O que é uma válvula de esfera?
Uma válvula de esfera é uma válvula de movimento rotacional que usa uma esfera vazada (oca) permitindo que essa assuma uma posição de aberta quando essa parte vasada esta em linha com a tubulação e outra posição de fechada quando essa fica na posição de 90ª em relação a tubulação. Esse tipo de válvula é comumente chamado de válvula On-Off {[ligada(aberta)] – Off[(desligada(fechada)]}
Essa válvula opera em 1/4 (um quarto) de volta Uma válvula de esfera é uma válvula de um quarto de volta e é usada onde a operação rápida e frequente é essencial.
A figura abaixo apresenta,a válvula em posições diferentes (Válvula Aberta – Estrangulada – Fechada)
Considerando posição da válvula aberta, estado a válvula na posição inicial fechada. Quando o manípulo da válvula é gira ficando na posição paralela a tubulação , a esfera gira até um ponto em que o orifício através da esfera está alinhado com a entrada e a saída do corpo da válvula.
Vamos agora analisar a condição da válvula entrangulada, nessa posição a válvula fica em uma posição entre-aberta, essa válvla não é recomendada para operar nesta condição principalmente em aplicações quando o fluido é abrasivo. Nesta condição deve-se optar por válvulas com internos especiais evitando o uso de sede macias.
Quando a válvula é fechada, esfera é girada de modo que o orifício fique perpendicular às aberturas de fluxo do corpo da válvula interrompendo a passagem do fluxo.
Geralmente o acionamento das válvulas esfera utilizam sistema de acionamento de ação rápida, como acionamento de 1/4 de volta 90º para operação da válvula atraves de uma haste de acinamento podendo. Nada impede que sejam utilizados outros tipos de válvulas por exemplo com acionamento por volante com engrenagens desta forma um pequeno e pequena força de operação do volante permite o movimento de válvula de quandes dimensões.
De uma maneira geral as valvulas esferas não apresentam boas características para controle de processo porque em posiçoes intermediárias essas não apresentam condições controle o que torna inviável sua aplicação para condição de controle. Por outro lado ela é fortemente aplicada para condição de válvula de bloqueio [Blowdown Valve(BDV) ou Shutdown Valve(SDV)]
A vedação dessa válvula na grande maioria dos casos utilizam sede macia, desta forma alguns cuidados especiais devem ser tomados quanto a sua aplicações em alguns tipos de fluido como por exemplo em fluidos abrasivos, pois em aplicações quando sua utilização nesse tipo de fluido podem ser danificadas por particulas sólidas ou essas permanecerem presas em suas cavidades.
Padrões de tipos de passagems de Válvula Esférica
A válvula de esfera está disponível nos seguintes padrões de passagem:
- Passagem Reduzida
- Passagem Venturi
- Passagem Plena ou total
Para a maioria das aplicações, as válvulas de esfera de passagem reduzida são especificadas, pois são mais baratas do que as válvulas de passagem plena ou de passagem total. As válvulas de furo total são usadas quando o fluido é sujo e ou apresenta grande quantidade de solidos. Um aplicação muito comum da válvula de plassagem plena são em aplicações onde necessita a passagem de sistema de limpeza tipo pigging, nestes caso exige que a válvula seja de passagem plena. As válvulas passagem plena ( full bore) também são especificadas em aplicações de rosqueamento a quente e onde a queda de pressão na válvula se torna muito crítica.
Características do projeto da válvula de esfera
Projeto do corpo da válvula de esfera: As válvulas de esfera estão disponíveis nos seguintes designs de corpo.
- Válvula de corpo única com inserção lateral
- Válvula de corpo de duas peças (Válvula bi-partida)
- Válvula de corpo de três peças ( Válvula tri-partida)
- Design de corpo totalmente soldado
Projeto flutuante e montado em Trunnion: Dependendo de como a esfera é suportada, as válvulas de esfera se enquadram nas seguintes categorias:
- Esfera flutuante
Em um projeto de esfera flutuante, a esfera é mantida entre os assentos. O projeto de esfera flutuante é usado para válvulas de pequeno diâmetro (até 6″) nas classificações de classe 150 e classe 300.
- Projeto de bola de Trunnion:
Em um projeto de bola de munhão, a esfera tem apoio abaixo da esfera, esse tipo de válvula normalmente são para válvula de diâmetro apartir de 8″ para classe de pressão de 150 e 300 lbs é apoiada abaixo da bola. As válvulas de classe acima de 600 normalmente têm design de montagem de em trunniuon para tamanhos acima de 1 1/2″.
Tipo de sede da válvula de esfera: As válvulas de esfera geralmente são fornecidas com sedes macias, como PTFE, PTFE preenchido, Nylon, Buna-N, Neoprene, o que limita a temperatura máxima de trabalho e torna a válvula inadequada para serviços abrasivos. O uso desse tipo de válvula para aplicações e, fuidos abrasivos ou de alta intensidade a recomendação é a utilização de válvulas com sede metal – metal.
Válvula esfera com Sede Metal-Metal : Esse tipo de sede como foi comendatado anteriormente são válvulas para aplicações severas, onde não caberia utilizar as sedes macias como por exemplo aplicações em temperaturas altas acima de 300º C, fluidos com elevada presensa de solidos em suspensão, nestes casos deve-se utilzar válvulas em de metal/metal, incorporando revestimento de carboneto de tungstênio. Para serviço de alta temperatura, as válvulas são normalmente equipadas com castelos de extensão, para garantir que o operador esteja localizado na zona de temperatura ambiente. Válvulas de esfera com sede metálica são normalmente utilizadas, sempre que é necessário um alto nível de segurança, como na aplicação HIPPS. O teste de vazamento da sede é realizado de acordo com BS 6755 parte I, taxa B.
Válvula esférica Projeto à prova de fogo(FIRE-SAFE)) : Se for necessário um projeto à prova de fogo, a válvula deve ser qualificada como “FIRE-SAFE” de acordo com uma das seguintes especificações, ISO 10497, BS 6755-2, API 607 ou API 6FA.
Vávula com anel Antiestático : Quando as válvulas são dotadas de sedes macias, seu projeto deve garantir a continuidade elétrica entre a esfera e o corpo, por meio de dispositivo antiestático. O design antiestático garante a continuidade elétrica entre a esfera, a haste e o corpo da válvula.
Descompressão explosiva
Onde quer que as válvulas sejam usadas em aplicações de gás de alta pressão, existe a possibilidade de o gás ser absorvido pela estrutura molecular dos O-rings elastoméricos. Se a válvula for submetida a uma descompressão repentina, o gás se expandirá rapidamente e poderá destruir o O-ring. Para eliminar esta possibilidade, estão disponíveis anéis de vedação ou vedações de especiais, adequados para tais condições de serviço.
Vantagens das válvulas de esfera
- As válvulas de esfera são válvulas de movimento rotativo e requerem apenas um quarto de volta (rotação de 90 graus) para abrir ou fechar a válvula. Isso torna as válvulas de esfera de ação rápida e, portanto, são recomendadas para aplicações de desligamento de emergência.
- Como as válvulas de esfera estão disponíveis em projetos de sede macia, é possível obter um fechamento totalmente estanque para fuido limpo.
- As válvulas de esfera requerem um invólucro menor quando comparadas às válvulas de gaveta.
- As válvulas de esfera não requerem lubrificação.
Desvantagens das válvulas de esfera
- Em geral, as válvulas de esfera têm características de controle relativamente ruins. Em uma posição intermediária a sede da válvula de esfera fica parcialmente exposta e erode rapidamente devido ao impacto do fluxo de alta velocidade.
- Detritos ou partículas sólidas em serviço de tubulação podem assentar e ficar presas nas cavidades abaixo da esfera e ao redor das áreas da haste ou do munhão.
Códigos e Normas da Indústria
- API 6D – Especificação para válvulas de esfera de tubulação
- API 598 – Inspeção e Teste de Válvulas
- API 6FA – Teste de fogo para válvulas
- BS 5351 – Especificações para válvulas de esfera de aço para as indústrias de petróleo, petroquímica e afins.
- BS 6755 Ponto. 1 – Especificação para requisitos de teste de pressão de produção.
- BS 6755 Ponto. 2 – Especificação para requisitos de teste de tipo de fogo.
- MSS SP 72 – Válvulas de esfera com extremidades flangeadas ou soldadas de topo para serviço geral
- MSS SP 61 – Teste de pressão de válvulas de aço
- MSS SP 25 – Sistema de marcação padrão para válvulas, conexões, flanges e uniões
- MSS SP 45 – Conexões de derivação e drenagem
As válvulas de esfera são especificadas para API 6D. As válvulas de esfera têm características especiais que são descritas.
Válvulas de esfera usadas em áreas perigosas onde possam estar sujeitas a incêndio devendo ser de projeto testado contra incêndio(FIRE-SAFE)
Acionadores para válvulas de esfera
A maioria dos acionadores usam as seguintes diretrizes para selecionar o tipo de operadores para válvulas de esfera. Quando o esforço para operar a alavanca excede 350 N, são fornecidos operadores engrenados.
| Operador | Tamanho | Avaliação |
|---|---|---|
| Volante | 6 polegadas e abaixo | Classe 150 e 300 |
| Volante | 4 polegadas e abaixo | Classe 600 e 900 |
| Volante | 3 polegadas e abaixo | Classe 1500 e 2500 |
| Operador de engrenagem | 8 polegadas e acima | Classe 150 e 300 |
| Operador de engrenagem | 6 polegadas e acima | Classe 600 e 900 |
| Operador de engrenagem | 4 polegadas e acima | Classe 1500 e 2500 |
Quando a posição da alavanca está ao longo do eixo da válvula, a válvula está na posição aberta. Uma posição da alavanca em ângulo reto com o eixo da válvula indica que a válvula está fechada.
Especificação de compra da válvula de esfera
As seguintes informações ou parâmetros devem ser incluídos para a compra de uma válvula de esfera:
- Tamanho da válvula
- Classe de pressão
- Tipo de esfera – Esfera flutuante ou projeto tipo Trunnion
- Padrão – Especifique modelo padrão(conforme norma) ou padrão curto
- Tipo de Passagem – Especifique passagem total ou passagem reduzido
- Extremidades – Especifique os tipos de extremidades flangeadas, soldadas de soquete, rosqueadas ou extremidades soldadas (especifique a espessura de parede correspondente para válvulas de extremidade soldadas)
- Dimensão – face a face se não for padrão
- Conexão de drenagem, se necessário
- Conexão de injeção de selante, se necessário
- Dispositivo de travamento, se necessário – para manter a válvula na posição travada aberta ou travada fechada
- Suporte de válvula – se exigido pela análise de tensão (refere-se a um suporte projetado sob medida e não a suportes de válvula fornecidos como parte do projeto padrão que são apenas para fins de transporte)
- Dispositivo antiestático
- Detalhes do acionamento/atuador – Alavanca ou Engrenagem ou Atuador (Operação Elétrica, Pneumática ou Hidráulica)
- Válvula acima do solo ou enterrada com haste estendida (especifique a profundidade de enterramento e a dimensão da extensão da haste)
- Corpo, anéis de assento, guarnição, munhão, vedações, parafusos, porcas, juntas e material de embalagem
- Assento se não for uma válvula de sede macia (por exemplo, design com sede de metal)
- Orientação da válvula (se a válvula não estiver instalada com a haste verticalmente para cima)
- Especifique se a válvula é necessária para operação hot-tap
- Requisitos de certificação
- Teste à prova de fogo, se necessário
- Especificação de pintura (aplicável ao projeto)
- Conexão de bypass integral, se necessário
- Olhais ou olhais de içamento (geralmente especificados para válvulas com peso superior a 250 kg)
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