Uma válvula de esfera apresenta um disco esférico para abrir e fechar o fluxo do fluido. Elas são o padrão industrial para aplicações de fechamento de tubulações, pois seu projeto garante uma vedação muito estanque e sem vazamentos, mesmo após anos de operação. Os dois principais tipos de válvulas de esfera são os modelos flutuante e trunnion (entrada lateral ou superior). O corpo pode ser fundido ou forjado e monolítico ou dividido (em 2 ou 3 peças). As API 6D e ASME B16.34 são especificações chave.
O QUE É UMA VÁLVULA DE BOLA?
Válvulas de esfera são dispositivos chave para fechar e regular o fluxo de um fluido (óleo, gás, vapor, etc) na indústria petroquímica.
VANTAGENS E DISADVANTAGENS DE VÁLVULA DE BOLA
Este tipo de válvula tem as seguintes vantagens:
- pode ser rapidamente aberta e fechada com um movimento de um quarto de volta
- garante uma vedação muito apertada sem a necessidade de altas forças de torque
- tem um design compacto (esta é a principal diferença entre uma válvula de esfera e uma válvula de gaveta – que são ambos dispositivos liga/desliga)
As desvantagens são:
- válvula tem fraca capacidade de regulação e estrangulamento, uma vez que foi concebida para o corte da tubagem em vez da modulação do caudal (esta é uma função ideal para válvulas de globo): o estrangulamento provoca a erosão da sede parcialmente exposta devido ao fluxo e à pressão de alta velocidade experimentados pela válvula. O desgaste pode levar a uma fuga da válvula progressivamente.
- válvula não pode ser usada para chorume, uma vez que o acúmulo de partículas em suspensão e detritos faria com que a válvula vazasse. Estas partículas podem solidificar nas cavidades na proximidade da esfera e das sedes. As válvulas de esfera são muito mais eficientes com gases e outros fluidos líquidos (mesmo químicos desafiadores como cloro seco, ácido fluorídrico ou ácido clorídrico, e oxigênio).
- pode ser difícil de limpar (excepto no desenho da entrada superior)
A posição aberta, fechada ou parcialmente aberta da válvula pode ser detectada olhando para a posição da alavanca:
- Quando a alavanca está alinhada ao tubo, a válvula está aberta; quando está perpendicular ao tubo, a válvula está fechada;
- Quando está em qualquer outra posição, a válvula está parcialmente aberta (ou parcialmente fechada) e está modulando o fluxo.
Estas válvulas pertencem à família das válvulas “quarter turn” ou “1/4 turn” (juntamente com as válvulas borboleta e obturador), uma vez que as operações de abertura e fecho são executadas rodando uma alavanca ligada ao disco em 90 graus.
As especificações das válvulas chave de esfera são as API 6D, BS 5351 (forjadas) e ASME B16.34 (pressões e temperaturas nominais), ASME B16.5/B16.47 (extremidades flangeadas) e ASME B16.25 (extremidades soldadas de topo).
COMO FUNCIONA?
A esfera dentro da válvula tem um orifício através do qual o fluxo passa livremente quando está totalmente alinhado com as duas extremidades da válvula. Quando o orifício é completamente perpendicular às extremidades do dispositivo, a válvula é perfeitamente vedada.
Outra posição, quando o orifício está em qualquer outra posição (perpendicular às extremidades da válvula, por exemplo) o fluxo é total ou parcialmente interrompido.
Válvula de esfera vs válvula de gaveta
Esta válvula absolve a mesma função que uma válvula de gaveta (shut-off). A diferença entre uma válvula de esfera e uma válvula de gaveta é que a primeira utiliza uma esfera esférica para abrir/fechar o fluxo, a segunda utiliza um disco sentado em uma sede. A diferença entre estas duas válvulas está, portanto, no projeto e na compacidade.
Válvula de esfera versus válvula globo
Estas válvulas não são tão precisas quanto as válvulas globo para estrangular o fluxo do fluido, pois geralmente têm posições positivas (a 0, 45 e 90 graus) ao invés de posições incrementais. Além disso, a válvula seria danificada por posições parcialmente abertas (ou operações repetidas de abertura/fecho) a longo prazo (não é um problema para as válvulas de globo).
TIPOS DE VÁLVULA DE BOLA
As válvulas de globo podem ser classificadas de acordo com múltiplos critérios:
- Design: flutuante, montagem em munhão e purga dupla e bloco
- Número de orifícios: o tipo padrão é com 2 portas (1 entrada, 1 saída), mas o design de 3 vias também está disponível (1 entrada e 2 saídas ou vice-versa)
- Tamanho do furo: furo total ou furo reduzido (FB vs. FB vs. FB vs. FB vs. FB RB), e entalhe em V
- Montagem do corpo: monobloco (o corpo da esfera é feito de uma única peça de aço fundido ou forjado), 2 peças ou 3 peças (o corpo resulta da montagem de duas ou três peças diferentes)
- Acesso à bola: entrada lateral ou entrada superior (dependendo do facto da esfera poder ser acedida, para manutenção, a partir do lado da válvula ou do seu topo)
- Seat type: metal ou macio (Teflon)
VÁLVULA DE BOLA flutuante
Em uma válvula flutuante, a esfera é suspensa no fluído a fluir e é mantida na posição devido à compressão de duas sedes elastoméricas contra ela.
O eixo é conectado na parte superior da esfera e permite que o interruptor passe de uma posição aberta para uma posição fechada com um movimento de um quarto de volta (90 graus).
Quando o eixo é movimentado, uma carga é aplicada à esfera que é pressionada contra suas sedes.
Este desenho, que é leve e econômico, se adapta a furos de até 10 polegadas: acima deste tamanho de furo, as sedes da válvula não seriam capazes de suportar esferas cada vez mais pesadas e a válvula não operaria de forma segura e eficiente.
Válvulas flutuantes permitem uma interrupção bidirecional do fluxo (como o tipo munhão).
(Fonte: Walworth Valves Youtube Channel)
VÁLVULA BOLSA DE TRUNNIÃO
Válvulas de munhão foram introduzidas para lidar com as limitações de tamanho das válvulas flutuantes padrão descritas acima. Com efeito, neste tipo de válvulas, o eixo, a esfera e o munhão de suporte funcionam como um único conjunto sólido capaz de suportar as pesadas cargas geradas pelas esferas de grandes dimensões.
Além de uma vantagem de flexibilidade de tamanho, uma válvula trunnion apresenta um torque de operação menor em comparação com uma válvula flutuante (que pode se tornar um benefício quando a válvula precisa ser acionada, já que atuadores menores e econômicos podem ser instalados para operar a válvula).
Uma válvula de esfera de aço inoxidável, tipo montagem trunnion
(Fonte: Robert Cort – Wartsila Valves Youtube Channel)
SIDE ENTRY VS. TOP ENTRY
Qual é a diferença entre uma entrada lateral e uma válvula de esfera de entrada superior?
Estes termos referem-se à forma pela qual a esfera da válvula e suas partes internas podem ser acessadas, a partir do lado (entrada lateral) ou do topo (entrada superior).
Válvulas de esfera flutuantes e montadas em munhão estão disponíveis com um projeto de “entrada lateral” e “entrada superior”.
O projeto da entrada superior é especificado quando são esperadas atividades freqüentes de manutenção em linha na válvula.
Isso se deve ao fato de que as válvulas de esfera de entrada superior permitem acesso mais fácil e rápido à esfera e aos internos da válvula em comparação com as válvulas de entrada lateral (que requerem mais tempo e espaço de manutenção para as mesmas operações).
As principais diferenças entre o desenho destas duas válvulas de esfera são
- As válvulas de esfera de entrada superior são fabricadas, geralmente, com corpos de aço fundido; as válvulas de entrada lateral são fabricadas com corpos de aço forjado (robustas)
- As válvulas de esfera de entrada superior têm uma estrutura monolítica (são fabricadas por uma única peça); as válvulas de entrada lateral têm um conjunto de duas ou três peças
- As válvulas de esfera de entrada superior requerem mais testes não destrutivos do que as válvulas de entrada lateral devido aos seus corpos fundidos;
- Válvulas de esfera de entrada lateral são mais fáceis de montar e fabricar que as de entrada superior, o que requer longa experiência e habilidade para funcionar adequadamente
- Válvulas de esfera de entrada superior são geralmente mais caras que as de entrada lateral e têm tempos de entrega mais longos devido às operações de fundição necessárias para fabricar o corpo
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3-WAYS
Geralmente, uma válvula de esfera tem duas entradas (ou “duas vias”).
No entanto, para algumas aplicações, uma válvula de esfera de 3 vias pode ser especificada. Uma válvula de esfera de 3 vias tem 3 portas (entradas), ao invés de apenas duas.
Este projeto de múltiplas portas é necessário para desviar o fluido proveniente da entrada principal da válvula para duas direções diferentes (ao invés de apenas uma), cada uma servida por duas saídas separadas da válvula. Outra aplicação típica de uma válvula de esfera de 3 vias é ter a linha de fluxo principal servida por duas entradas separadas e alternativas.
A esfera de uma válvula de esfera de 3 vias pode ter um desenho em L ou T como mostrado na figura abaixo. Além disso, este tipo especial de válvula de esfera está disponível em projeto flutuante ou munhão, com qualquer tipo de extremidade de válvula (flangeada, soquete ou conexão roscada) e em vários materiais desde plásticos, até carbono, liga e aço inoxidável.
PORTO COMPLETO VS PORTO REDUZIDO
Estes conceitos referem-se à relação entre o diâmetro de furo da válvula e o sistema de tubulação conectado. Mais em detalhe:
- O tipo “Full port” (FB) apresenta um tamanho de furo (o furo da esfera) correspondente ao tamanho do furo da tubulação conectada. As válvulas de esfera de porta cheia minimizam a queda de pressão que é gerada pelas válvulas de porta reduzida, mas são, naturalmente, mais volumosas, pesadas e caras. As válvulas de esfera FB são mais adequadas do que as válvulas de esfera RB, para aplicações de estrangulamento.
- A válvula de esfera de “porta reduzida” (RB) tipo tem um tamanho de furo menor do que o tamanho do furo da tubulação conectada (por exemplo, um tubo). O fluido que passa pela válvula é, neste caso, limitado a uma percentagem (geralmente entre 70 e 80%) do caudal total na tubagem. A válvula de esfera de porta reduzida cria uma queda de pressão na tubulação.
MATERIALS
Este tipo de válvula está disponível com materiais de corpo fundido ou forjado (monobloco, ou dividido).
Geralmente, as válvulas abaixo de 2 polegadas de diâmetro têm 2 peças de corpos forjados de 3 peças (a mais comum é a ASTM A105 para serviço a altas temperaturas, ASTM A350 LF2 e LF3 para serviço a baixas temperaturas e ASTM A182 F304, F316 para válvulas de aço inoxidável ou classes superiores, como as válvulas duplex ASTM A182 F51 e super duplex ASTM A182 F53/F55).
Corpos forjados também são utilizados para válvulas de alta pressão de diâmetro interno superior (com construção de corpo bipartido de 2 ou 3 peças).
Exemplos de válvulas de esfera forjadas (válvulas de tamanho pequeno e de aço inoxidável com corpo forjado, montadas em munhão).
Válvulas de tamanhos acima de 2 polegadas têm um corpo fundido (as classes mais comuns são ASTM A216 WCB para serviço a alta temperatura, ASTM A352 para serviço a baixa temperatura e ASTM A351 CF8, CF8M para válvulas de aço inoxidável fundido).
O símbolo para este tipo de válvula em P&Diagramas de identificação é representado abaixo
