Tipos de Válvulas Gaveta e Componentes – Guia Abrangente

As válvulas gaveta são componentes essenciais em diversas indústrias de processos, proporcionando um controle eficiente sobre o fluxo de fluidos e gases. Entre os diferentes tipos de válvulas industriais, alguns dos variantes mais comumente utilizados são abordados aqui. Neste artigo, eu expliquei diferentes construções, aplicações e as vantagens que elas oferecem.

O que é uma Válvula Gaveta?

Uma válvula gaveta pode ser definida como um tipo de válvula que utiliza um disco em forma de porta ou cunha, que se move perpendicularmente ao fluxo para iniciar ou interromper o fluxo de fluido em tubulações.

É o tipo mais comum utilizado em qualquer planta de processo. É uma válvula de movimento linear usada para iniciar ou interromper o fluxo de fluido. Em serviço, a posição da válvula é ou completamente aberta ou completamente fechada.

Quando a válvula gaveta está completamente aberta, o disco é completamente removido do fluxo. Portanto, praticamente não há obstrução ao fluxo. Devido a isso, há uma queda de pressão muito pequena através da válvula quando o fluido passa por ela.

Para obter vedação adequada, é necessário um contato de superfície de 360° entre o disco e os assentos quando a válvula está completamente fechada.

Não deve ser usada para regulagem ou estrangulamento do fluxo por meio de uma porta parcialmente aberta, pois o controle preciso não é possível. A alta velocidade do fluxo na válvula gaveta parcialmente aberta pode causar erosão do disco e das superfícies de assentamento, além de criar vibração e ruído.

Tipos de Válvulas Gaveta

As Válvulas Gaveta são classificadas de três maneiras distintas, levando em consideração diferentes aspectos de seu design e funcionalidade.

Aqui estão as características distintas de cada um dos tipos destacados:

Tipos de Disco:

1. Cunha Sólida Cônica: Este tipo de disco apresenta uma cunha sólida com formato cônico. É conhecido por oferecer vedação confiável em aplicações de alta pressão, devido à sua construção robusta.
2. Cunha Flexível: O disco em formato de cunha flexível possui uma estrutura que se adapta às irregularidades dos assentos, proporcionando uma vedação estanque mesmo em condições menos ideais.
3. Cunha Dividida ou Discos Paralelos: Discos divididos, ou seja, com partes paralelas, permitem um controle mais preciso do fluxo, sendo adequados para aplicações que requerem regulagem de vazão.

Tipos de válvulas gaveta com base na conexão entre o corpo e a tampa:

1º – Tampa Rosqueada:

• Projeto Simples: As válvulas gaveta com tampa rosqueada possuem um design direto e de construção mais simples em comparação com outros tipos. São frequentemente usadas em aplicações de baixa pressão e temperatura.
• Facilidade de Manutenção: Esse design permite uma fácil desmontagem e manutenção, pois a tampa pode ser rosqueada e desrosqueada do corpo com relativa facilidade.
• Custo Efetivo: São economicamente viáveis devido à simplicidade do projeto, tornando-as adequadas para aplicações onde a complexidade e os custos mais elevados não são necessários.

2º – Tampa com Parafusos:

• Design Popular: A tampa com parafusos é o design mais comum e amplamente utilizado em válvulas gaveta. A tampa é fixada ao corpo por meio de um conjunto de parafusos.
• Vedação com Junta: Para garantir a vedação entre a tampa e o corpo, é necessária uma junta, que pode ser de materiais como grafite, amianto ou outros adequados para a aplicação.
• Versatilidade: Essas válvulas são versáteis e adequadas para uma ampla gama de aplicações, desde baixa a alta pressão e temperatura.

3º – Tampa Soldada:

• Design Soldado: A tampa soldada é projetada para aplicações em que a desmontagem frequente não é necessária. A tampa é permanentemente soldada ao corpo.
• Leveza: Devido à ausência de parafusos e juntas, essas válvulas tendem a ser mais leves em comparação com as versões com tampa parafusada.
• Aplicações Específicas: São comumente usadas em situações em que a integridade estrutural e a redução de vazamentos são críticas, como em aplicações de alta pressão e alta temperatura.

4º – Tampa de Vedação de Pressão:

• Alta Pressão e Temperatura: Esse tipo de válvula gaveta é projetado especificamente para lidar com condições de alta pressão e alta temperatura.
• Junta Especializada: A tampa de vedação de pressão incorpora uma junta especializada que é dimensionada para suportar as altas forças de pressão geradas na cavidade do corpo.
• Aplicações Críticas: São comumente encontradas em aplicações críticas, como em usinas de energia, onde o desempenho seguro em condições extremas é fundamental.

Esses diferentes tipos de conexões entre o corpo e a tampa em válvulas gaveta são escolhidos com base nas necessidades específicas de capacidade e custo da aplicação, considerando fatores como pressão, temperatura, facilidade de manutenção e custo.

Tipos de Movimento da Haste:

1. Haste Ascendente ou Tipo OS & Y (Outside Stem e Screw Type): Esse design de haste permite uma indicação visual clara da posição da válvula, sendo ideal para situações onde é importante saber se a válvula está aberta ou fechada.
2. Haste Não Ascendente: Nesse tipo, a haste não sai do corpo da válvula durante a operação, economizando espaço vertical e sendo adequada para instalações com restrições de espaço.

Válvula Gaveta de Cunha Sólida (Rígida)

Uma cunha sólida é o tipo de disco mais comum e amplamente utilizado devido à sua simplicidade e resistência. Ela é o elemento de vedação de uma válvula gaveta e normalmente consiste em duas placas unidas. Esse tipo de disco pode ser instalado em qualquer posição e é adequado para quase todos os tipos de fluidos, incluindo fluxos turbulentos.

No entanto, esse tipo de disco não compensa as mudanças no alinhamento do assento devido a cargas na tubulação ou expansão térmica, tornando-o mais suscetível a vazamentos. Além disso, em serviços de alta temperatura, há o risco de travamento térmico, onde a comporta da válvula fica presa entre os assentos devido à expansão do metal.

A cunha sólida pode ser feita de uma única peça de material forjado ou fundido, especialmente em válvulas gaveta de pequeno porte (com diâmetros nominais abaixo de DN 40) ou em válvulas gaveta muito grandes. No entanto, em diâmetros nominais grandes, a cunha sólida pode se tornar muito pesada e difícil de movimentar, o que pode aumentar o custo da válvula.

Válvula Gaveta de Cunha Flexível

A cunha flexível é um disco sólido de uma única peça com um corte ao redor do perímetro. Esses cortes variam em tamanho, forma e profundidade. Um corte raso e estreito no perímetro da cunha proporciona menos flexibilidade, mas mantém a resistência. Uma recessão fundida ou um corte mais profundo e largo no perímetro da cunha oferece mais flexibilidade, mas compromete a resistência.

Esse design melhora o alinhamento do assento e oferece uma vedação melhor contra vazamentos. Também melhora o desempenho em situações em que o travamento térmico é possível. Esses tipos são usados em sistemas de vapor.

A expansão térmica da linha de vapor às vezes causa distorção nos corpos das válvulas, o que pode levar ao travamento térmico. A comporta flexível permite que a comporta se flexione à medida que o assento da válvula se comprime devido à expansão térmica da tubulação de vapor e evita o travamento térmico.

A desvantagem das comportas flexíveis é que o fluido da linha tende a se acumular no disco. Isso pode resultar em corrosão e, em última instância, enfraquecer o disco.

Com a cunha flexível, as duas placas da comporta não são rigidamente conectadas, mas apenas unidas por uma estrutura no meio. Como resultado, os dois lados das placas são elásticos (flexíveis) até certo ponto e podem, assim, se adaptar de forma mais precisa aos assentos do alojamento. A estanqueidade alcançável é muito maior do que com uma válvula gaveta com cunha sólida.

Devido às suas boas propriedades de vedação e baixo peso, a maioria das válvulas gaveta fabricadas atualmente possui cunhas flexíveis. Exceções a isso são as válvulas gaveta com assentos macios, que são principalmente usadas no setor de água/esgoto. Nessas válvulas gaveta, a cunha sólida é completamente vulcanizada com NBR ou EPDM e, portanto, alcança um alto grau de estanqueidade.

Válvula Gaveta de Cunha Dividida ou Discos Paralelos

Um disco de cunha dividida consiste em duas peças sólidas mantidas juntas com a ajuda de um mecanismo especial, como pode ser visto nas imagens. Caso uma metade do disco esteja desalinhada, o disco tem a capacidade de se ajustar à superfície de assentamento. O disco dividido pode ser em forma de cunha ou do tipo disco paralelo.

Os discos paralelos são pressionados por molas, o que os mantém sempre em contato com os assentos, proporcionando vedação bidirecional. A cunha dividida é adequada para lidar com gases não condensáveis e líquidos em temperaturas normais e elevadas.

A liberdade de movimento do disco impede o travamento térmico, mesmo que a válvula tenha sido fechada quando a linha está fria. Isso significa que quando uma linha é aquecida pelo fluido e se expande, ela não cria travamentos térmicos.

As duas placas de vedação são conectadas de forma móvel, por exemplo, por segmentos de esfera e copos de esfera ou por um mecanismo de mola. Como são autocompensadoras, alcançam um alto grau de estanqueidade, e as válvulas gaveta podem ser abertas e fechadas com menos esforço. Devido à produção complexa e dispendiosa, as válvulas gaveta de cunha dividida são principalmente usadas em aplicações de alta pressão em usinas de energia, como válvulas principais na saída de vapor principal ou em geradores de vapor.

Tipos de Válvulas com Base na Função da Haste da Válvula

Tipos de Válvulas com Base na Função da Haste da Válvula
As Válvulas Gaveta OS & Y ou de Haste Ascendente (Outside Stem e Tipo de Rosca) são um tipo especial de válvula gaveta com características distintas e amplamente aplicadas em diversas indústrias e aplicações de engenharia. Elas são conhecidas pelo movimento de sua haste, que desempenha um papel crucial no controle preciso do fluxo de fluidos e na capacidade de verificar visualmente o estado da válvula.

No funcionamento de uma válvula de haste ascendente, a haste se desloca para cima quando a válvula é aberta e desce quando a válvula é fechada, conforme ilustrado na imagem. Existem dois designs comuns para esse tipo de válvula: o design de rosca interna e o design de rosca externa. No design de rosca interna, a porção roscada da haste entra em contato com o meio de fluxo, e ao abrir a válvula, o volante sobe junto com a haste. Por outro lado, no caso do design de rosca externa, apenas a parte lisa da haste fica exposta ao meio de fluxo, e a haste se eleva acima do volante. Esse tipo de válvula é conhecido como válvula OS & Y, com OS & Y significando outside stem e York.

O movimento da haste não é apenas funcional, mas também fornece uma indicação visual clara das posições da válvula, tornando-a altamente visível e fácil de operar. Essas características tornam as válvulas de haste ascendente ideais para aplicações em que é crucial monitorar o estado da válvula em tempo real, o que é comum em processos industriais críticos. A escolha entre os designs de rosca interna e externa é baseada nas necessidades específicas da aplicação, considerando fatores como o tipo de fluido, temperatura, pressão e requisitos de vedação. Essas válvulas desempenham um papel fundamental na garantia da segurança e eficiência dos sistemas em que são empregadas.

Tipos de Válvulas com Base na Função da Haste da Válvula

As Válvulas Gaveta OS & Y ou de Haste Ascendente (Outside Stem e Tipo de Rosca) são um tipo especial de válvula gaveta com características distintas e amplamente aplicadas em diversas indústrias e aplicações de engenharia. Elas são conhecidas pelo movimento de sua haste, que desempenha um papel crucial no controle preciso do fluxo de fluidos e na capacidade de verificar visualmente o estado da válvula.

No funcionamento de uma válvula de haste ascendente, a haste se desloca para cima quando a válvula é aberta e desce quando a válvula é fechada, conforme ilustrado na imagem. Existem dois designs comuns para esse tipo de válvula: o design de rosca interna e o design de rosca externa. No design de rosca interna, a porção roscada da haste entra em contato com o meio de fluxo, e ao abrir a válvula, o volante sobe junto com a haste. Por outro lado, no caso do design de rosca externa, apenas a parte lisa da haste fica exposta ao meio de fluxo, e a haste se eleva acima do volante. Esse tipo de válvula é conhecido como válvula OS & Y, com OS & Y significando outside stem e York.

O movimento da haste não é apenas funcional, mas também fornece uma indicação visual clara das posições da válvula, tornando-a altamente visível e fácil de operar. Essas características tornam as válvulas de haste ascendente ideais para aplicações em que é crucial monitorar o estado da válvula em tempo real, o que é comum em processos industriais críticos. A escolha entre os designs de rosca interna e externa é baseada nas necessidades específicas da aplicação, considerando fatores como o tipo de fluido, temperatura, pressão e requisitos de vedação. Essas válvulas desempenham um papel fundamental na garantia da segurança e eficiência dos sistemas em que são empregadas.

Válvulas Gaveta de Sede Macia

As válvulas gaveta de sede macia são principalmente utilizadas no setor de água/esgoto. Como a haste é vedada sem necessidade de manutenção por anéis de vedação, as válvulas gaveta de sede macia também são adequadas para uso com gás (gás natural, biogás).

Diferentemente das clássicas válvulas gaveta de sede metálica, elas possuem uma passagem suave e sem bolsa da cunha. Isso oferece a vantagem de que as válvulas gaveta podem ser limpas com um dispositivo chamado “pig” (um dispositivo de limpeza ou inspeção que é empurrado através da tubulação usando pressão), e a tubulação pode ser completamente limpa, se necessário.

Outra vantagem é a alta estanqueidade das válvulas gaveta na passagem. A cunha da válvula gaveta é vulcanizada com NBR ou EPDM e, assim, alcança uma estanqueidade de acordo com a norma DIN EN 12 266-1, taxa de vazamento A! Além disso, essas válvulas gaveta são condicionalmente adequadas para vácuo.

Devido ao revestimento de borracha, as válvulas gaveta de sede macia não são adequadas para altas temperaturas, altas pressões de operação e meios abrasivos. Como todas as válvulas gaveta, elas são “apenas” adequadas para o fechamento de uma tubulação, não para a regulagem do meio de operação.

Tipos de Atuadores

A forma clássica de acionamento para válvulas gaveta é a manivela. O padrão internacional é que a válvula gaveta é fechada girando a manivela no sentido horário e aberta girando-a no sentido anti-horário.

Além disso, existem também os seguintes tipos de acionamento:

Caixa de engrenagens com manivela:
Se as forças de acionamento necessárias forem muito altas, uma caixa de engrenagens com manivela pode ser usada.

Alavanca de ação rápida:
Em vez da manivela, um bloco de apoio com uma alavanca é fixado na parte superior da comporta deslizante; puxando para cima, a comporta deslizante é aberta instantaneamente e, ao pressionar a alavanca para baixo, ela é fechada.

Roda de corrente:
Se a comporta deslizante estiver instalada em uma altura maior, uma roda de corrente pode ser usada para a operação. Uma corrente é colocada sobre a roda de corrente e fixada contra queda com um suporte guia. Puxando a corrente, a comporta deslizante é aberta ou fechada a partir do solo.

Chave de operação:
Em vez da manivela, é fixado um quadrado na extremidade do fuso da comporta deslizante. A comporta deslizante pode então ser operada com uma chave de boca aberta ou (no caso de instalação enterrada) de cima com uma chave T.

Válvulas Gaveta de Acionamento Automático

As válvulas gaveta podem ser operadas automaticamente com a ajuda de atuadores. Existem três tipos principais de atuadores utilizados para esse fim:

1. Atuadores Elétricos:
   Os atuadores elétricos são altamente versáteis e podem ser personalizados de acordo com as necessidades específicas da válvula gaveta. Eles podem ser alimentados com corrente trifásica, corrente alternada ou corrente contínua. Embora o custo inicial de aquisição seja relativamente alto, eles oferecem uma longa vida útil e baixos custos de manutenção. Além disso, sua instalação é simples, e eles não consomem energia quando não estão em operação. Os tempos de abertura e fechamento podem ser ajustados conforme necessário, variando de cerca de 20 segundos a vários minutos, tornando-os adequados para uma ampla gama de aplicações.

1. Atuadores Pneumáticos:
   Os atuadores pneumáticos utilizam ar comprimido para operação. Eles são uma opção mais econômica em comparação com os atuadores elétricos, têm tempos de comutação curtos e são fáceis de manter. No entanto, é necessário fornecer uma linha de ar comprimido e uma válvula solenoide para controlá-los. Existem dois tipos de atuadores pneumáticos: de dupla ação e de ação simples. Atuadores de dupla ação exigem ar comprimido tanto para abrir quanto para fechar a válvula. Já os atuadores de ação simples requerem ar comprimido apenas para uma das operações (abertura ou fechamento), com o retorno sendo realizado automaticamente por meio de uma mola.
2. Atuadores Hidráulicos:
   Os atuadores hidráulicos operam seguindo o mesmo princípio que os atuadores pneumáticos, mas em vez de ar comprimido, eles utilizam fluidos à base de óleo ou à base de água, muitas vezes retardantes de chama, para a operação. Esses atuadores oferecem uma alternativa eficaz para aplicações que envolvem óleo ou água, proporcionando controle preciso da válvula gaveta.

Válvula Gaveta de Passagem Plena

As válvulas gaveta de passagem plena são projetadas de forma a ter comportas que se fecham completamente dentro do corpo da válvula, criando uma abertura de passagem total. Esse tipo de válvula é amplamente utilizado em aplicações onde é crucial permitir a passagem completa de dispositivos de limpeza, que são conhecidos como “pigs”. Esses “pigs” são equipamentos especialmente projetados para realizar a manutenção e limpeza eficiente de dutos e tubulações em sistemas industriais, garantindo que essas vias de transporte de fluidos permaneçam livres de detritos e obstruções. Em resumo, as válvulas gaveta de passagem plena desempenham um papel fundamental na operação e manutenção eficaz de sistemas de tubulação industriais.

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