de biexcentricidade, o eixo também é localizado fora do eixo do disco. Esse arranjo cria um movimento tipo came do disco, eliminando o contato entre o anel de vedação e a sede quando a válvula encontra-se aberta.

A vedação é feita através da interferência com anéis de elastômeros ou elemento resiliente para válvulas com classes de vedação ANSI V ou VI, ou com anéis metálicos, na configuração metal/metal, porém com restrições quanto à classe de vedação. Usualmente, essas válvulas têm classes menores ou iguais a ANSI V.

As válvulas high performance podem ser utilizadas em condições sujeitas a maiores pressões e temperaturas que as válvulas convencionais, porém as que têm sedes resilientes possuem as mesmas restrições quanto à máxima temperatura de operação que as válvulas convencionais, podendo suportar, normalmente, pressões até classe ANSI 600. As sedes metálicas também sofrem desgaste e podem ser danificadas quando o fluido contém sólidos.

O nível de vedação está, conforme cada projeto de válvula, vinculado à pressão e à temperatura de operação.

As triexcêntricas – Já as triexcêntricas são projetadas de modo que o contato entre o anel de vedação e a sede ocorra somente no exato momento em que a válvula está totalmente fechada, eliminando qualquer atrito entre a vedação e a sede e conseqüentemente o desgaste dos elementos de vedação.

No caso das válvulas triexcêntricas Tricentric, da Atwood & Morrill, em seu desenho patenteado, tanto a sede como o anel de vedação são construídos como troncos de cone, inclinados em relação à linha de centro da tubulação.

As três excentricidades características desse tipo de válvula são:

1) eixo do disco localizado na frente do plano da vedação

2) eixo do disco localizado fora da linha de centro do disco

3) eixo do cone fora do eixo do disco

Essa configuração exclusiva implica em várias vantagens. Para começar, quando submetida a altas pressões, na direção preferencial de fluxo, a pressão de vedação do anel de vedação sobre o assento é tanto maior quanto maior a pressão, garantindo a estanqueidade da válvula mesmo em altas pressões.

Além disso, em razão do assento ser o elemento de limitação do movimento do disco a Tricentric não necessita de ajustes complexos como nas válvulas de alto desempenho. Também por causa do formato cônico, permite-se o ajuste do disco com o assento evitando vibrações no disco. E, por fim, a instalação do eixo do disco na frente do plano da vedação elimina a possibilidade de vazamento e desgaste em torno do eixo.

Similar às demais válvulas borboleta, as válvulas triexcêntricas podem ser utilizadas também para controle de processo em razão de sua característica linear, geralmente entre 20º e 70º de abertura. Por serem vedadas por torque, são normalmente bidirecionais.

Características – As válvulas borboleta da Atwood&Morril podem ser utilizadas em condições extremas de pressão, temperatura e ambiente.Em temperaturas criogênicas a partir de -268ºC até altas temperaturas (870ºC). Em pressões, em vácuo até ANSI CL 600. Têm aplicação em gases, líquidos e fluidos com sólidos em suspensão ou que venham a criar depósitos nas superfícies de vedação (enxofre, por exemplo).

Os elementos de vedação são compostos de uma pilha de anéis de aço inoxidável e Grafoil ou um anel maciço, preso ao disco através de um anel de compressão fixado através de parafusos. Essa configuração permite com que os anéis de vedação possam ser substituídos.

Uma característica única dessas válvulas é a possibilidade de ter no mesmo equipamento um sistema de duplo bloqueio com dreno (double block and bleed). Esse sistema oferece a possibilidade de, em condições críticas, ter duas vedações e de poder monitorar cada uma em separado ou utilizar um fluido para isolamento.

As válvulas triexcêntricas são intrinsecamente fire safe, normalmente testadas de acordo com a API 607 4ª Edição. São utilizadas em instalações com combustíveis (óleo, petróleo, gasolina, e outros produtos), gás natural, GLP, nafta, gás de alto forno, etc.

Devido a sua confiabilidade, e por manterem-se estanques mesmo após mais de 50.000 ciclos de operação, são ideais para operação com fluidos com alto potencial de poluição, contaminantes ou perigosos.

Podem ser fabricadas em uma grande variedade de materiais para atender condições específicas de operação, tais como aço carbono (A216 WCB), aço inoxidável (A351 CF8M), Duplex, Super Duplex, Hastalloy, Inconel, Monel, Titânio, etc.

As válvulas triexcêntricas são projetadas e fabricadas de acordo com a ANSI B16.34, ANSI B16.5, API 607 e API 609. Atendem também ao ASME Section XIII e III para a área nuclear e ASME/ANSI B31.1 e B31.3. São testadas de acordo com ANSI/FCI 70-2-1976 e API 598.

As configurações das válvulas podem ser: Wafer ou Lug (API-609) ou flangeadas, de acordo com ISO 5752 ou de acordo com B16.10, com face-a-face de uma válvula gaveta.

Comparação com outras – Em comparação às válvulas-borboleta de alto desempenho, as de esfera, gaveta e globo, as triexcêntricas têm inúmeras vantagens. São as únicas com garantia de vazamento zero mesmo após longo período de operação, mais fáceis de automatizar que as válvulas gaveta e globo, construção totalmente em metal, uso bidirecional, além de intrinsecamente fire-safe e mais leves.

Por serem altamente confiáveis e possíveis de utilização em condições extremas de pressão e temperatura, as válvulas triexcêntricas podem substituir as válvulas gaveta e globo em inúmeras aplicações, com vantagens econômicas, seja sob o ponto de vista do investimento inicial como operacional, através da redução de manutenções e horas paradas ou devido às perdas por vazamento de fluido.

Com relação às de esfera, as vantagens no investimento inicial são consideráveis. Mais leves e simples, os investimentos são menores. Por causa da inexistência de atrito, os atuadores são consideravelmente menores e não necessitam de freqüentes manutenções.

As triexcêntricas podem ser configuradas para operação como válvulas de retenção. Por terem uma direção de fluxo preferencial e vedação mais eficiente quanto maior a pressão, são excelentes válvulas de retenção, em particular para grandes diâmetros.

Aplicações – A cada dia, as válvulas triexcêntricas encontram uma nova aplicação. Desde refinarias, a óleo ou gás, isolamento nos parques de estocagem de combustíveis; em controle e vedação de vapor; em controle das linhas dos condensadores de enxofre; em hidrogênio e gás de refinaria; até em controle da água de refrigeração.

Isso sem falar de aplicações em gás natural, siderurgia, em gás de alto-forno e de coqueria, descarga do compressor, em oxigênio, expansores e válvulas de bypass, papel e celulose, em isolamento, controle e retenção para vapor, e por aí vai.. Para se ter uma idéia de sua estanqueidade, são usadas para uso nuclear. No caso da Tricentric, da Atwood & Morril, atendem ou excedem as especificações do ASME Section III, 10CFR50 e ANSI B31.1.

O Autor

Eduardo Von Dreifus

Eduardo von Dreifus é engenheiro naval com cursos de pós-graduação em engenharia mecânica e de produção pela EPUSP e sócio-diretor da DREIFUS EA, representante exclusivo da Atwood & Morrill para o Brasil.

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