Comparando válvulas de esferas flutuantes e trunnion Principais diferenças de design

Em sistemas complexos de tubulações industriais onde diversos meios fluem continuamente, as válvulas de esfera servem como "guardiões" diligentes, controlando a abertura e o fechamento do fluxo do meio. Embora essas válvulas possam parecer simples à primeira vista, elas contêm variações de design sofisticadas. As válvulas de esfera flutuantes e trunnion (fixas), como dois designs principais, cada uma tem vantagens distintas em princípio, desempenho e cenários de aplicação. Este artigo fornece uma análise aprofundada desses dois tipos de válvulas de esfera, examinando seus princípios de funcionamento, características de design e critérios de seleção para ajudar os profissionais a fazer escolhas informadas em aplicações práticas.

Entre os vários tipos de válvulas, as válvulas de esfera se destacam por sua estrutura compacta, durabilidade e operação rápida, tornando-as componentes indispensáveis em sistemas de tubulações industriais. O componente principal de uma válvula de esfera é uma esfera com um furo passante (chamado de orifício), que controla o fluxo do meio girando 90 graus. Quando o orifício se alinha com o canal do corpo da válvula, o meio flui livremente; quando girado para a posição fechada, o orifício se torna perpendicular ao caminho do fluxo, interrompendo o movimento do meio.

Todos os designs de válvulas de esfera dependem de dois assentos para fixar e vedar a esfera. Esses assentos são tipicamente feitos de materiais como politetrafluoroetileno (PTFE), que se conformam firmemente à superfície da esfera para evitar vazamentos. Com base em como a esfera é fixada, as válvulas de esfera são classificadas em dois tipos principais: válvulas de esfera flutuantes e válvulas de esfera trunnion.

As válvulas de esfera flutuantes são o tipo mais comum em sistemas de tubulações industriais. Seu design apresenta uma esfera que não é fixada dentro do corpo da válvula, mas sim "flutua". Quando os assentos começam a desgastar, a pressão do meio empurra a esfera contra o assento a jusante, mantendo uma vedação firme. Este design confere às válvulas de esfera flutuantes excelentes propriedades de auto-vedação.

Ao contrário dos designs flutuantes, as válvulas de esfera trunnion têm suas esferas fixadas com rolamentos dentro do corpo da válvula, restringindo o movimento a jusante. Para manter a vedação após o desgaste do assento, as válvulas de esfera trunnion normalmente usam mecanismos de assento com mola. Este design as torna mais confiáveis em aplicações de alta pressão.

Antes de examinar os detalhes das válvulas de esfera flutuantes, vamos revisar os principais componentes das válvulas de esfera:

• Corpo da válvula: A carcaça externa contendo os mecanismos da válvula, tipicamente feita de aço, ferro, latão, bronze ou PVC, dependendo das características do meio, temperatura e pressão.
• Esfera: A esfera rotativa central com um furo passante, conectada ao corpo por meio de uma haste.
• Orifício: O furo passante central que controla o fluxo do meio, com o tamanho afetando diretamente as características do fluxo.
• Empacotamento: Vedações flexíveis ao redor da haste que evitam vazamentos do meio, exigindo resistência à corrosão e ao calor.
• Assento: Componentes em forma de anel entre a esfera e o corpo que criam vedações, geralmente feitos de materiais termoplásticos como PTFE para autolubrificação e resistência ao desgaste.
• Haste: O eixo que conecta a esfera aos operadores externos, controlando a rotação para abertura/fechamento.
• Atuador: Dispositivos externos que giram a haste, incluindo alavancas/engrenagens manuais ou atuadores elétricos/pneumáticos/hidráulicos, selecionados com base no tamanho da válvula, frequência de operação e necessidades de automação.

A maioria das válvulas de esfera usa designs flutuantes. A esfera flutuante é suportada por assentos em forma de copo que formam vedações firmes entre a esfera e o corpo. A esfera permanece suspensa no meio, mantida no lugar por assentos termoplásticos. Esses assentos criam vedação bidirecional, permitindo que a esfera se mova livremente e bloqueie o fluxo do meio em qualquer direção. As válvulas flutuantes são leves, econômicas e versáteis, amplamente utilizadas em aplicações de petróleo, gás, água, vapor e petroquímicas.

As válvulas de esfera flutuantes operam por meio de uma haste conectada à parte superior da esfera, girando 90 graus (um quarto de volta). À medida que a esfera gira, o orifício é coberto ou exposto pela parede do corpo da válvula, controlando o fluxo do meio. A conexão haste-esfera é suficientemente frouxa para que a pressão do meio empurre a esfera contra o assento a jusante ao girar, criando uma vedação firme. No entanto, em aplicações de pressão extremamente baixa com desgaste do assento, as válvulas flutuantes podem não vedar efetivamente devido à pressão insuficiente. Na maioria das aplicações, porém, a pressão a jusante mantém a vedação muito tempo após o desgaste inicial do assento.

As válvulas de esfera trunnion funcionam de forma semelhante aos designs flutuantes, mas apresentam uma segunda haste oposta à haste de operação que fixa a esfera. Esta segunda haste e conjunto de rolamentos são chamados de trunnion .

Ao contrário das válvulas flutuantes, as hastes das válvulas trunnion se conectam rigidamente às esferas, restringindo todo o movimento, exceto a rotação. Como as esferas não "flutuam" a jusante com a pressão do meio, as válvulas trunnion mantêm a vedação adequada em ambos os lados simultaneamente. Isso se mostra especialmente importante para válvulas multi-portas e aplicações de pressão extremamente baixa, onde o fluxo do meio não pode empurrar as esferas contra os assentos.

As válvulas trunnion funcionam efetivamente em aplicações de baixa e alta pressão e exigem menos torque de operação do que as válvulas flutuantes. No entanto, os projetistas de tubulações devem observar que os designs trunnion são geralmente mais caros do que as alternativas flutuantes.

As válvulas trunnion são comumente encontradas nestas indústrias:

• Química
• Geração de energia
• Petróleo e gás
• Tubulações
• Processamento de hidrocarbonetos

Em ambos os tipos de válvulas, as vedações da haste para o ambiente sofrem o maior desgaste ao longo do tempo, tornando o empacotamento da válvula crucial para evitar a fuga do meio. Os projetistas devem considerar designs de empacotamento com mola para compensar o desgaste inevitável e evitar vazamentos na vedação da haste.

Embora as válvulas de esfera flutuantes e trunnion funcionem de forma semelhante na prática, os projetistas de tubulações devem entender as vantagens e limitações de cada tipo. Fornecedores profissionais de válvulas podem ajudar a determinar o tipo de válvula de esfera ideal com base em aplicações e orçamentos específicos.

Para uma compreensão mais clara de suas diferenças, comparamos as principais características:

Ao escolher entre válvulas de esfera flutuantes e trunnion, considere estes fatores:

• Pressão de trabalho: Para altas pressões, as válvulas trunnion garantem uma vedação confiável.
• Tamanho do tubo: As válvulas trunnion se adequam melhor a tubos de grande diâmetro devido aos requisitos de torque mais baixos.
• Frequência de operação: As válvulas trunnion oferecem maior durabilidade para operação frequente.
• Características do meio: Meios corrosivos exigem válvulas com materiais resistentes à corrosão.
• Orçamento: As válvulas flutuantes geralmente custam menos do que as alternativas trunnion.

Tanto as válvulas de esfera flutuantes quanto as trunnion têm vantagens distintas adequadas para diferentes aplicações. Os profissionais devem avaliar as condições e requisitos de trabalho específicos ao selecionar os tipos de válvulas, considerando todos os fatores relevantes para tomar decisões ideais para seus sistemas.