Introdução
As válvulas são um componente essencial nos processos industriais e nas aplicações quotidianas. As válvulas têm aplicações que vão desde os cilindros dos motores dos automóveis até aos complicados sistemas de tubagens, regulando o fluxo de fluidos. Mas o que é uma válvula e porque é que é tão importante? Quer se trate de uma válvula de borboleta, de uma válvula de globo ou de uma válvula solenoide, é necessário conhecer os fundamentos destes dispositivos para evitar qualquer contratempo nas indústrias. Neste artigo, vamos definir o que é uma válvula, as partes de uma válvula e como funciona. Também discutimos as categorias de válvulas e as suas utilizações, e os avanços na tecnologia de válvulas do presente e do futuro.
O que é uma válvula em engenharia? Entendendo o básico
Em engenharia, uma válvula é um dispositivo mecânico que controla o fluxo de um fluido, como líquido, gás ou lama, através de uma passagem estreita e sistemática, como os tubos. Consoante a sua configuração, as válvulas permitem a passagem do fluido ou a sua restrição ou paragem. O corpo da válvula tem normalmente mecanismos internos, como discos ou portões, que se alteram para controlar o fluxo de acordo com a entrada manual, automática ou actuada.
As principais funções de uma válvula incluem:
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Arranque ou paragem fluido fluxo: As válvulas podem abrir-se completamente para permitir a passagem do fluido, ou fechar-se completamente para o bloquear.
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Regulação do caudal: Controlam a quantidade de fluido que circula através de um sistema e fazem-no com precisão.
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Direção fluido: Certas válvulas podem redirecionar o fluxo num sistema de tubagem para diferentes direcções.
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Evitar o fluxo inverso: As válvulas de retenção, por exemplo, são válvulas que impedem o fluido de fluir numa direção em que não deveria estar a mover-se.
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Regulação da pressão: Algumas válvulas mantêm ou reduzem a pressão num sistema para um funcionamento seguro.
As válvulas são fundamentais em muitos processos industriais, como a produção de energia e o processamento de produtos químicos, uma vez que asseguram estas funções críticas.
Os principais componentes de uma válvula: Como é que as válvulas funcionam?
Uma válvula controla o fluxo de fluido através de um sistema, permitindo, restringindo ou bloqueando o fluxo de fluido. Isto é conseguido através de um mecanismo interno que se move para abrir ou fechar passagens. Pode ser acionada manualmente, automaticamente ou por um atuador. O fluxo de fluido é determinado pela posição do componente interno, que pode ser utilizado para controlar com precisão processos industriais ou aplicações domésticas.
Cada válvula, independentemente do tipo, é geralmente constituída por vários componentes-chave que trabalham em conjunto para controlar o fluxo de fluido:
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Corpo da válvula: O invólucro exterior é o que contém todas as peças internas e serve de ligação ao sistema de tubagem.
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Atuador: Esta parte pode ser controlada manualmente (por exemplo, rodando um manípulo) ou funcionar automaticamente através de sistemas eléctricos, pneumáticos ou hidráulicos e controlar o movimento do mecanismo interno.
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Disco ou ficha: A parte que efetivamente bloqueia ou permite o fluxo do fluido. Nas válvulas de esfera, a esfera esférica e nas válvulas de gaveta, a gaveta metálica são os vedantes.
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Assento: A área na superfície no interior da válvula onde o disco ou o obturador assenta quando a válvula está fechada, para fazer uma vedação estanque e impedir o fluxo.
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Caule: Esta peça transmite o movimento do atuador, através do mecanismo interno, para abrir ou fechar a válvula.
Estas peças combinam-se para garantir que o funcionamento da válvula é suave, controlado e seguro numa grande variedade de aplicações.
Métodos de acionamento de válvulas: Válvulas manuais, automáticas e acionadas
Dependendo dos requisitos específicos de um sistema, este pode ser acionado por meio de válvulas, utilizando diferentes métodos. Estes métodos determinam a forma como o fluido pode fluir, abrir ou fechar e quando a válvula deve ser ajustada. Abaixo, exploramos três métodos principais de atuação: manual, automático e actuado.
Manual
As formas mais simples de válvulas são as válvulas manuais, acionadas manualmente quando se roda a roda, a alavanca ou o manípulo. A posição da válvula é controlada para regular o fluxo de fluido através do ajuste da posição da válvula pelo operador. Estas válvulas são económicas, fáceis de utilizar e adequadas para aplicações em que as válvulas não são ajustadas frequentemente.
Os tipos comuns de válvulas manuais incluem:
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Válvulas de gaveta: Frequentemente utilizado para abrir ou fechar totalmente o fluxo em aplicações residenciais e industriais.
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Válvulas de esfera: Utilizado em sistemas de canalização porque é conhecido por ter capacidade de fecho rápido.
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Válvulas de borboleta: Normalmente utilizado em aplicações de grande escala, como sistemas HVAC, é leve e compacto.
Automático
As válvulas automáticas abrem e fecham conforme necessário, sem assistência humana. A atuação destas válvulas depende inteiramente da alteração da pressão, temperatura ou fluxo. As válvulas automáticas são utilizadas em sistemas em que as condições de segurança ou de processo exigem uma resposta imediata, por exemplo, válvulas de segurança ou válvulas de retenção.
Exemplos de válvulas automáticas:
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Válvulas de descompressão: Abrem-se automaticamente quando o sistema atinge um determinado limite de pressão, de modo a evitar danos.
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Válvulas de controlo: Impedem automaticamente o fluxo inverso, evitando que o fluido se desloque na direção oposta.
Acionado
As fontes de energia externas, incluindo ar, eletricidade e pressão hidráulica, são utilizadas para acionar as válvulas que controlam o seu funcionamento. Isto é particularmente importante quando é necessária precisão e consistência de controlo, por exemplo, em sistemas grandes ou automatizados. Os actuadores eliminam a necessidade de operação manual, permitindo o controlo remoto ou automatizado do fluxo de fluido.
Tipos de válvulas acionadas:
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Válvulas pneumáticas: Utilizam ar comprimido para mover a válvula. São rápidas e fiáveis e são amplamente utilizadas em fábricas de produtos químicos e indústrias de processamento de alimentos.
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Válvulas eléctricas: Estas válvulas são acionadas por motores eléctricos e são normalmente utilizadas em sistemas automatizados em que é necessário um controlo remoto e proporcionam uma elevada precisão.
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Válvulas hidráulicas: Estes são acionados através da utilização de fluidos pressurizados. Para sistemas com elevadas necessidades de força, como máquinas pesadas ou sistemas de produção de energia, o acionamento hidráulico é excelente.
As válvulas acionadas são as válvulas mais eficientes e controláveis em sistemas que requerem ajustes constantes ou alta pressão, sendo por isso essenciais em processos industriais. Como fabricante líder de válvulas acionadas, Vinagre A Vincer fornece soluções especificamente adaptadas a várias indústrias, incluindo a de processamento químico e de produção de energia, que se baseiam num trabalho fiável e preciso. A Vincer oferece soluções avançadas de válvulas para otimizar o seu sistema. Se procura soluções avançadas de válvulas para otimizar o seu sistema, clique aqui agora e contacte a Vincer para descobrir como a sua tecnologia inovadora pode melhorar as suas operações.
Diferentes tipos de válvulas e suas funções exclusivas
Na secção anterior, abordámos diferentes métodos de acionamento de válvulas, incluindo válvulas manuais, automáticas e acionadas. Ao fazê-lo, vamos entrar em mais detalhes sobre os tipos exactos de válvulas encontradas em várias indústrias, as suas funções, materiais e caraterísticas de manuseamento de fluidos. Para dar uma visão geral completa, analisaremos um exemplo de cada método de acionamento.
Válvulas de esfera (manuais)
As válvulas de esfera são as válvulas manuais mais utilizadas devido ao seu design compacto e ao controlo eficiente do fluxo. Estas válvulas possuem um disco esférico (a "esfera") que roda para abrir ou fechar o fluxo. Devido à sua capacidade de suportar pressões e temperaturas elevadas e de fechar hermeticamente quando estão fechadas, as válvulas de esfera são versáteis em aplicações industriais como o tratamento de água, a canalização de gás e a refinação de petróleo.
As válvulas de esfera estão normalmente disponíveis numa gama de 0,5 pol. (DN15) a 48 pol. (DN1200) em termos de tamanho, o que as torna adequadas para sistemas residenciais e industriais de grande escala. Fabricadas com materiais duráveis, como aço inoxidável, latão ou PVC, são frequentemente à prova de corrosão e podem lidar com fluidos como água, gás e até mesmo os produtos químicos mais agressivos.
Válvulas solenóides (automáticas)
As válvulas solenóides são automáticas, controlando a abertura e o fecho por meio de uma bobina electromagnética. Em sistemas onde é necessário um controlo rápido e preciso, como em aplicações pneumáticas ou hidráulicas, estas válvulas são excelentes. Nas indústrias que requerem o controlo do fluxo de ar ou de fluidos, como a HVAC, os sistemas automóveis e os produtos farmacêuticos, as válvulas solenóides são comuns.
As electroválvulas estão disponíveis em tamanhos comuns de 1/8 polegadas (DN6) a 2 polegadas (DN50), dependendo dos requisitos do sistema. Regra geral, estas válvulas são construídas em latão, aço inoxidável, plásticos reforçados e podem suportar pressões de fluido entre 0,5 e 20 bar. Meios como o ar, a água, os óleos leves e o vapor podem ser utilizados com válvulas electromagnéticas.
Válvulas de acionamento pneumático (acionadas)
As válvulas pneumáticas são únicas entre as válvulas acionadas pela sua capacidade de fornecer uma resposta rápida e um controlo preciso. Alimentadas a ar comprimido, estas válvulas são normalmente utilizadas em indústrias onde é necessário um ajuste frequente e rápido, sendo frequentemente encontradas no processamento químico, na produção alimentar e na produção de energia. As válvulas pneumáticas são especialmente preferidas pela sua fiabilidade em ambientes perigosos, onde as válvulas eléctricas podem não ser seguras.
As válvulas de acionamento pneumático estão disponíveis em tamanhos de 1/2 polegada (DN15) a 24 polegadas (DN600) para cobrir pequenas e grandes aplicações industriais. Estas válvulas podem ser fabricadas em aço inoxidável, aço-carbono ou ligas metálicas, dependendo do fluido que estão a manusear, desde gases a líquidos e lamas. Em aplicações onde é necessário um controlo fiável em sistemas de alta pressão, tipicamente de 2 a 16 bar, estas válvulas são ideais.
Existem diferentes vantagens para cada um destes tipos de válvulas e vantagens para cada um destes tipos de válvulas para várias aplicações, tipos de fluidos e ambientes de funcionamento. Através da compreensão das diferentes funções e especificações, será capaz de escolher a válvula correta para obter os melhores resultados no seu sistema. Mais informações sobre os diferentes tipos de válvulas podem ser encontradas aqui.
Segue-se um quadro para consulta rápida:
| Tipo de válvula | Método de acionamento | Tamanhos comuns (polegadas) | Material | Aplicações típicas | Tipos de fluidos |
| Válvula de esfera | Manual | 0,5 a 48 polegadas (DN15 a DN1200) | Aço inoxidável, latão, PVC | Tratamento de água, Gasodutos, Refinação de petróleo | Água, gás, produtos químicos |
| Válvula solenoide | Automático | 1/8 a 2 polegadas (DN6 a DN50) | Latão, aço inoxidável, plásticos | HVAC, automóvel, farmacêutico | Ar, água, óleos leves, vapor |
| Válvula de acionamento pneumático | Actuado (Pneumático) | 1/2 a 24 polegadas (DN15 a DN600) | Aço inoxidável, aço carbono, ligas metálicas | Processamento químico, Produção alimentar, Produção de energia | Gases, líquidos, lamas |
Materiais de válvulas e critérios de seleção para diferentes aplicações
Na secção anterior, falámos sobre os materiais utilizados em vários tipos de válvulas e como o material correto é tão importante para o desempenho. De seguida, examinaremos a forma como os materiais das válvulas são escolhidos para aplicações específicas e quais os critérios utilizados para garantir o funcionamento seguro e a durabilidade do sistema.
Factores como o tipo de fluido a ser manuseado, a temperatura de funcionamento, a pressão e o ambiente em que a válvula irá funcionar determinam a seleção dos materiais da válvula. Aqui está uma descrição dos tipos comuns de materiais de válvulas e dos seus casos de utilização ideais:
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Aço inoxidável: A resistência deste material à corrosão torna-o muito difícil de danificar, podendo suportar temperaturas e pressões extremas. As aplicações são em fábricas de produtos químicos, processamento de alimentos, produtos farmacêuticos para manuseamento de produtos químicos, vapor e fluidos corrosivos. A sua robustez e durabilidade tornam-no uma opção popular para utilização em ambientes agressivos como válvula de esfera, válvula solenoide e válvula pneumática.
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Latão: As válvulas de latão são duráveis, económicas e oferecem uma excelente resistência à corrosão. São adequadas para sistemas que envolvem água, óleos leves e gases não corrosivos. Grande parte é utilizada em canalizações residenciais, sistemas HVAC e indústrias automóveis como latão. Mas não é adequado para fluidos altamente corrosivos ou ambientes com temperaturas extremas.
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PVC (cloreto de polivinilo): As válvulas de PVC são leves e económicas e são frequentemente utilizadas em aplicações de baixa pressão. Também são boas para o tratamento de água, irrigação e alguns processos químicos que utilizam produtos químicos não agressivos. As válvulas de PVC não são adequadas para sistemas de alta temperatura ou alta pressão.
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Aço carbono: O aço-carbono é utilizado no fabrico de válvulas que podem tolerar as condições de pressão e temperatura muito rigorosas encontradas nas indústrias de produção de energia e de processamento de petróleo e gás. A resistência e a durabilidade são apontadas como as suas principais caraterísticas, embora sejam menos resistentes à corrosão do que o aço inoxidável.
Segue-se um resumo para facilitar a consulta:
| Material | Propriedades principais | Aplicações comuns | Limitações |
| Aço inoxidável | Resistente à corrosão, tolerância a altas temperaturas e pressões | Fábricas de produtos químicos, transformação de alimentos, produtos farmacêuticos | Nenhum para ambientes agressivos; adequado para extremos |
| Latão | Durável, económico, resistente à corrosão | Canalizações residenciais, sistemas HVAC, automóvel | Não adequado para fluidos altamente corrosivos ou temperaturas extremas |
| PVC (cloreto de polivinilo) | Leve, económico, adequado para sistemas de baixa pressão | Tratamento de água, irrigação, produtos químicos não agressivos | Não adequado para sistemas de alta temperatura ou alta pressão |
| Aço carbono | Alta resistência, tolerância a altas pressões, menos resistente à corrosão | Produção de eletricidade, processamento de petróleo e gás | Menos resistente à corrosão do que o aço inoxidável |
Ao escolher um material para a válvula, é essencial ter em conta:
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Propriedades dos fluidos: Fluido Corrosividade, viscosidade e temperatura.
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Pressão e temperatura: Certificar-se de que o material pode suportar as condições de funcionamento.
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Ambiente de aplicação: A válvula pode ser exposta a produtos químicos duros, ao ar livre ou a temperaturas extremamente elevadas?
O material correto do corpo da válvula é adaptado à aplicação para garantir eficiência, segurança e desempenho duradouro numa variedade de processos industriais.
Dimensionamento de Válvulas e Conexões Finais: Considerações chave para um desempenho ótimo
O tamanho correto da válvula e da ligação final é fundamental para o desempenho ideal de qualquer sistema de fluidos. Não só o dimensionamento correto afecta a capacidade da válvula para controlar bem o fluxo de fluido, como também afecta a eficiência, segurança e vida útil do sistema.
Dimensionamento de válvulas
O dimensionamento da válvula depende muito de factores como o caudal, a queda de pressão e, especialmente, a temperatura. Aqui estão os aspectos críticos a considerar, com dados do mundo real para orientar o dimensionamento correto:
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Caudal: O caudal do sistema tem de ser acomodado pela válvula. Este é normalmente medido em litros por segundo (L/s) ou galões por minuto (GPM). Por exemplo, nos sistemas de água, o caudal pode ser de 5 a 500 GPM (para aplicações comuns). O requisito de caudal é correspondido pelo coeficiente de caudal da válvula (Cv), que é derivado como o caudal (em GPM) que uma válvula totalmente aberta passará com uma queda de pressão de 1 psi.
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Queda de pressão: Assegurar que a válvula pode suportar a queda de pressão esperada é essencial para evitar ineficiências ou danos. As quedas de pressão típicas em tais sistemas são de 1 a 10 psi, mas em sistemas de alto desempenho, a queda de pressão pode ser maior. Uma válvula com o tamanho certo minimizará a perda de pressão sem sacrificar o bom controlo.
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Temperatura: A temperatura que as válvulas têm de suportar deve ser considerada na seleção das válvulas adequadas. As válvulas de aço inoxidável utilizadas em sistemas de alta temperatura, por exemplo, são boas para temperaturas até 1500°F (815°C), mas as válvulas de latão são normalmente boas para cerca de 400°F (200°C). Uma vez que o material e o tamanho devem ser adequados à temperatura de funcionamento do sistema para evitar deformações ou falhas, os requisitos do sistema também devem ser conhecidos.
Ligações de extremidade
Tão importante como escolher o tamanho correto da válvula, é também a escolha do tipo correto de ligação final. A ligação garante que a válvula se encaixa no sistema de tubagem e que a escolha correta facilita a instalação e a manutenção. Aqui está uma descrição das ligações finais comuns e dos seus casos de utilização típicos:
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Ligações roscadas: Utilizado para válvulas bastante pequenas, normalmente com menos de 2 pol. de tamanho, e para aplicações de baixa a média pressão, entre 10 e 150 psi, utilizadas em canalizações residenciais ou sistemas industriais de pequena escala.
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Ligações flangeadas: Em aplicações de alta pressão em que são necessárias ligações seguras e estanques, as válvulas flangeadas são amplamente utilizadas. São utilizadas em válvulas de 2 polegadas e maiores e são adequadas para pressões de 150 a 1500 psi. As ligações flangeadas permitem uma fácil remoção e manutenção, tornando-as ideais para aplicações como as indústrias de processamento químico e de petróleo e gás.
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Ligações soldadas: As ligações soldadas são ideais para sistemas mais permanentes, de alta pressão e alta temperatura. São amplamente utilizadas em ambientes onde as condições podem ser severas, como descrito por gamas de pressão na ordem dos 600 a 2500 psi e temperaturas superiores a 1000°F (538°C).
Para garantir um funcionamento eficiente e fiável, minimizando o potencial de manutenção e risco, a dimensão da válvula e as ligações finais são adaptadas o mais cuidadosamente possível ao caudal específico do sistema e aos requisitos de pressão e temperatura.
Inovações recentes no design de válvulas e tendências futuras
Durante os últimos anos, a tecnologia das válvulas tem avançado significativamente para alcançar um melhor desempenho, eficiência e versatilidade em diferentes sectores. Uma das tendências é a utilização crescente de válvulas inteligentes que combinam sensores e análise de dados para controlo do fluxo. A monitorização em tempo real é fornecida por estas válvulas industriais, que permitem aos operadores ajustar automaticamente a direção do fluxo, optimizando o desempenho em sistemas complexos, como fábricas de produtos químicos ou centrais eléctricas.
As melhorias nas válvulas de agulha e de globo tornam possível efetuar regulações mais precisas da quantidade de fluido que passa, especialmente quando são necessários ajustes finos da quantidade de fluido, por exemplo. Para as indústrias, incluindo a farmacêutica, em que a qualidade do produto pode ser afetada por pequenos desvios, o controlo dos percursos de fluxo com precisão é essencial.
Os novos designs das válvulas de obturador e das válvulas de gatilho também proporcionam uma maior durabilidade e menores custos de manutenção, tornando-as mais adequadas para aplicações pesadas, como o processamento de pasta de papel ou petróleo e gás. As válvulas foram optimizadas para trabalhar com diferentes tipos de corpos e suportar pressões elevadas, bem como para manter um fluxo estável em condições extremas.
As válvulas de aperto e as válvulas de guilhotina também foram tecnologicamente avançadas para serem utilizadas em válvulas de isolamento para o manuseamento de lamas e de materiais a granel, uma vez que podem lidar com movimentos lineares e controlar diferentes passagens.
No futuro, espera-se que inovações como a integração de actuadores de campo magnético e componentes de válvulas impressos em 3D alterem o design e a flexibilidade das válvulas residenciais e industriais. Estas tendências não só tornarão as válvulas mais eficientes, como também conduzirão a sistemas de válvulas mais inteligentes e adaptáveis, capazes de satisfazer os requisitos crescentes das indústrias actuais.
Conclusão
As válvulas são um dispositivo indispensável nos processos industriais, ajudam muito a regular o fluxo de fluidos e a operar com segurança no caso dos sistemas. Sabendo o que é uma válvula, como funciona e os tipos de válvulas disponíveis, os engenheiros podem fazer escolhas informadas para cada aplicação específica. O material, o dimensionamento e os métodos de acionamento são factores a considerar ao selecionar a válvula certa, quer se trate de uma válvula de esfera, de uma válvula de globo ou de uma válvula de retenção. Da mesma forma, embora a tecnologia das válvulas esteja certamente a amadurecer, podemos esperar soluções cada vez mais inovadoras que irão alcançar cada vez mais a fronteira da eficiência e controlo dos sistemas de fluidos.
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