Embora as válvulas de plástico sejam às vezes vistas como um produto especial — a principal escolha de quem fabrica ou projeta tubulações de plástico para sistemas industriais ou precisa de equipamentos ultralimpos — presumir que essas válvulas não tenham muitos usos gerais é uma visão limitada. Na realidade, as válvulas de plástico hoje têm uma ampla gama de usos, já que a crescente variedade de materiais e os bons projetistas que precisam desses materiais significam cada vez mais maneiras de usar essas ferramentas versáteis.
PROPRIEDADES DO PLÁSTICO
As vantagens das válvulas termoplásticas são amplas: resistência à corrosão, produtos químicos e abrasão; paredes internas lisas; leveza; facilidade de instalação; longa vida útil; e menor custo do ciclo de vida. Essas vantagens levaram à ampla aceitação das válvulas de plástico em aplicações comerciais e industriais, como distribuição de água, tratamento de águas residuais, processamento de metais e produtos químicos, alimentos e produtos farmacêuticos, usinas de energia, refinarias de petróleo e muito mais.
Válvulas de plástico podem ser fabricadas a partir de diversos materiais, utilizados 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). Válvulas de PVC e CPVC são comumente unidas a sistemas de tubulação por meio de extremidades de soquete com cimento solvente ou extremidades roscadas e flangeadas; enquanto as de PP e PVDF exigem a união dos componentes do sistema de tubulação por meio de 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.
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.
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 borboleta e válvulas de diafragma estão disponíveis em cada um dos diferentes materiais termoplásticos para sistemas de tubulação de pressão Schedule 80, que também possuem uma infinidade de opções de acabamento e acessórios. A válvula de esfera padrão é mais comumente encontrada em um projeto de união verdadeira para facilitar a remoção do corpo da válvula para manutenção sem interromper a tubulação de conexão. As válvulas de retenção termoplásticas estão disponíveis como válvulas de esfera, válvulas de giro, válvulas em Y e válvulas cônicas. As válvulas borboleta combinam facilmente com flanges de metal porque estão em conformidade com os furos, círculos e dimensões gerais dos parafusos da 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.
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 a pressão máxima de serviço de água sem choque pode chegar a 250 psi a 23°C. Válvulas de esfera maiores, de 6,35 cm a 15,2 cm, têm uma pressão nominal menor, de 150 psi a 23°C. Comumente utilizadas em transporte de produtos químicos, as válvulas de esfera de PP e PVDF (Figuras 3 e 4), disponíveis nos tamanhos de 1/2 polegada a 10 cm, com conexões de soquete, roscadas ou flangeadas, são comumente classificadas para uma pressão máxima de serviço 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.
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.
Profissionais de válvulas metálicas encontrarão o acabamento superior das válvulas de diafragma de plástico com indicadores de posição e roda (Figura 6) familiares; 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 mostra este artigo, as válvulas de plástico hoje oferecem todos os tipos de opções para novas aplicações e situações
Data de publicação: 30 de julho de 2020