Instalação de válvulas de retenção: direção do fluxo, orientação e as regras que determinam a vida útil da válvula

O que faz uma válvula de retenção: direção do fluxo e para onde este se dirige

Uma bomba de reforço que funciona bem durante toda a manhã pode avariar-se com uma única falha de energia. Quando o motor pára, a coluna de água que se encontra na conduta de descarga inverte-se, faz a bomba girar ao contrário e pode soltar o impulsor. A única peça que se interpõe entre uma paragem normal e essa avaria é um único disco que se fecha por oscilação. É isso que uma válvula de retenção é: uma porta unidirecional para o tubo. O problema é que a porta só funciona quando está virada na direção certa, se encontra no lugar certo e utiliza um mecanismo que se adapta ao sentido de fluxo do tubo.

No interior do corpo, uma peça móvel reage à pressão. O fluxo para a frente empurra o disco para a posição aberta. Quando a pressão para a frente diminui, uma mola, a gravidade ou o próprio refluxo fazem com que o disco regresse à sua sede antes que se forme o impulso inverso. Não há manípulo nem atuador, nada que seja necessário ajustar posteriormente. A instalação é a única configuração que a válvula alguma vez terá, e a seta de fluxo fundida ou estampada no corpo é a primeira coisa a verificar. O fluxo na tubagem e a seta devem apontar na mesma direção antes de se apertar um único parafuso.

Se estiver orientada na direção errada, a válvula apresenta falha numa de duas situações. Se o disco não conseguir abrir, a conduta fica sem fluxo: a bomba funciona contra uma porta fechada, sobreaquece e entra em cavitação. Se o disco nunca assentar, a conduta sofre refluxo em cada desligamento e a bomba sofre golpes de aríete em cada reinício. Nenhuma destas falhas é detetável durante a instalação. Ambas manifestam-se semanas mais tarde, razão pela qual a verificação da seta é realizada antes da montagem, e não durante a resolução de problemas.

A localização segue a mesma lógica. A válvula deve ser instalada no lado de descarga da bomba, onde impede o refluxo de água para o interior da bomba. No lado de sucção, provoca uma perda por atrito permanente na entrada da bomba e torna-se um risco de cavitação. Os sistemas residenciais seguem a mesma regra, embora em menor escala. A válvula de retenção de uma bomba de poço de drenagem é instalada no tubo de descarga vertical, logo acima da bomba, abaixo do nível do pavimento, para que a água acima dela não possa voltar a cair para o poço.

Há um termo que devemos esclarecer antes de prosseguirmos. Nos trabalhos de irrigação, um conjunto de válvula de retenção dupla é um dispositivo de prevenção de refluxo composto por duas válvulas, além de válvulas de corte e orifícios de teste, e destina-se a proteger o abastecimento de água potável. Tudo o que é abordado neste artigo diz respeito à válvula de retenção simples presente no interior de uma bomba ou numa linha de processo. Os dois conceitos não são intercambiáveis.

Modelos de válvulas de retenção e o que cada um permite: a orientação em primeiro lugar

Todas as válvulas de retenção cumprem a mesma função, mas os mecanismos diferem, e é o mecanismo que determina o que a tubagem pode fazer com ela. A orientação é o exemplo mais claro: trata-se de uma restrição mecânica, não de uma preferência do instalador. Não se pode exigir que um modelo que fecha por gravidade feche contra a inclinação. As três estruturas abaixo abrangem a maioria das instalações industriais. Cada uma delas associa o mecanismo às condições que tolera e ao cenário de falha que surge quando essas condições são ignoradas.

Válvulas de retenção basculantes

Uma válvula de retenção oscilante possui um disco articulado na parte superior do furo. O fluxo no sentido da abertura faz com que o disco se abra; a gravidade e o fluxo no sentido contrário fazem com que se feche. Sem a ajuda de uma mola, o disco necessita de um fluxo estável e predominantemente horizontal para funcionar corretamente. Funciona bem em tubagens horizontais e em tubagens verticais onde o fluxo sobe. Numa conduta vertical com fluxo descendente, falha devido ao seu próprio design: o disco fica aberto, o fluxo inverte-se e o impacto tardio ocorre com toda a coluna de água por trás. A turbulência é o assassino silencioso. Um cotovelo ou a descarga de uma bomba a montante provoca um fluxo instável no disco oscilante, o disco vibra e o pino e a sede desgastam-se muito antes do tempo. Entre os designs comuns, as válvulas de retenção oscilantes são as mais sensíveis ao percurso em linha reta.

Válvulas de retenção de elevação

Uma válvula de retenção de elevação desloca o seu disco axialmente ao longo de uma sede guiada. A pressão no sentido da abertura eleva o disco; a gravidade faz com que este volte a descer. A guia tem de ficar na vertical para que a gravidade atue, pelo que se trata de um equipamento para linhas horizontais. Quando aparafusada numa conduta vertical, o disco ou fica encravado na guia ou assenta descentrado, causando fugas. A contrapartida dessa rigidez é a qualidade da vedação: o curso guiado curto proporciona um assentamento mais preciso do que um disco oscilante, à custa de uma maior resistência ao fluxo. Algumas versões com flange e elevação incluem um volante aparafusado, o que permite que o mesmo corpo funcione como uma válvula de isolamento de emergência durante a colocação em serviço.

Válvulas de retenção de wafer de placa dupla

Uma válvula de placa dupla divide o disco em duas meias placas articuladas por uma dobradiça central, cada uma sustentada por uma mola de torção. As molas começam a fechar as placas no momento em que o fluxo para a frente abranda, de modo que as placas atingem as suas sedes antes que se forme o surto de refluxo. Esse fecho antecipado é a razão pela qual as válvulas de placa dupla são a solução padrão para o golpe de aríete em obras de reabilitação. O corpo tipo wafer é fixado entre duas flanges, o arranjo «face a face» mais curto da linha, e as molas fecham as placas em qualquer posição. Isso torna o modelo de dupla placa o design mais tolerante à orientação neste contexto. Mesmo assim, qualquer orientação para além da horizontal e da vertical para cima requer uma confirmação por escrito do fabricante, uma vez que a resistência das molas varia consoante o tamanho.

Dois outros modelos completam o esquema. As válvulas de retenção axiais, ou silenciosas, possuem um disco acionado por mola na linha central do tubo. São as que fecham mais rapidamente e as que melhor suportam as piores condições de caudal, razão pela qual as estações de bombagem as especificam para instalação perto da descarga. As válvulas de retenção de esfera permitem a passagem de sólidos e lamas que poderiam encravar um disco, trocando um fecho hermético por essa tolerância.

Nenhum destes limites de atitude é uma preferência. Cada um deles decorre da localização da gravidade e das molas no interior do mecanismo. Quando a atitude de que necessita não consta da documentação do fabricante, o procedimento a seguir não é um ajuste experimental. Trata-se de uma consulta por escrito.

Instalação de uma válvula de retenção: passos, vedação e verificações no local

Depois de escolhido o design e de ter lido as instruções, a instalação consiste numa curta sequência de passos. Cada passo é necessário, pois ignorá-lo resulta numa falha comprovada.

1. Isolar e drenar. Desligue a bomba, bloqueie a alimentação elétrica, despressurize a conduta e drene a secção. Uma junta que se abra sob pressão residual descarrega sem aviso prévio.
2. Verifique novamente a direção e a atitude no local. Oriente a seta do corpo na direção real do fluxo, e não na direção indicada no desenho, e verifique se a disposição instalada está em conformidade com as regras de projeto acima referidas. É bastante frequente que a tubagem no local se desvie dos desenhos, pelo que esta etapa permite detetar erros reais antes que se tornem mistérios que só serão resolvidos semanas mais tarde.
3. Faça a junção. As extremidades roscadas requerem que a fita vedante seja enrolada no sentido da rotação, para que o aperto não a desenrole. As extremidades com flanges requerem superfícies limpas, uma junta centrada e parafusos apertados em padrão cruzado ao longo de várias passagens. Os corpos tipo wafer requerem que ambas as flanges estejam alinhadas num eixo comum, com a válvula centrada entre elas; um aperto desigual dos parafusos deforma o corpo e, consequentemente, a sede também se deforma.
4. Trate as bases soldadas com cuidado. Nos casos em que a válvula for soldada à conduta, nos modelos com sede de elastómero é necessário remover primeiro a sede e o disco. O calor da soldadura destrói as sedes de elastómero quando estas se encontram no local, e mesmo uma válvula com sede metálica deve seguir o procedimento de soldadura indicado pelo fabricante para evitar que o calor deforme a sede.
5. Encha e, em seguida, teste. Lave a conduta antes da primeira colocação em funcionamento, para que as escórias de soldadura e os detritos nunca cheguem ao disco ou à sede. Em seguida, realize um teste de pressão e verifique se há fugas na direção inversa. Uma válvula que mantenha a pressão no sentido direto, mas que apresente fugas no sentido inverso, não garantirá o encerramento do sistema.

Três falhas nesta cadeia são causadas pelo próprio utilizador: uma sede macia soldada no lugar, um arranque sem lavagem e um corpo da válvula deformado devido a parafusos mal distribuídos. Todas as três podem ser verificadas no local em menos tempo do que o que demora a reparação.

No lugar certo: Distância de descarga da bomba e regras relativas ao trecho reto

A posição do sistema vem antes do trecho reto. A ordem é importante em ambas as direções. A válvula de isolamento permite que a manutenção seja realizada sem esvaziar o sistema, e a válvula de retenção protege a bomba de qualquer movimento que a conduta possa fazer após uma paragem. O lado da sucção não necessita de qualquer válvula de retenção, uma vez que as perdas por atrito e o risco de cavitação superam quaisquer benefícios nesse ponto.

É no que diz respeito à distância em relação à bomba que as regras escritas deixam de coincidir, e vale a pena ter em conta essa divergência antes que se transforme numa discussão no local.

Os números divergem porque o perfil de danos varia consoante a estrutura. O fluxo turbulento à saída de uma bomba ou de um cotovelo é o que mais move um disco oscilante, pelo que as válvulas de retenção oscilantes exigem as distâncias mais rigorosas. Os modelos axiais com mola mantêm o disco na linha central e não são afetados pela mesma turbulência. Consulte a tabela por tipo de estrutura e a maior parte do conflito será resolvida. Considere 10 diâmetros como o valor padrão conservador para discos oscilantes e aceite distâncias mais curtas para os modelos com mola. Quando uma plataforma compacta não deixar espaço, substitua o argumento por uma resposta por escrito do fabricante da válvula. (Uma dica, 2008; Revista Valve, 2023)

O aspeto positivo é que o valor da distância é uma decisão tomada na fase de especificação. Se for definido na fase de desenho, não tem qualquer custo. Se for descoberto na fase de colocação em serviço, implica um corte, uma nova soldadura e um novo teste, e é exatamente assim que ocorrem os casos de erosão abaixo referidos.

Duas posições nunca são adequadas. Imediatamente a seguir a um aumentador, o jato raspa o disco e o pino até a válvula deixar de encaixar. No lado da sucção, a válvula priva de fluxo a bomba que deveria proteger.

Parâmetros de tamanho e especificações antes de efetuar a encomenda

A escolha do tamanho determina a vida útil da válvula de forma mais discreta do que qualquer outro aspeto das etapas acima, e isso acontece no escritório, antes mesmo de a encomenda ser efetuada.

O diâmetro da tubagem não corresponde ao tamanho da válvula

Uma válvula de retenção dimensionada em função do diâmetro do tubo, em vez de ser dimensionada em função do caudal, funciona parcialmente aberta durante toda a sua vida útil, e um disco parcialmente aberto entra em vibração. A vibração desgasta o pino, a dobradiça e a borda da sede até que o disco deixe completamente de assentar.

O mesmo relatório aponta as válvulas sobredimensionadas como a causa única mais comum com que os seus autores se deparam. O guia de instalação da DFT afirma o mesmo do ponto de vista da oficina, atribuindo a maioria dos problemas de manutenção das válvulas de retenção a erros de aplicação e dimensionamento. A regra prática entre os engenheiros é utilizar um tamanho de tubo inferior ao da linha para projetos convencionais, verificado em relação aos dados de caudal do fabricante. Considere-a mais como uma regra empírica do que como uma norma; o que importa é a verificação. As linhas de baixo caudal necessitam da mesma verificação da pressão de abertura, porque uma válvula que nunca abre totalmente falha precisamente por este motivo.

Padrões de pressão, temperatura e ligação

A classe de pressão e a temperatura dependem do sistema, e não do valor mais elevado indicado pelo fornecedor. As classificações de classe e PN constam da ficha de projeto. A temperatura determina o tipo de sede — macia ou metálica — e, consequentemente, o método de soldadura a seguir nas etapas de instalação. A norma de ligação deve corresponder aos flanges da linha e, em projetos de exportação, isso significa confirmar explicitamente as normas ANSI, GB, DIN ou JIS, em vez de partir de suposições.

As gamas industriais publicadas dão uma ideia da escala. Os corpos de válvulas de disco duplo variam entre DN15 e DN300, com pressões até cerca de 40 bar. As válvulas de retenção oscilantes com flanges atingem DN600, com versões com sede metálica classificadas para serviços até cerca de 425 °C. As válvulas de retenção de elevação com flanges situam-se em torno dos 16 bar. Considere estes valores como referências de catálogo e verifique-os nas tabelas reais do fabricante, uma vez que o material da sede e a classe de pressão influenciam cada um desses valores.

Os quatro limites da instalação a incluir no inquérito

Cada um dos cenários de falha acima começa com uma decisão que poderia ter sido tomada na fase do orçamento. Isso faz com que a consulta seja o momento mais económico para colocar quatro perguntas. Primeira: especificações permitidas, por escrito, para o modelo exato. Segundo: percurso direto recomendado para a disposição real, incluindo o que é aceitável dentro de um skid compacto. Terceiro: dados de dimensionamento para o serviço real, pressão de ruptura e dados de caudal, e não apenas o diâmetro nominal. Quarto: práticas de soldadura e colocação em serviço para a família de sedes que está a ser adquirida, incluindo a remoção das sedes e a lavagem. Um fornecedor que responda a estas quatro questões por escrito está a gerir o risco de instalação. Aquele que responde com adjetivos está apenas a vender uma classe de pressão.

O que isto significa para a sua próxima encomenda de válvulas de retenção

Consideradas em conjunto, as falhas acima têm uma característica em comum: cada uma delas foi identificada antes do arranque. O disco de 17 graus foi definido por uma linha de encomenda. O pino desgastado foi definido por um esquema de montagem. O disco oscilante que ficou preso na posição aberta foi definido por um desenho que mostrava um percurso vertical descendente. Os dados de campo do fabricante confirmam, no seu conjunto, que a maioria dos problemas de manutenção das válvulas de retenção se deve às escolhas relativas à aplicação, ao dimensionamento e à instalação. Nada disso faz da válvula um mau produto. Faz sim com que a fase de negociação da compra seja o momento mais económico para prevenir a avaria.

Para os engenheiros de projeto, a versão prática é sucinta. Transfira os quatro critérios do raciocínio no local para o pedido de propostas e peça a cada proponente que lhes responda por escrito, com base na sua planta real. O custo é de quatro linhas num caderno de encargos. O custo evitado é ter de cortar uma linha já concluída durante a colocação em serviço, ou um disco que chegue solto após dois anos de vibração. As respostas por escrito também permitem selecionar os fornecedores mais rapidamente do que mais uma página de classes de pressão.

Para os distribuidores e grossistas, o mesmo material serve de orientação para o balcão. A abordagem e as respostas relativas à distância dependem da estrutura, não da marca. A lógica de stock segue igualmente as gamas publicadas. As válvulas de disco duplo em DN15-DN300 cobrem a maior parte das linhas de remodelação com espaço reduzido, enquanto as válvulas de retenção oscilantes com flange abrangem a gama de grandes diâmetros e altas temperaturas até DN600. Um balcão que responde à questão da atitude a partir do mecanismo, tal como faz a tabela acima, evita que os clientes comerciais tenham de recorrer às devoluções.

Se esta lista de verificação exigir que um fornecedor responda por escrito, é assim que trabalhamos na VINCER. As nossas válvulas de retenção de disco estão disponíveis em estruturas de tipo «swing», «lift» e de placa dupla, abrangendo os diâmetros nominais DN15 a DN300, com pressões até 40 bar. Os corpos flangeados dos modelos «swing» e «lift» alargam a gama até ao DN600 e permitem a utilização em aplicações de alta temperatura. Fornecemos limites de inclinação, recomendações para percursos retos e dados de pressão de abertura, de acordo com a sua linha específica, em sistemas de flanges ANSI, GB, DIN ou JIS, e o gama de válvulas de retenção tipo wafer É aí que essa comparação começa.

Referências

1. Revista Valve. “Considerações sobre a instalação de válvulas de retenção para maximizar o desempenho do processo.” 2023. https://valvemagazine.com/articles/check-valve-installation-considerations-to-maximize-process-performance/
2. Eng-Tips. “Procedimento de instalação de válvulas de retenção.” 2008. https://www.eng-tips.com/threads/check-valve-installation-procedure.212528/