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Existem muitas aplicações em que a válvula globo supera outros projetos, portanto, o futuro ainda é brilhante para essa favorita de longa data da indústria de controle de fluxo.
As válvulas globo são usadas em todos os lugares hoje e têm sido um acessório central no cenário de controle de fluidos por 200 anos. A principal razão de existência da válvula globo é regular o fluxo de fluidos, no entanto, ainda existem aplicações em que o bloqueio completo do fluxo também é tratado por projetos de válvula globo. A torneira de mangueira comum que está na parte externa de casas e prédios comerciais é um bom exemplo de válvula globo on/off e que também regula o uso.
A força vital da revolução industrial era vapor e água, mas esses fluidos potencialmente poderosos precisavam ser controlados. As primeiras válvulas chamadas para fazer esse trabalho com eficiência foram as válvulas globo. O projeto foi tão eficaz e popular que as primeiras patentes obtidas pela maioria dos principais fabricantes de válvulas nos Estados Unidos (Crane, Powell, Lunkenheimer, Chapman e Jenkins) foram para projetos de válvulas globo.
Embora a válvula globo possa ser usada como uma válvula de bloqueio ou de isolamento, ela é projetada para regular o fluxo na posição parcialmente aberta, enquanto as válvulas gaveta, por exemplo, são projetadas para serem usadas na posição totalmente aberta ou totalmente fechada.
A função reguladora das válvulas globo as torna perfeitamente adequadas para aplicações de controle, onde posicionadores e atuadores conectados ao castelo e haste da válvula globo tornam possível uma regulagem muito precisa. Nessas aplicações, eles são referidos como “elementos de controle final” e fornecem serviço em uma variedade de aplicações de controle de fluido.
A globo recebe o nome de seu design redondo original, um design que ainda esconde seu caminho de fluxo único e um tanto complicado. Ao contrário das válvulas de gaveta ou esfera totalmente abertas, uma válvula globo totalmente aberta ainda oferece muita restrição ou resistência ao fluxo, com seu caminho em ziguezague para cima e para fora. Esse fluxo angulado cria uma maior queda de pressão que, por sua vez, diminui o fluxo através da válvula.
As taxas de fluxo através das válvulas são medidas pelo seu coeficiente de fluxo, referido como “Cv”. O Cv para o mesmo tamanho de válvula gaveta e globo será muito diferente, pois a válvula gaveta oferece pouca resistência ao fluxo enquanto estiver na posição aberta.
O mecanismo de fechamento da válvula globo, chamado de disco ou plugue, pode ser usinado em vários formatos diferentes. Mudando a forma do disco, a taxa de fluxo através da válvula conforme ela é aberta pode variar bastante em proporção ao número de voltas da haste.
O design de disco curvo mais comum ou “convencional” é usado para a maioria dos serviços, pois abre mais para um determinado movimento (rotação) da haste do que outros modelos. O projeto do disco V-port é usado para regulação fina através de uma ampla gama de porcentagens de abertura e é adaptável a todos os tamanhos de válvulas globo.
O design do disco de agulha é usado para regulagem de fluxo muito fina, mas geralmente está disponível apenas em tamanhos menores. Quando o fechamento absoluto é necessário, um inserto de elastômero de assento macio pode ser instalado no disco ou no assento.
Nas válvulas globo, as peças que fornecem o fechamento real de componente a componente são chamadas de internos. Os componentes que compõem o acabamento no instrumento são o assento, o disco, a haste, o assento traseiro e, às vezes, as ferragens que conectam a haste ao disco.
O projeto correto do interno e a seleção de materiais são críticos para a operação correta e longevidade de qualquer válvula, especialmente válvulas globo devido ao seu alto atrito de fluido e caminho de fluxo complicado.
À medida que a sede e o disco se aproximam, a velocidade e a turbulência entre eles aumentam. Essa velocidade elevada combinada com a corrosividade do fluido pode causar danos ao interno, resultando em uma válvula que vaza muito na posição fechada. Às vezes, o defeito é o que parece uma fatia fina na sede ou no disco, que é chamado de trefilação.
Em válvulas globo de bronze menores, a guarnição geralmente é do mesmo material que o corpo da válvula ou, em alguns casos, uma liga de bronze semelhante com maior resistência.
As válvulas globo estão disponíveis em três padrões básicos. O mais comum é o padrão “T”, onde a haste é perpendicular ao fluxo da tubulação. O padrão angular é semelhante ao padrão T, mas o fluxo é girado em 90 graus na válvula para permitir que a válvula angular sirva como um dispositivo de controle de fluxo e cotovelo de tubulação de 90°.
A válvula globo de padrão angular ainda é comumente usada no topo das caldeiras e também é o padrão usado para a válvula reguladora de saída final em “árvores de natal” de petróleo e gás.
O terceiro modelo é o padrão “Y”, desenvolvido para reduzir a turbulência que ocorre no corpo de uma válvula globo, além de fornecer um projeto mais rígido para aplicações on/off. Nesse tipo de válvula globo, o castelo, a haste e o disco são inclinados em um ângulo de 30 a 45 graus, resultando em um caminho de fluxo mais reto e menos fricção do fluido.
Esse atrito reduzido também significa danos potencialmente menos erosivos à válvula, bem como melhores características de fluxo geral para o sistema de tubulação. Assim, é possível reduzir também a cavitação nas válvulas.
As válvulas globo vêm em uma variedade de designs de tampa e cada uma tem seu lugar e finalidade. Para pequenas válvulas de bronze, o projeto de haste ascendente com parafuso interno é o mais popular.
Neste projeto, as roscas da haste estão contidas dentro do envelope de pressão/fluido do castelo da válvula. Esse projeto é fácil de fabricar, mas tem uma desvantagem: as roscas ficam expostas ao fluido do processo. Isso significa que as roscas críticas da haste podem ser danificadas se expostas a líquidos ou gases corrosivos. Normalmente, esse tipo de válvula é usado para água ou vapor de baixa pressão, portanto, isso não é um problema.
Projetos de castelo onde as roscas da haste estão fora do envelope de pressão/fluido são mais preferidos em válvulas maiores que NPS 2, ou quando uma válvula está em serviço corrosivo. O mais comum desses projetos é chamado de parafuso externo e forquilha, também conhecido como OS&Y. É o projeto principal para válvulas globo industriais maiores.
A conexão do corpo/castelo nas válvulas globo vem em várias configurações. Ambas as conexões rosqueadas e tampas de união são encontradas nas válvulas menores de bronze, enquanto a tampa aparafusada é encontrada na maioria das válvulas globo de aço e ferro. O castelo de vedação de pressão é usado em válvulas globo de alta pressão e alta temperatura, como o projeto de padrão Y.
Válvulas Globo e caldeiras estão literalmente e figurativamente conectadas há mais de 150 anos. A primeira válvula em qualquer linha de saída da caldeira geralmente é uma válvula de retenção, também conhecida como válvula de parada da caldeira. O stop-check é, na verdade, duas válvulas em uma: uma válvula globo para regular o fluxo e uma válvula de retenção para evitar o refluxo.
Para que ocorra a função anti-retorno, o disco em um stop-check não é preso à haste, mas é guiado no castelo da válvula e pode se mover livremente para cima e para baixo quando a haste é levantada. Isso permite que a vazão seja regulada, mas quando ocorre o refluxo, o disco desconectado funciona como uma válvula de retenção do pistão e fecha rapidamente, impedindo o fluxo reverso na caldeira.
Se for necessário um fechamento mais apertado, a haste do stop-check pode ser abaixada fechando a haste, impedindo o movimento do disco para a posição totalmente aberta. Além de regular a saída da caldeira, a válvula stop-check também é usada para outras aplicações onde a combinação de uma válvula de retenção e uma válvula globo faz sentido para o projetista de tubulação.
Devido a alguns requisitos de teste, válvulas globo grandes podem apresentar desafios durante a fase de teste de sede do teste hidrostático. O problema ocorre quando os castelos das válvulas globo flexionam devido à transferência da pressão do teste hidrostático da área sob o disco para a haste, garfo e depois para o castelo.
Embora as válvulas globo sejam projetadas para serem operadas principalmente na posição parcialmente aberta para regular o fluxo, elas precisam passar por um rigoroso teste de sede hidrostática de 110% da pressão nominal de trabalho em alguns padrões de teste.
O problema é a falta de rigidez nos castelos dessas grandes válvulas globo de baixa pressão. Na maioria das vezes, os requisitos de espessura da parede vêm do American National Standards Institute (ANSI) B16.34, “Válvulas Flangeadas, Extremidade rosqueada e soldada”, mas isso geralmente não é espessura de seção suficiente para evitar que ocorra a flexão da tampa.
A maioria desses designs e padrões básicos de válvulas globo foi criada quando o teste de assento exigido pelo American Petroleum Institute (API) 598, “Inspeção e teste de válvulas” para válvulas globo era de apenas 90 psi de ar. Antes da sexta edição da API 598, “Teste e Inspeção de Válvulas”, publicada em 1990, quando o teste de baixa pressão de ar de 90 psi era o procedimento de teste exigido para o teste de assento de válvula globo, o problema não existia.
Em válvulas grandes de classe de baixa pressão, isso pode fazer com que o disco se afaste da sede alguns milésimos de polegada à medida que a pressão aumenta, causando vazamentos. A solução fácil é adicionar mais impulso na haste (apertá-la) conforme ela sobe. Isso geralmente resolve o problema, no entanto, o torque inicial de fechamento é frequentemente excedido durante esta operação.
Devido à flexibilidade do castelo da válvula, as válvulas globo operadas por volante de grande diâmetro podem exigir um novo torque secundário quando usadas em serviço on/off. Este reaperto também pode ser necessário durante o teste hidrostático.
A API criou um padrão de válvula globo relativamente novo, API 623, “Válvulas globo de aço — Extremidades flangeadas e soldadas a topo, tampas aparafusadas”, que requer espessuras de parede superiores a ANSI B16.34 e semelhantes às da API 600.
O requisito foi projetado para resolver possíveis problemas de corrosão e erosão que geralmente ocorrem em aplicações petroquímicas e de refino, mas essa espessura adicional também ajuda a resolver os problemas de flexibilidade do castelo que podem ocorrer durante testes hidrostáticos e aplicações de fechamento de alta pressão.
Outro ponto abordado no documento 623 é a necessidade de hastes mais fortes para fornecer vedação estanque quando certas ligas resistentes à corrosão são usadas para a construção da haste. Muitos materiais de aço inoxidável austenítico, como o aço inoxidável 316, são escolhidos para hastes em aplicações de fluidos altamente corrosivos. No entanto, esses materiais às vezes são significativamente mais fracos do que as hastes de aço inoxidável 410 geralmente especificadas como padrão. Esse requisito resultou em diâmetros de haste no documento consideravelmente maiores do que as hastes de válvula globo na API 623.
Embora a válvula globo ainda esteja sendo fabricada em grandes quantidades em todo o mundo, modelos mais modernos em um quarto de volta, como a borboleta e a válvula de esfera, conquistaram grande parte do mercado. No entanto, ainda existem muitas aplicações em que a válvula globo ofusca outros projetos, sendo assim, o futuro ainda é brilhante para esses favoritos de longa data da indústria de controle de fluxo.
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