A seleção de válvulas é uma etapa muito importante na conceção de qualquer sistema de manuseamento de fluidos, uma vez que o tipo errado de válvula pode causar inúmeros problemas. Entre todos os tipos de válvulas, a válvula de gaveta e a válvula de esfera são duas das mais utilizadas na engenharia e na tecnologia. Embora ambas sejam utilizadas para controlar o fluxo de líquidos, diferem em termos de conceção, funcionalidade e aplicação. É fundamental compreender estas diferenças para alcançar os melhores resultados em termos de desempenho do sistema, produtividade e segurança em inúmeras indústrias. Este artigo irá centrar-se na descrição detalhada das válvulas de gaveta e das válvulas de esfera, o que o ajudará a fazer a escolha certa para a sua aplicação.
O que é uma válvula de guilhotina?
Na sua forma mais simples, uma válvula de guilhotina é uma válvula de movimento linear que abre ou interrompe o fluxo de água ou de qualquer outro fluido. A sua principal aplicação consiste em abrir ou fechar completamente o fluxo do fluido, permitindo um fluxo de passagem total quando se encontra na posição aberta e nenhum fluxo quando está fechada. Alguns dos tipos mais comuns de válvulas de gaveta são as válvulas de gaveta de deslizamento paralelo, as válvulas de gaveta em cunha (cunha sólida, cunha flexível e cunha dividida) e as válvulas de gaveta com conduta passante, que foram desenvolvidas para responder a diferentes condições de alta pressão e temperatura.
O que é uma válvula de esfera?
Uma válvula de esfera é um tipo de válvula rotativa que gira um quarto de volta para abrir ou fechar a válvula com a ajuda de um disco esférico com um orifício no centro. As válvulas de esfera caracterizam-se pela sua capacidade de fechar rapidamente, proporcionar uma vedação hermética e terem dimensões relativamente pequenas, o que as torna adequadas para utilização em sistemas de abastecimento de água. Existem vários tipos de válvulas de esfera, tais como as de passagem total, de passagem reduzida, de passagem em V e as montadas em munhão, e cada uma delas apresenta diferentes coeficientes de caudal e classificações de pressão. O elemento principal é uma esfera oca com um furo rotativo.
Válvula de guilhotina vs. válvula de esfera: em que diferem?
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Concepção e Estrutura
A estrutura das válvulas de guilhotina e das válvulas de esfera também apresenta algumas diferenças que podem ser descritas da seguinte forma: uma válvula de guilhotina é composta por corpo, tampa, guilhotina, anéis de sede, haste e atuador, que pode ser um volante ou um sistema automático. A guilhotina desliza ao longo da haste com a ajuda dos anéis de sede para regular o fluxo. As válvulas de esfera, em contrapartida, são normalmente compostas por um corpo, uma esfera, sedes, haste e atuador. A esfera, com o seu furo específico, é o principal componente de controlo do fluxo, que roda para abrir ou fechar as sedes, permitindo ou impedindo o fluxo de fluidos. As válvulas de guilhotina são geralmente maiores e mais pesadas do que as válvulas de esfera do mesmo tamanho e classe de pressão, principalmente devido ao espaço necessário para o movimento da guilhotina.
Controlo de fluxo
No que diz respeito ao controlo do caudal, as válvulas de guilhotina são utilizadas principalmente em aplicações de abertura/fecho em grandes condutas de abastecimento de água. Não são muito eficazes no controlo ou gestão do caudal. Alguns dos problemas que podem surgir com a abertura parcial de uma válvula de guilhotina incluem vibrações induzidas pelo caudal, erosão da lâmina e das sedes devido à elevada velocidade do fluido que passa pela abertura restrita e danos na válvula. As válvulas de esfera são utilizadas principalmente para o serviço de abertura/fecho, mas podem proporcionar algum grau de regulação do caudal, especialmente quando a esfera possui uma abertura em forma de V. No entanto, a regulação do caudal com uma válvula de esfera padrão também pode causar desgaste das sedes se for mantida durante um longo período de tempo. Em termos de controlo de caudal, a utilização de válvulas de regulação é mais recomendada do que as válvulas de guilhotina e as de esfera.
Aplicações
As válvulas de guilhotina são utilizadas em processos em que é necessário um fluxo amplo e livre do fluido e em que a válvula não é aberta ou fechada com frequência. Exemplos disso incluem:
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Estações de tratamento de água e de águas residuais
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Oleodutos e gasodutos
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Centrais elétricas
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Operações mineiras
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Manuseamento de materiais a granel
As válvulas de esfera, devido ao seu funcionamento rápido e à sua capacidade de fecho e vedação, são utilizadas numa vasta gama de aplicações, tais como:
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Sistemas de climatização
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Distribuição de gás natural
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Processamento químico
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Indústria alimentar e de bebidas
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Produtos farmacêuticos
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Sistemas automatizados de controlo de processos
Depende principalmente das necessidades do sistema; por exemplo, se este requer um fecho rápido, uma vedação hermética ou uma baixa queda de pressão.
Desempenho da vedação
A estanqueidade é um dos aspetos mais importantes do desempenho das válvulas, e tanto as válvulas de guilhotina como as válvulas de esfera apresentam diferentes graus de vedação. As válvulas de esfera, especialmente as que possuem sedes macias (PTFE ou elastómero), são relativamente mais eficazes em termos de vedação do que as válvulas de guilhotina. Isto deve-se à forma esférica da esfera e ao contacto uniforme com as sedes ao longo da superfície de vedação. As válvulas de guilhotina dependem do fecho da lâmina sobre as sedes para criar uma vedação. Com o passar do tempo, as superfícies de vedação das válvulas de guilhotina podem sofrer desgaste, dependendo da frequência de utilização da válvula ou se o fluido que passa pela válvula contiver materiais abrasivos, o que pode causar fugas.
Vida útil
A vida útil tanto das válvulas de gaveta como das válvulas de esfera depende do material utilizado na válvula, das condições de funcionamento (pressão, temperatura, tipo de fluido) e da frequência de utilização. Em geral, as válvulas de esfera têm um design menos complexo e menos peças em movimento e, por isso, é mais provável que tenham um ciclo de vida mais longo, especialmente em serviços com ciclos repetidos. O funcionamento de um quarto de volta também reduz o desgaste das peças internas. As válvulas de guilhotina, devido ao seu movimento deslizante, podem sofrer um maior desgaste na lâmina e nas sedes, especialmente se a válvula for utilizada para regulação do caudal. No entanto, nos casos em que são utilizadas principalmente na posição totalmente aberta ou totalmente fechada e não estão expostas a condições severas, as válvulas de guilhotina também podem ter uma longa vida útil e garantir a durabilidade do sistema como um todo.
Manutenção e limpeza
A manutenção das válvulas de guilhotina e das válvulas de esfera difere devido ao design de cada uma. As válvulas de guilhotina são, geralmente, mais exigentes em termos de manutenção devido ao número de peças móveis e ao desgaste da lâmina e das sedes. A manutenção do eixo pode exigir lubrificação frequente, enquanto a gaxeta pode necessitar de inspeção para verificar a existência de fugas. A limpeza também pode ser mais complicada nas válvulas de guilhotina devido à cavidade onde, normalmente, se acumulam resíduos, causando assim contaminação. As válvulas de esfera são comparativamente menos complexas e, por isso, requerem menos manutenção. No entanto, as sedes das válvulas de esfera podem sofrer desgaste devido a fluidos abrasivos ou à alta pressão. A limpeza de uma válvula de esfera é normalmente fácil; por vezes, basta abrir a válvula e enxaguá-la.
Fatores a ter em conta na escolha entre válvulas de guilhotina e válvulas de esfera
Tipo de fluido
A natureza do fluido que deve ser gerido pelo sistema é um fator crítico na escolha da válvula. Para fluidos limpos e não viscosos, tanto as válvulas de guilhotina como as de esfera podem ser boas opções. No entanto, para fluidos que contenham sólidos em suspensão ou pastas, as válvulas de guilhotina podem ser mais suscetíveis a entupimentos ou danos nas sedes devido ao movimento deslizante da lâmina. As válvulas de esfera, que se autolimpam à medida que a esfera gira, podem ser preferíveis nessas aplicações. No caso de fluidos altamente corrosivos, o material de fabrico das peças da válvula (corpo, sedes, vedantes) é fundamental; ambos os tipos de válvulas são fabricados em vários materiais resistentes à corrosão e podem ser utilizados com gases.
Espaço de instalação
A dimensão do espaço de instalação também pode determinar se se deve utilizar uma válvula de guilhotina ou uma válvula de esfera. As válvulas de esfera têm, geralmente, um design mais compacto em comparação com as válvulas de guilhotina com o mesmo diâmetro nominal e pressão nominal. Isto faz com que as válvulas de esfera sejam preferidas em muitos sistemas, uma vez que, em muitos casos, requerem menos espaço de instalação. As válvulas de guilhotina necessitam de um curso linear maior para que a lâmina seja totalmente levantada quando estão totalmente abertas, o que pode constituir uma limitação em algumas aplicações.
Custo
O custo inicial das válvulas de guilhotina e das válvulas de esfera pode variar consoante o tamanho, a classe de pressão, o material de fabrico e a marca. Em geral, para os tamanhos pequenos e as classes de pressão baixas, o custo das válvulas de esfera pode ser ligeiramente superior ao das válvulas de guilhotina. No entanto, nos tamanhos grandes e nas classes de pressão elevadas, a diferença de custo pode não ser significativa e, por vezes, as válvulas de guilhotina podem ser mais baratas. O custo global deve também incluir os custos a longo prazo, tais como os custos de manutenção do equipamento e os custos de substituição do equipamento num futuro próximo.
Pressão
Para pressões baixas a médias, até à Classe 300 da ANSI, podem ser utilizadas tanto válvulas de guilhotina como válvulas de esfera, mas estas últimas são preferíveis devido à melhor vedação e ao funcionamento rápido. Em aplicações de alta pressão (Classe 600+ da ANSI), é necessário o uso de modelos especiais para ambos os tipos. As válvulas de gaveta são utilizadas em aplicações de pressão muito elevada, mas também existem válvulas de esfera de alta pressão com montagem em munhão. É sempre importante garantir que a classificação de pressão da válvula seja superior à pressão máxima do sistema e ao choque hidráulico.
Temperaturas
Outro fator que influencia a escolha da válvula é a temperatura do fluido a ser manuseado. As válvulas de guilhotina e as válvulas de esfera podem ser encomendadas com diferentes materiais para o corpo, as sedes e as vedações, adequados a diferentes intervalos de temperatura. A temperatura desempenha um papel significativo no desempenho e na durabilidade da válvula, podendo, por isso, ser elevada ou baixa. Por exemplo, temperaturas elevadas podem levar à deterioração de alguns materiais de sede macios utilizados nas válvulas de esfera. A tabela seguinte apresenta os limites de temperatura aproximados para os materiais de válvulas mais comummente utilizados:
| Material | Intervalo de temperatura típico (°C) | Intervalo de temperatura típico (°F) |
| Aço ao carbono | -29 a 427 | -20 a 800 |
| Aço inoxidável | -196 a 538 | -320 a 1000 |
| PTFE (Teflon) | -200 a 260 | -328 a 500 |
| EPDM | -50 a 150 | -58 a 302 |
| Buna-N (Nitrilo) | -40 a 121 | -40 a 250 |
Acionamento de válvulas: o próximo passo para as válvulas de guilhotina e de esfera
Embora o manuseamento através de volante ou alavanca seja habitual nas válvulas de guilhotina e de esfera, existem muitas aplicações em que é necessário um controlo remoto ou automático. É aqui que entra em jogo o acionamento das válvulas. Os atuadores pneumáticos, elétricos e hidráulicos podem ser utilizados tanto em válvulas de guilhotina como em válvulas de esfera. Os atuadores pneumáticos funcionam com base no princípio do ar comprimido para fornecer a força necessária ao funcionamento da válvula, tornando-os uma solução económica e eficiente para muitas aplicações. Os atuadores elétricos utilizam um motor elétrico para fornecer o binário necessário ao funcionamento da válvula e são fáceis de integrar nos sistemas de controlo.
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Conclusão
A escolha da válvula adequada é fundamental para o sucesso de qualquer sistema de manuseamento de fluidos. A decisão entre estes dois tipos de válvulas depende da natureza da aplicação, do tipo de fluido, da pressão, da temperatura, do espaço disponível, do custo e da necessidade de a válvula ser acionada. Só ao compreender as diferenças e os pontos fortes de cada uma é que se pode fazer a escolha certa das válvulas e dispor de um sistema de manuseamento de fluidos melhor e mais eficiente.
