Introdução
As válvulas de esfera são amplamente utilizadas em muitas indústrias como partes essenciais do equipamento para regular o fluxo de fluido. Devido à sua construção básica de uma esfera oca e perfurada que gira para abrir ou fechar o fluxo, são amplamente utilizadas em diferentes domínios. É importante conhecer os vários tipos de válvulas de esfera e o tipo de válvula adequado para uma determinada aplicação, quer seja para alta pressão, alta temperatura ou para controlo do fluxo.
Desde válvulas de esfera flutuantes a válvulas de esfera trunnion e muitas outras, o que permite encontrar uma válvula de esfera para quase todas as aplicações específicas. Neste artigo, abordaremos os elementos básicos das válvulas de macho esférico, descreveremos os tipos mais populares e ajudá-lo-emos a fazer a escolha certa de uma válvula. Neste processo, abordaremos também a sua construção, de que são feitas e qual a aplicação específica a que se destinam, para lhe dar uma visão completa destas ferramentas indispensáveis.
Componentes principais: Detalhando as partes de uma válvula de esfera
Existem vários subconjuntos que compõem uma válvula de esfera e aqui está uma breve descrição de cada um e da sua finalidade. Estes incluem:
Corpo da válvula: O corpo da válvula actua como um invólucro exterior que envolve e protege todas as peças internas de danos físicos e tecnologias relativas. Construído em aço inoxidável, aço-carbono ou latão, proporciona reforço, bem como elevada tolerância à pressão, ao calor e à ferrugem, proporcionando assim durabilidade em ambientes industriais adversos.
Bola: A parte esférica com um orifício central que controla o fluxo. Foi concebida para ser muito fácil de rolar e a esfera é normalmente fabricada em aço inoxidável ou noutro tipo de metal resistente para suportar condições de alta pressão e temperatura.
Sede da válvula: A sede esférica da válvula é a principal interface de vedação entre a esfera e o corpo da válvula, com uma função de vedação contra fugas. O PTFE (Teflon) é recomendado para utilização geral devido à sua flexibilidade, enquanto as sedes metálicas são recomendadas para serviços a alta temperatura, alta pressão e abrasivos.
Haste da válvula: A haste da válvula é um eixo rotativo com ligação entre a esfera e o manípulo ou atuador, controlando ou rodando o corpo compacto para um funcionamento adequado. Deve ser à prova de fugas e suportar o desgaste. Algumas têm caraterísticas antiexplosão e são feitas de materiais isentos de corrosão para cumprir os requisitos de segurança e fiabilidade necessários para aplicações específicas.
Pega ou Atuador: O manípulo ou o atuador da válvula é fornecido com a opção de abrir ou fechar a válvula. Os manípulos manuais são básicos e adequados para pequenos sistemas; os actuadores eléctricos, pneumáticos ou hidráulicos realizam operações automaticamente, com precisão, e são eficientes, pelo que são úteis em grandes operações que exigem precisão e fiabilidade.
Capota ou cobertura: Protege as peças internas e oferece acesso de serviço a válvulas de esfera de entrada superior ou construções de válvulas de corpo dividido.
Vedantes e juntas: Estes pequenos pormenores podem não ser uma parte importante de um sistema, mas desempenham o papel de evitar fugas devido a espaços entre outras peças. Normalmente construídos em borracha, PTFE ou metal, garantem um desempenho estável no que respeita à pressão, temperatura ou efeitos químicos impostos à válvula; preservam a resistência da válvula em condições que podem ser consideradas difíceis.
Estes componentes fazem com que as válvulas de esfera sejam flexíveis, duradouras e adequadas para utilização em vários sectores, como se refere a seguir.
Explorar os tipos de válvulas de esfera
As válvulas de esfera são componentes importantes nos sistemas industriais, uma vez que proporcionam um controlo preciso e fiável dos fluidos. É fundamental conhecer os diferentes tipos de válvulas de macho esférico, incluindo uma variedade de válvulas de macho esférico, para poder escolher a mais adequada para um determinado processo. Dependendo da estrutura, do percurso do fluxo, do mecanismo de vedação e da atuação, estas válvulas podem ser classificadas de acordo com requisitos operacionais específicos. Para dissipar a confusão entre os profissionais da área, este documento tem como objetivo apresentar uma análise detalhada dos vários tipos de válvulas de macho esférico.
Classificação por estrutura
Válvulas de esfera flutuante
Nas válvulas de esfera flutuante, a esfera não está em contacto com qualquer outra parte da válvula para além das sedes da válvula e pode mover-se ligeiramente para cima e para baixo quando é aplicada pressão. Este movimento permite que a esfera se apoie firmemente contra a sede a jusante. São amplamente aplicadas em sistemas de baixa e média pressão e em pequenas condutas devido às suas caraterísticas e ao seu preço relativamente baixo. Por exemplo, estas válvulas são geralmente utilizadas em sistemas de abastecimento de água ou em redes de aquecimento.
Válvulas de esfera munhão
As válvulas de esfera de munhão têm suportes mecânicos, os munhões, na parte superior e inferior da esfera. Estes suportes minimizam o desgaste da sede e tornam a válvula ideal para tubagens de alta pressão e de grande diâmetro. As válvulas de munhão são utilizadas em indústrias como a do petróleo e do gás, onde as pressões do sistema são normalmente superiores a 500 bar. São de longa duração e podem funcionar bem em condições difíceis durante muito tempo.
Válvulas de esfera elásticas
Estas válvulas incorporam uma esfera que tem uma pequena medida de elasticidade e são geralmente utilizadas em serviços de alta temperatura e alta pressão. A propriedade elástica permite uma vedação pré-carregada e, por isso, são adequadas para utilização em condições adversas, como nas centrais eléctricas e nas indústrias de processamento químico.
Válvulas de esfera de porta em V
As válvulas de porta em V têm uma abertura em forma de V na esfera e são ideais para serviços de controlo de fluxo e estrangulamento. São utilizadas quando os caudais têm de ser controlados devido à sua capacidade de controlar os caudais em indústrias que lidam com produtos químicos.
Estas válvulas são fornecidas em estruturas em forma de T ou L que permitem o desvio, a fusão ou a comutação de fluxos. São normalmente utilizadas em sistemas que têm um percurso de fluxo reversível, por exemplo, no abastecimento de água ou em sistemas multifásicos.
Válvulas de esfera de quatro vias
Estes tipos de válvulas têm quatro vias de fluxo e são ideais para sistemas complexos de controlo de fluidos que necessitam de controlo multidirecional em espaços limitados.
| Tipo | Caraterísticas principais | Sectores aplicáveis |
| Válvula de esfera flutuante | A esfera flutua sob pressão para formar uma vedação; conceção simples | Tratamento de água, HVAC, tubagens industriais gerais |
| Válvula de esfera fixa | A esfera é suportada por rolamentos superiores e inferiores; adequado para sistemas de alta pressão e de grande diâmetro | Petróleo e gás, indústrias petroquímicas, condutas de alta pressão |
| Válvula de esfera elástica | A esfera tem elasticidade; vedação pré-carregada | Geração de energia, processamento químico, sistemas de alta temperatura/alta pressão |
| Válvula de esfera de porta em V | Abertura em forma de V na esfera para um controlo preciso do fluxo | Indústria química, indústria farmacêutica, pasta de papel e papel |
| Válvula de esfera de três vias | Design tipo T ou tipo L; permite a comutação ou fusão de fluxos | Tratamento de água, indústria alimentar, sistemas de controlo de processos |
| Válvula de esfera de quatro vias | Quatro trajectórias de fluxo; suporta uma distribuição complexa de fluidos | Petroquímica, automação de processos, sistemas complexos multi-fluidos |
Classificação por caminho do fluxo
Válvulas de esfera de passagem direta
Estas válvulas proporcionam um fluxo direto e, por conseguinte, uma baixa resistência ao fluxo e perda de pressão. As válvulas de passagem direta são adequadas para utilização em sistemas onde é necessário assegurar elevados caudais, por exemplo, em condutas de água ou gás.
Válvulas de esfera de três vias
Como já foi referido, estas válvulas oferecem várias vias de fluxo, e os operadores podem mudar ou combinar fluxos facilmente. Por exemplo, uma válvula de porta em T pode misturar dois fluidos; uma válvula de porta em L pode alternar o fluxo entre dois canais.
Válvulas de esfera angular
Estas válvulas têm um percurso de fluxo em ângulo e são normalmente utilizadas em sistemas onde as tubagens se dobram ou onde o espaço é limitado.
| Tipo | Caraterísticas principais | Sectores aplicáveis |
| Válvula de esfera de passagem direta | Percurso de fluxo linear; resistência mínima | Transporte de gás, tratamento de água, transporte de fluidos industriais |
| Válvula de esfera de três vias | Caminhos tipo T ou tipo L; capacidade de comutação de caudal flexível | Indústria química, processamento de alimentos, manuseamento de fluidos industriais |
| Válvula de esfera angular | Percurso do caudal em ângulo; adequado para esquemas de tubagem compactos | Equipamentos industriais especiais, instalações de laboratório |
Classificação por mecanismo de vedação
Válvulas de esfera de sede macia
Estas válvulas utilizam a superfície de vedação feita de material macio como o PTFE ou qualquer outro polímero. Oferecem capacidades de vedação muito boas, mas são geralmente adequadas para aplicações a temperaturas baixas a moderadas (até ~200°C) e fluidos não corrosivos. Estas são predominantes em sectores como a produção alimentar e o fabrico de medicamentos.
O modelo de válvula de esfera com sede metálica é utilizado em aplicações de alta temperatura e alta pressão e pode funcionar a temperaturas superiores a 400°C. São utilizadas quando o fluido é abrasivo ou corrosivo, por exemplo, nas indústrias de processamento químico e de produção de energia.
O modelo de válvula de esfera com sede metálica é utilizado em aplicações de alta temperatura e alta pressão e pode funcionar a temperaturas superiores a 400°C. São utilizadas quando o fluido é abrasivo ou corrosivo, por exemplo, nas indústrias de processamento químico e de produção de energia.
| Tipo de vedação | Caraterísticas principais | Sectores aplicáveis |
| Válvula de esfera de sede macia | Vedantes feitos de materiais como PTFE; excelente desempenho de vedação | Indústrias alimentar e farmacêutica, indústria ligeira, aplicações a baixa temperatura |
| Válvula de esfera com sede em metal | Vedantes metálicos; resiste a altas temperaturas, altas pressões e meios abrasivos | Indústria química, produção de energia, transporte de fluidos a alta temperatura |
Classificação por método de acionamento
Válvulas de esfera manuais
As válvulas manuais são normalmente abertas ou fechadas por um manípulo ou uma roda e são mais adequadas para sistemas pequenos em que a pressão não é muito elevada. Estas são comuns em edifícios residenciais e comerciais com pouco tráfego.
Estas válvulas são acionadas por ar comprimido e são de ação rápida e muito fiáveis. As válvulas pneumáticas são utilizadas em aplicações totalmente automatizadas e são principalmente utilizadas em fábricas ou em aplicações de ciclo elevado.
Estas válvulas têm actuadores eléctricos e são, por isso, muito precisas e informatizadas para utilização em sistemas que são operados remotamente. Isto faz com que se adaptem bem à automação de processos e, por isso, são muito eficientes e fiáveis. São amplamente utilizadas na refinação de petróleo, em grandes sistemas AVAC e em aplicações de processamento químico, onde a elevada precisão, a simplicidade de utilização e o intrincado controlo do fluxo são muito apreciados.
Válvulas de esfera hidráulicas
Estas válvulas são acionadas por actuadores hidráulicos e são ideais para aplicações de alta pressão, como centrais eléctricas hidráulicas ou equipamentos como máquinas.
Em cada classificação de válvulas de esfera, são descritas a sua flexibilidade e as vantagens especiais do seu funcionamento. Por exemplo, as válvulas de esfera de munhão são ideais para serviços de alta pressão, enquanto as válvulas de sede macia são ideais para serviços de baixa pressão com requisitos de fecho elevados. Estas classificações ajudam os profissionais a tomar decisões específicas para os requisitos técnicos e ambientais do sistema. Este conhecimento estruturado ajuda na seleção de uma válvula que satisfaça os requisitos de desempenho e eficiência de custos.
| Tipo de acionamento | Caraterísticas principais | Sectores aplicáveis |
| Válvula de esfera manual | Funcionamento através de uma pega; simples e económico | Pequenos equipamentos industriais, condutas residenciais |
| Válvula de esfera pneumática | Acionado por ar comprimido; rápido e fiável | Fabrico automatizado, transformação de alimentos |
| Válvula de esfera eléctrica | Atuador elétrico; suporta controlo remoto e preciso | Petroquímica, HVAC, sistemas industriais automatizados |
| Válvula de esfera hidráulica | Acionado por sistemas hidráulicos; adequado para pressões extremas | Máquinas hidráulicas, equipamento mineiro |
Escolher a válvula de esfera certa para as suas necessidades: Factores chave a considerar
A escolha da válvula de esfera depende dos seguintes factores, de modo a obter o melhor desempenho, fiabilidade e eficiência. Eis as principais considerações:
Caraterísticas médias
A natureza do fluido ou do gás que está a ser tratado é muito importante. Em ambientes ácidos, como na presença de ácidos diluídos, água do mar ou mesmo águas residuais, é desejável utilizar aço inoxidável ou Hastelloy, devido à sua resistência a ambientes corrosivos. Para meios não corrosivos, pode ser utilizado aço-carbono ou latão para oferecer uma opção mais económica. Para além disso, se o meio for carregado de partículas ou abrasivo, a conceção da válvula pode ter de ser modificada para evitar falhas prematuras e acomodar situações de pressão mais baixa.
Pressão e temperatura de funcionamento
Pense nas pressões e temperaturas que este sistema abrange. As válvulas de esfera montadas em munhão são utilizadas para aplicações de alta pressão, como acima de 10.000 psi, devido às suas caraterísticas de alto desempenho. Da mesma forma, as aplicações de alta temperatura, acima de 400°F (204°C), exigem válvulas de esfera metal-metal para melhor vedação e maior vida útil.
Materiais do corpo da válvula e da sede
O material do corpo e da sede da válvula deve assemelhar-se ao ambiente de trabalho do equipamento. O PTFE é um material de uso geral que é confortável de utilizar, mas que se degrada a altas temperaturas. Enquanto as sedes metálicas oferecem um desempenho superior em condições de aplicação elevadas. É sempre necessário correlacionar corretamente a escolha do material com as caraterísticas do meio de trabalho e do sistema.
Método de acionamento
A escolha do método de acionamento de uma válvula de macho esférico é uma decisão que depende das necessidades do sistema, da precisão do controlo, do ambiente e do custo. O acionamento manual é barato e fácil de implementar, sendo mais adequado para aplicações de baixa pressão e baixa frequência, tais como tubagens de abastecimento de água residenciais ou utilizações industriais simples. Um inconveniente óbvio é que as válvulas de esfera manuais podem tornar-se ineficazes em casos que exijam um binário elevado ou uma utilização repetida.
O acionamento pneumático é rápido e leve e é ideal para aplicações de ciclo elevado, tais como linhas de engarrafamento e linhas de produção de fabrico. Embora o acionamento elétrico seja mais lento do que os sistemas pneumáticos, estes últimos requerem um compressor de ar externo, o que torna o sistema mais complicado. Este fator deve ser bem avaliado, especialmente em situações em que os recursos são escassos ou o espaço limitado.
Nos casos em que é necessária uma pressão elevada ou em que é necessário um binário muito elevado, por exemplo, em oleodutos e gasodutos ou plataformas offshore, o acionamento hidráulico é, sem dúvida, a melhor solução. Os sistemas hidráulicos oferecem uma reserva de energia resistente em circunstâncias complicadas para garantir a durabilidade do sistema. No entanto, a sua conceção implica uma manutenção e um custo de instalação mais elevados do que algumas das concepções mais simples.
A atuação eléctrica é preferida devido à sua precisão e capacidade de ser programada para utilização no fabrico de produtos químicos, estações de tratamento de água e sistemas AVAC. Servindo para controlo remoto e automação, os actuadores eléctricos são ideais para os processos que exigem elevada precisão e estabilidade a longo prazo.
No entanto, o acionamento elétrico é mais lento do que os sistemas pneumáticos e requer uma fonte de energia constante, o que significa que são necessários sistemas de reserva em caso de falha de energia.
Através da avaliação dos requisitos operacionais, do tempo de resposta, da precisão do controlo e dos factores de custo, é possível escolher o método de acionamento mais adequado para obter o melhor desempenho e estabilidade do sistema de válvulas de macho esférico numa determinada aplicação.
Requisitos de conceção e instalação
Por último, no entanto, avalie a conceção estrutural e os requisitos de instalação. As válvulas de entrada superior são fáceis de reparar, embora os clientes prefiram frequentemente ligações flangeadas ou roscadas para a instalação. Também pode ser devido a limitações de espaço que são utilizadas pequenas válvulas no sistema.
Requisitos de fluxo
O caudal é fundamental. As válvulas de orifício completo, incluindo as válvulas de esfera de orifício padrão, também permitem o livre fluxo de fluidos com baixa perda de pressão, tornando-as mais adequadas para sistemas com maior prioridade de fluxo. As válvulas de orifício mais pequeno são menos dispendiosas, mas apresentam pequenas restrições de caudal que são ideais para uma utilização moderada.
Quando estes factores são bem compreendidos, pode escolher uma válvula de macho esférico que se adapte aos seus requisitos de funcionamento e seja fiável, eficiente e rentável no seu sistema.
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Conclusão
É crucial conhecer os diferentes tipos de válvulas de macho esférico e as peças que compõem a válvula, de modo a melhorar o seu desempenho nos processos industriais. A válvula de esfera flutuante é um tipo de válvula de esfera flexível, enquanto a válvula de esfera trunnion é um tipo de válvula de esfera forte, cada uma com as suas caraterísticas únicas para se adequar a uma aplicação específica. Dependendo das necessidades da aplicação, da resistência à corrosão, do manuseamento a alta pressão ou da facilidade de manutenção, existe uma válvula de macho esférico para a tarefa.
Com a ajuda do material, dos requisitos de caudal e da pressão do sistema, pode escolher-se facilmente a válvula para a operação. Se precisar de produtos de válvula de esfera fiáveis e de alta qualidade, VINCERA Vox, um fabricante profissional de válvulas de atuador com mais de 800 casos de sucesso, oferece uma gama diversificada de opções e apoio profissional para ajudar o seu sistema a atingir um desempenho ótimo. As válvulas de esfera são um componente essencial dos sistemas de controlo de fluidos e são amplamente utilizadas em várias indústrias devido à sua eficiência, estabilidade e precisão nas áreas que o exigem.
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