Emboraválvulas de plásticoÀs vezes, são consideradas um produto especial — a primeira escolha para quem fabrica ou projeta tubulações de plástico para sistemas industriais ou precisa de equipamentos ultralimpos —, mas é improvável que essas válvulas tenham muitos usos gerais — visão. Na verdade, as válvulas de plástico atuais têm uma ampla gama de usos, pois os tipos de materiais continuam a se expandir, e bons projetistas que precisam desses materiais significam que há cada vez mais maneiras de usar essas ferramentas multifuncionais.

PROPRIEDADES DO PLÁSTICO

As vantagens das válvulas termoplásticas são amplas: resistência à corrosão, produtos químicos e abrasão; paredes internas lisas; peso leve; facilidade de instalação; longa expectativa de vida; e menor custo do ciclo de vida. Essas vantagens levaram à ampla aceitação de válvulas plásticas em aplicações comerciais e industriais, como distribuição de água, tratamento de águas residuais, processamento químico e de metais, alimentos e produtos farmacêuticos, usinas de energia, refinarias de petróleo e mo. As válvulas de plástico podem ser fabricadas a partir de vários materiais diferentes usados ​​em diversas configurações. As válvulas termoplásticas mais comuns são feitas de cloreto de polivinila (PVC), cloreto de polivinila clorado (CPVC), polipropileno (PP) e fluoreto de polivinilideno (PVDF). As válvulas de PVC e CPVC são comumente unidas a sistemas de tubulação por meio de extremidades de soquete de cimento solvente ou extremidades roscadas e flangeadas; enquanto as de PP e PVDF exigem a união de componentes do sistema de tubulação, seja por tecnologias de fusão a quente, de topo ou eletrofusão.

Válvulas termoplásticas são excelentes em ambientes corrosivos, mas são igualmente úteis em serviços gerais de água, pois são isentas de chumbo1, resistentes à dezincificação e não enferrujam. Os sistemas de tubulação e válvulas de PVC e CPVC devem ser testados e certificados de acordo com a norma 61 da NSF [National Sanitation Foundation] para efeitos à saúde, incluindo o requisito de baixo teor de chumbo do Anexo G. A escolha do material adequado para fluidos corrosivos pode ser feita consultando o guia de resistência química do fabricante e entendendo o efeito que a temperatura terá sobre a resistência dos materiais plásticos.

Embora o polipropileno tenha metade da resistência do PVC e do CPVC, ele apresenta a resistência química mais versátil, pois não há solventes conhecidos. O PP apresenta bom desempenho em ácidos acéticos e hidróxidos concentrados, sendo também adequado para soluções mais suaves da maioria dos ácidos, álcalis, sais e muitos produtos químicos orgânicos.

O PP está disponível como material pigmentado ou não pigmentado (natural). O PP natural é severamente degradado pela radiação ultravioleta (UV), mas compostos que contêm mais de 2,5% de pigmentação de negro de fumo são adequadamente estabilizados contra raios UV.

Os sistemas de tubulação de PVDF são utilizados em diversas aplicações industriais, da indústria farmacêutica à mineração, devido à sua resistência, temperatura de trabalho e resistência química a sais, ácidos fortes, bases diluídas e diversos solventes orgânicos. Ao contrário do PP, o PVDF não se degrada pela luz solar; no entanto, o plástico é transparente à luz solar e pode expor o fluido à radiação UV. Embora uma formulação natural e sem pigmentação de PVDF seja excelente para aplicações internas de alta pureza, a adição de um pigmento, como um vermelho de grau alimentício, permitiria a exposição à luz solar sem efeitos adversos no fluido.

Sistemas plásticos apresentam desafios de projeto, como sensibilidade à temperatura e expansão e contração térmicas, mas engenheiros podem e já projetaram sistemas de tubulação duradouros e econômicos para ambientes gerais e corrosivos. A principal consideração de projeto é que o coeficiente de expansão térmica dos plásticos é maior do que o do metal — o termoplástico é de cinco a seis vezes maior que o do aço, por exemplo.

Ao projetar sistemas de tubulação e considerar o impacto no posicionamento e nos suportes das válvulas, uma consideração importante em termoplásticos é o alongamento térmico. Tensões e forças resultantes da expansão e contração térmicas podem ser reduzidas ou eliminadas ao proporcionar flexibilidade nos sistemas de tubulação por meio de mudanças frequentes de direção ou da introdução de circuitos de expansão. Ao proporcionar essa flexibilidade ao longo do sistema de tubulação, a válvula de plástico não precisará absorver tanto estresse (Figura 1).

Como os termoplásticos são sensíveis à temperatura, a pressão nominal de uma válvula diminui com o aumento da temperatura. Diferentes materiais plásticos apresentam uma redução correspondente com o aumento da temperatura. A temperatura do fluido pode não ser a única fonte de calor que pode afetar a pressão nominal de uma válvula de plástico — a temperatura externa máxima precisa ser considerada no projeto. Em alguns casos, a não consideração da temperatura externa da tubulação pode causar flacidez excessiva devido à falta de suportes para tubos. O PVC tem uma temperatura máxima de serviço de 60 °C; o CPVC tem uma temperatura máxima de 100 °C; o PP tem uma temperatura máxima de 82 °C; e as válvulas de PVDF podem manter uma pressão de até 125 °C (Figura 2).

No outro extremo da escala de temperatura, a maioria dos sistemas de tubulação de plástico funciona muito bem em temperaturas abaixo de zero. De fato, a resistência à tração aumenta em tubulações termoplásticas com a diminuição da temperatura. No entanto, a resistência ao impacto da maioria dos plásticos diminui com a queda da temperatura, e a fragilidade aparece nos materiais de tubulação afetados. Desde que as válvulas e o sistema de tubulação adjacente não sejam perturbados, não sejam ameaçados por impactos ou impactos de objetos, e a tubulação não sofra quedas durante o manuseio, os efeitos adversos à tubulação de plástico são minimizados.

TIPOS DE VÁLVULAS TERMOPLÁSTICAS

Válvulas de esfera,válvulas de retenção,válvulas borboletaVálvulas de retenção e diafragma estão disponíveis em diferentes materiais termoplásticos para sistemas de tubulação de pressão Schedule 80, que também possuem uma variedade de opções de acabamento e acessórios. A válvula de esfera padrão é mais comumente encontrada com um projeto de união verdadeira para facilitar a remoção do corpo da válvula para manutenção sem interromper a tubulação de conexão. Válvulas de retenção termoplásticas estão disponíveis como válvulas de retenção de esfera, válvulas de retenção de giro, válvulas de retenção em Y e válvulas de retenção cônicas. Válvulas borboleta acoplam-se facilmente a flanges metálicas, pois estão em conformidade com os furos, círculos e dimensões gerais dos parafusos da norma ANSI Classe 150. O diâmetro interno liso das peças termoplásticas contribui para o controle preciso das válvulas de diafragma.

Válvulas de esfera em PVC e CPVC são fabricadas por diversas empresas americanas e estrangeiras em tamanhos de 1/2 polegada a 6 polegadas, com conexões de soquete, roscadas ou flangeadas. O design de união das válvulas de esfera contemporâneas inclui duas porcas que se aparafusam ao corpo, comprimindo as vedações elastoméricas entre o corpo e os conectores finais. Alguns fabricantes mantêm o mesmo comprimento de instalação da válvula de esfera e as mesmas roscas da porca há décadas para permitir a fácil substituição de válvulas mais antigas sem necessidade de modificação da tubulação adjacente.

Válvulas de esfera com vedações elastoméricas de monômero de etileno propileno dieno (EPDM) devem ser certificadas conforme a NSF-61G para uso em água potável. Vedações elastoméricas de fluorocarbono (FKM) podem ser usadas como alternativa para sistemas onde a compatibilidade química é uma preocupação. O FKM também pode ser usado na maioria das aplicações que envolvem ácidos minerais, com exceção de cloreto de hidrogênio, soluções salinas, hidrocarbonetos clorados e óleos de petróleo.

Figura 3. Uma válvula de esfera flangeada acoplada a um tanqueFigura 4. Uma válvula de retenção de esfera instalada verticalmenteAs válvulas de esfera de PVC e CPVC, de 1/2 polegada a 2 polegadas, são uma opção viável para aplicações de água quente e fria onde o serviço máximo de água sem choque pode ser de até 250 psi a 73 °F. Válvulas de esfera maiores, de 2-1/2 polegadas a 6 polegadas, terão uma classificação de pressão menor de 150 psi a 73 °F. Comumente usadas em transporte de produtos químicos, as válvulas de esfera de PP e PVDF (Figuras 3 e 4), disponíveis em tamanhos de 1/2 polegada a 4 polegadas com conexões de soquete, roscadas ou flangeadas, são comumente classificadas para um serviço máximo de água sem choque de 150 psi à temperatura ambiente.

As válvulas de retenção de esfera termoplásticas utilizam uma esfera com densidade menor que a da água, de modo que, se houver perda de pressão no lado a montante, a esfera afundará contra a superfície de vedação. Essas válvulas podem ser usadas no mesmo serviço que válvulas de esfera de plástico semelhantes, pois não introduzem novos materiais no sistema. Outros tipos de válvulas de retenção podem incluir molas metálicas que podem não durar em ambientes corrosivos.

Figura 5. Uma válvula borboleta com revestimento elastomérico. A válvula borboleta de plástico, nos tamanhos de 2 a 24 polegadas, é popular para sistemas de tubulação de diâmetros maiores. Os fabricantes de válvulas borboleta de plástico adotam abordagens diferentes para a construção e as superfícies de vedação. Alguns utilizam um revestimento elastomérico (Figura 5) ou anel de vedação, enquanto outros utilizam um disco revestido de elastômero. Alguns fabricam o corpo de um único material, mas os componentes internos em contato com o fluido servem como materiais do sistema, o que significa que o corpo de uma válvula borboleta de polipropileno pode conter um revestimento de EPDM e um disco de PVC ou várias outras configurações com vedações termoplásticas e elastoméricas comumente encontradas.

A instalação de uma válvula borboleta de plástico é simples, pois essas válvulas são fabricadas em formato de wafer, com vedações elastoméricas projetadas no corpo. Elas não requerem a adição de uma junta. Instalada entre dois flanges acoplados, a fixação por parafusos de uma válvula borboleta de plástico deve ser feita com cuidado, aplicando-se o torque recomendado em três etapas. Isso garante uma vedação uniforme em toda a superfície e que nenhuma tensão mecânica desigual seja aplicada à válvula.

Figura 6. Válvula de diafragma. Profissionais de válvulas metálicas encontrarão o acabamento superior das válvulas de diafragma de plástico com indicadores de posição e roda (Figura 6); no entanto, a válvula de diafragma de plástico pode apresentar algumas vantagens distintas, incluindo as paredes internas lisas do corpo termoplástico. Semelhante à válvula de esfera de plástico, os usuários dessas válvulas têm a opção de instalar o projeto de união verdadeira, o que pode ser especialmente útil para trabalhos de manutenção na válvula. Ou, o usuário pode optar por conexões flangeadas. Devido a todas as opções de materiais do corpo e do diafragma, esta válvula pode ser usada em uma variedade de aplicações químicas.

Como acontece com qualquer válvula, a chave para o acionamento de válvulas de plástico é determinar os requisitos operacionais, como pneumáticos versus elétricos e CC versus CA. No entanto, com o plástico, o projetista e o usuário também precisam entender que tipo de ambiente envolverá o atuador. Como mencionado anteriormente, as válvulas de plástico são uma ótima opção para situações corrosivas, incluindo ambientes externos corrosivos. Por isso, o material do invólucro dos atuadores para válvulas de plástico é uma consideração importante. Os fabricantes de válvulas de plástico têm opções para atender às necessidades desses ambientes corrosivos na forma de atuadores revestidos de plástico ou invólucros metálicos com revestimento epóxi.

Como este artigo mostra, as válvulas de plástico hoje oferecem todos os tipos de opções para novas aplicações e situações.