O que é uma válvula de esfera: instruções de operação e uso

Válvula de esfera, uma válvula cujas partes de abertura e fechamento (bolaAs válvulas de esfera são acionadas pela haste da válvula e giram em torno do eixo da válvula. A válvula de esfera tipo V com vedação rígida possui uma forte força de cisalhamento entre seu núcleo esférico tipo V e a sede metálica da válvula, soldada com liga dura, sendo particularmente adequada para fluidos que contêm fibras, partículas sólidas minúsculas, etc. A válvula de esfera multivias não só controla de forma flexível a confluência, o desvio e a direção do fluxo do fluido na tubulação, como também permite o fechamento de qualquer canal para conectar outros dois. Este tipo de válvula geralmente deve ser instalado horizontalmente na tubulação. As válvulas de esfera são divididas em válvulas de esfera pneumáticas, válvulas de esfera elétricas e válvulas de esfera manuais, de acordo com o método de acionamento.

O que é uma válvula de esfera?

UMAs válvulas de esfera foram inventadas na década de 1950. Com o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia, e o aprimoramento contínuo dos processos de produção e das estruturas dos produtos, as válvulas de esfera se tornaram um dos principais tipos de válvulas em apenas 40 anos. Nos países industrializados do Ocidente, o uso de válvulas de esfera vem crescendo ano a ano.

No meu país, as válvulas de esfera são amplamente utilizadas em refinarias de petróleo, oleodutos e gasodutos, indústrias químicas, de papel e celulose, farmacêuticas, de saneamento básico, de energia elétrica, de administração municipal, siderúrgicas e outras, desempenhando um papel importante na economia nacional. Possuem um movimento de rotação de 90 graus, o corpo do obturador é esférico e há um furo ou canal circular que atravessa seu eixo.

As válvulas de esfera são usadas principalmente para interromper, distribuir e alterar a direção do fluxo do fluido na tubulação. Basta girá-las 90 graus e aplicar um torque muito pequeno para fechá-las hermeticamente. As válvulas de esfera são mais adequadas para uso como interruptores e válvulas de corte, sendo as válvulas de esfera tipo V as mais indicadas. Além de atentar para os parâmetros da tubulação, as válvulas elétricas também devem receber atenção especial às condições ambientais de uso. Como o dispositivo elétrico da válvula é um componente eletromecânico, seu funcionamento é fortemente influenciado pelo ambiente em que opera.

Quais são as características das válvulas de esfera? 

• Resistência ao desgasteComo o núcleo da válvula de esfera com vedação rígida é soldado por aspersão em aço liga,O anel de vedação possui revestimento em aço liga, o que garante que a válvula de esfera com vedação rígida não sofra desgaste excessivo durante a comutação. (Seu coeficiente de dureza é de 65 a 70).

• Bom desempenho de vedaçãoComo a vedação da válvula de esfera de vedação rígida é retificada manualmente, ela só pode ser usada até que o núcleo da válvula e o anel de vedação estejam perfeitamente ajustados. Portanto, seu desempenho de vedação é confiável.

• Baixo torqueComo a parte inferior do anel de vedação da válvula de esfera de vedação rígida utiliza uma mola para manter o anel de vedação e o núcleo da válvula firmemente unidos, o interruptor fica muito leve quando a força externa excede a pré-carga da mola.

• Longo serviçoVida: Tem sido amplamente utilizado em diversos setores, como petróleo, indústria química, geração de energia, fabricação de papel, energia atômica, aviação, foguetes e no cotidiano das pessoas.

Quais são as vantagens das válvulas de esfera?

Em comparação com outros tipos de válvulas, as válvulas de esfera abrem de forma rápida, suave e confiável, são amplamente utilizadas e apresentam as seguintes vantagens:

1. O rolamento de encosto reduz o torque de atrito da haste da válvula, o que permite que a haste da válvula funcione de forma suave e flexível por um longo período.
2. Função antiestática: Uma mola é colocada entre a esfera, a haste da válvula e o corpo da válvula para conduzir a eletricidade estática gerada durante o processo de comutação.
3. Como materiais comoO politetrafluoroetileno possui boas propriedades autolubrificantes e baixa perda de atrito com a esfera, o que confere à válvula de esfera uma longa vida útil.
4. Baixa resistência ao fluido: As válvulas de esfera pneumáticas apresentam a menor resistência ao fluido entre todas as categorias de válvulas. Mesmo para válvulas de esfera pneumáticas de diâmetro reduzido, sua resistência ao fluido é bastante baixa.
5. Vedação confiável da haste da válvula: Como a haste da válvula apenas gira e não se eleva, a gaxeta de vedação da haste não se danifica facilmente, e a capacidade de vedação aumenta com o aumento da pressão do fluido.
6. Bom desempenho de vedação da sede da válvula: O anel de vedação feito de materiais elásticos, como o politetrafluoroetileno, é fácil de vedar, e a capacidade de vedação da válvula de esfera aumenta com o aumento da pressão do fluido.
7. Com baixa resistência ao fluxo de fluidos, as válvulas de esfera de diâmetro total praticamente não oferecem resistência ao escoamento.
8. Estrutura simples, tamanho pequeno e peso leve.
9. Estanque e confiável. Possui duas superfícies de vedação, e os materiais de vedação da válvula de esfera são diversos tipos de plástico, proporcionando bom desempenho de vedação e garantindo vedação completa. Também é amplamente utilizada em sistemas de vácuo.
10. Fácil de operar, abertura e fechamento rápidos, basta girar 90° da posição totalmente aberta para a totalmente fechada, conveniente para controle à distância.
11. De fácil manutenção, a válvula de esfera possui uma estrutura simples e o anel de vedação geralmente é móvel, o que facilita a desmontagem e a substituição.
12. Quando totalmente aberta ou totalmente fechada, a superfície de vedação da esfera e da sede da válvula fica isolada do fluido, e o fluido não causará erosão na superfície de vedação da válvula ao passar por ela.
13. Ampla gama de aplicações, com diâmetros que variam de alguns milímetros a vários metros, e podem ser utilizadas desde alto vácuo até alta pressão.
14. Como a válvula de esfera possui uma propriedade de limpeza durante o processo de abertura e fechamento, ela pode ser usada em meios com partículas sólidas em suspensão.
15. Alta precisão de processamento, custo elevado, não adequado para uso em altas temperaturas, se houver impurezas na tubulação, ela pode ser facilmente bloqueada, impedindo a abertura da válvula.

Quais são as categorias de válvulas de esfera?

 Classificação funcional

• Válvula de desvioAs válvulas de esfera geralmente são abertas pela pressão da água, portanto, as válvulas de bypass são configuradas para nivelar a pressão primeiro, ou seja, ambos os lados são preenchidos com água;
• Válvula de arAo encher com água, o ar é removido e o flutuador fecha a válvula automaticamente; ao esvaziar, o ar é adicionado e o flutuador desce automaticamente;
• Válvula de alívio de pressão:Ao abrir e fechar a válvula, a pressão da água entre a válvula e a tampa de vedação é removida para evitar o desgaste da tampa de vedação;
• Válvula de drenagem: drenar o esgoto da parte inferior da estrutura da bola.

Classificação do atuador da válvula de esfera

• Válvula de esfera pneumática
• Válvula de esfera elétrica
• Válvula de esfera hidráulica
• Válvula de esfera pneumática e hidráulica
• Válvula de esfera eletro-hidráulica
• Válvula de esfera de transmissão de turbina

Classificação pelo material do corpo/carcaça da válvula de esfera

• Válvula de esfera de metal: comoVálvulas de esfera em aço carbono, válvulas em aço liga, válvulas de esfera em aço inoxidável, válvulas em ferro fundido, válvulas em liga de titânio, válvulas em monel, válvulas em liga de cobre, válvulas em liga de alumínio, válvulas em liga de chumbo., etc.
• Válvulas com corpo revestido de metal: tais como válvulas revestidas de borracha, válvulas revestidas de flúor, válvulas revestidas de chumbo, válvulas revestidas de plástico, válvulas revestidas de esmalte.
• Válvulas de material não metálico: tais como válvulas de cerâmica, válvulas de vidro, válvulas de plástico.

Principais parâmetros da válvula de esfera

• Pressão Nominal: PN1.0-42.0MPa, ANSI CLASSE 150-2500, JIS10-20K
• Diâmetro Nominal: DN6~1200, NPS 1/4~48
• Conexão final: flangeamento, soldagem de topo, rosca, soldagem de encaixe, etc.
• Temperatura aplicável: -196℃~540℃;
• Operação: transmissão manual, por engrenagem helicoidal, pneumática, elétrica, hidráulica, acionamento gás-líquido, acionamento eletro-hidráulico;
• Material do corpo da válvula: WCB, ZG1Cr18Ni9Ti, ZG1Cr18Ni12Mo2Ti, CF8(304), CF3(304L), CF8M(316), CF3M (316L), Ti., Diferentes materiais podem ser usados ​​para água, vapor, óleo, ácido nítrico, ácido acético, meio oxidante, ureia e outros meios.

Método e etapas de instalação da válvula de esfera em tubulação. 

1. Remova as tampas de proteção em ambos os lados da extremidade do flange e enxágue e limpe a válvula quando ela estiver totalmente aberta.
2. Antes da instalação, toda a máquina deve ser testada de acordo com o sinal especificado (elétrico ou a gás) (para evitar que a vibração causada pelo transporte afete o desempenho), e só poderá ser instalada online após a aprovação no teste (fiação de acordo com o diagrama do circuito do atuador elétrico).
3. Antes de conectar à tubulação, lave e limpe as impurezas restantes na tubulação (essas substâncias podem danificar a sede e a esfera da válvula).
4. Durante a instalação, não utilize a parte do atuador da válvula como ponto de apoio para içá-la, a fim de evitar danos ao atuador e aos acessórios.
5. Este tipo de válvula deve ser instalado na direção horizontal ou vertical da tubulação.
6. A tubulação próxima ao ponto de instalação não deve ceder nem ser submetida a forças externas. Suportes ou braçadeiras podem ser usados ​​para eliminar o desvio da tubulação.
7. Após conectar à tubulação, aperte os parafusos de conexão do flange em cruz com o torque especificado.

Ocasiões de aplicação das válvulas de esfera

Como as válvulas de esfera geralmente utilizam borracha, náilon e politetrafluoroetileno como materiais para o anel de vedação da sede, sua temperatura de operação é limitada pelo material desse anel. O efeito de vedação da válvula de esfera é obtido pela pressão da esfera metálica contra a sede plástica sob a ação do fluido (válvula de esfera flutuante). O anel de vedação da sede sofre deformação elastoplástica em áreas localizadas sob uma determinada pressão de contato. Essa deformação pode compensar a precisão de fabricação e a rugosidade superficial da esfera, garantindo o desempenho de vedação da válvula.

Como a vedação da sede da válvula de esfera geralmente é feita de plástico, a resistência e a prevenção de incêndios da válvula devem ser consideradas na seleção de sua estrutura e desempenho, especialmente nos setores de petróleo, químico, metalúrgico e outros. Além disso, o uso de válvulas de esfera em equipamentos e sistemas de tubulação com fluidos inflamáveis ​​e explosivos exige ainda mais atenção à resistência e à prevenção de incêndios.

De modo geral, as válvulas de esfera são recomendadas em sistemas de tubulação com ajuste de dupla posição, vedação rigorosa, resistência à lama, desgaste e contração, abertura e fechamento rápidos (abertura e fechamento em 1/4 de volta), corte em alta pressão (grande diferença de pressão), baixo ruído, baixa cavitação e gaseificação, baixa fuga para a atmosfera, baixo torque de operação e baixa resistência ao fluido.

As válvulas de esfera também são adequadas para sistemas de tubulação com estruturas leves, corte de baixa pressão (pequena diferença de pressão) e fluidos corrosivos. Podem ainda ser utilizadas em equipamentos e sistemas de tubulação para baixas temperaturas (frio extremo). Em sistemas de tubulação de oxigênio na indústria metalúrgica, é necessário o uso de válvulas de esfera rigorosamente desengraxadas. Quando a tubulação principal de oleodutos e gasodutos precisa ser enterrada, é necessário o uso de uma válvula de esfera soldada de passagem plena. Quando se exige desempenho de regulagem, deve-se selecionar uma válvula de esfera com estrutura especial com abertura em V. Nas indústrias de petróleo, petroquímica, química, energia elétrica e construção urbana, válvulas de esfera com vedação metal-metal podem ser selecionadas para sistemas de tubulação com temperaturas de operação acima de 200 graus.

Vantagens e desvantagens das válvulas de esfera

Vantagens da válvula de esfera:

1. Possui a menor resistência ao fluxo (na verdade, 0);
2. Por não emperrar durante o funcionamento (na ausência de lubrificante), pode ser utilizado de forma confiável em meios corrosivos e líquidos de baixo ponto de ebulição;
3. É possível obter uma vedação completa dentro de uma ampla faixa de pressão e temperatura;
4. Ela permite abertura e fechamento rápidos, com tempos de abertura e fechamento de apenas 0,05 a 0,1 segundos em algumas estruturas, garantindo sua utilização em sistemas de automação de bancadas de teste. A abertura e o fechamento rápidos da válvula garantem uma operação sem impactos.
5. A peça de fechamento esférica pode se posicionar automaticamente no limite da posição;
6. O meio de trabalho é selado de forma confiável em ambos os lados;
7. Quando totalmente aberta e totalmente fechada, a superfície de vedação da esfera e da sede da válvula fica isolada do fluido, de modo que a passagem do fluido pela válvula em alta velocidade não causará erosão na superfície de vedação;
8. A estrutura é compacta e leve, podendo ser considerada a estrutura de válvula mais adequada para sistemas com fluidos de baixa temperatura;
9. O corpo da válvula é simétrico, especialmente a estrutura soldada, que suporta bem a tensão da tubulação;
10. A peça de fechamento suporta a alta diferença de pressão quando fechada. ⑾ A válvula de esfera com corpo totalmente soldado pode ser enterrada diretamente no solo, evitando a corrosão dos componentes internos e atingindo uma vida útil máxima de 30 anos. É a válvula ideal para oleodutos e gasodutos.

Desvantagens da válvula de esfera

1. Como o anel de vedação da sede da válvula principal da válvula de esfera é feito de politetrafluoroetileno (PTFE), ele possui um alto coeficiente de expansão, é sensível ao fluxo a frio e tem baixa condutividade térmica. Portanto, quando o material de vedação endurece, a confiabilidade da vedação fica comprometida.
2. Além disso, o politetrafluoroetileno possui baixa resistência à temperatura e só pode ser utilizado em temperaturas inferiores a 180 °C. Se a temperatura ultrapassar esse limite, o material de vedação sofrerá deterioração. Considerando o uso prolongado, geralmente seu uso é limitado a 120 °C.
3. Seu desempenho de ajuste é pior do que o da válvula de bloqueio, especialmente da válvula pneumática (ou válvula elétrica).