Numa comparação entre uma válvula borboleta e uma válvula de retenção, a válvula borboleta abre, fecha ou regula o caudal quando acionada, enquanto a válvula de retenção limita automaticamente o fluxo inverso. Utilize uma válvula borboleta para isolamento ou para tarefas de regulação adequadas e uma válvula de retenção para proteção contra refluxo; muitos sistemas de bombagem necessitam de ambas.
| Fator de seleção | Válvula borboleta | Válvula de retenção |
|---|---|---|
| Função principal | Isolamento controlado e tarefas de regulação adequadas | Prevenção automática de refluxo |
| Mecanismo operacional | Um eixo faz girar um disco cerca de 90 graus | As forças do fluido movem um disco, uma placa, uma esfera ou outro elemento de fecho |
| Operação externa | Alavanca, caixa de velocidades ou atuador motorizado | Os modelos comuns não necessitam de nenhum atuador externo |
| Direção do fluxo | Muitos modelos suportam o serviço bidirecional; verifique a classificação | Concebido para permitir o fluxo no sentido normal e impedir o fluxo inverso |
| Regulação do caudal | Possível dentro da gama de controlo especificada para o modelo | Não se destina a manter uma configuração de caudal predefinida |
| Aplicações típicas | Distribuição de água, AVAC, isolamento de processos e determinadas funções de controlo | Descarga da bomba, ramificações de bombas em paralelo e linhas de processo que necessitam de proteção contra refluxo |
| Limites de pressão e temperatura | Depende do design, dos materiais, dos assentos e da classe de pressão | Depende do design, dos materiais, dos assentos e da classe de pressão |
| Comparação de custos | Incluir o atuador, os comandos, a instalação e as perdas de energia | Incluir o desempenho das vedações, a instalação, a manutenção e as perdas de energia |
Como uma válvula borboleta controla o caudal
A válvula de borboleta controla o fluxo através da rotação de um disco no interior do tubo. Quando o disco fica de lado em relação ao fluxo, o fluido passa à sua volta. Ao rodá-lo na direção da sede, a passagem fecha-se.
O disco percorre cerca de 90 graus, ou um quarto de volta, da posição aberta para a fechada. Uma alavanca pode acionar válvulas de menor dimensão. Para outros tamanhos e condições de funcionamento, uma caixa de engrenagens ou um atuador fornece o binário necessário.
Mesmo quando está totalmente aberto, o disco permanece no percurso do fluxo. O fluido tem de passar à sua volta, pelo que subsistem alguma restrição e alguma perda de pressão.
O guia da Spirax Sarco sobre válvulas de isolamento rotativas descreve este mecanismo e a construção compacta que torna as válvulas borboleta úteis em espaços reduzidos.
Que modelo de válvula borboleta deve considerar?
A construção da sede e a geometria do disco determinam qual a válvula borboleta adequada para a sua aplicação. Uma válvula básica com sede resiliente e uma válvula de desvio triplo com sede metálica podem ter limites de funcionamento muito diferentes.
Entre as opções mais comuns contam-se:
- As válvulas concêntricas com sede resiliente são comuns em sistemas de água, AVAC e serviços de utilidades gerais, desde que o material da sede seja adequado ao fluido e à temperatura.
- As válvulas de duplo desvio reduzem o atrito na sede durante o funcionamento. Os modelos adequados são capazes de lidar com aplicações de processo mais exigentes.
- As válvulas de desvio triplo incorporam um desvio geométrico adicional, geralmente com sistemas de vedação metálicos, para aplicações específicas em condições de funcionamento exigentes.
Os termos «wafer», «lug» e «de flange dupla» descrevem os tipos de ligação do corpo. Ainda assim, será necessário consultar as especificações do modelo para determinar a sua capacidade de pressão e o seu desempenho em termos de regulação do caudal.
Adapte o design interno e o tipo de ligação à sua aplicação. O guia de seleção de válvulas borboleta da Bray explica as diferenças entre estas famílias de design.
Como uma válvula de retenção impede o refluxo
Uma válvula de retenção abre com o fluxo no sentido normal e fecha automaticamente quando as condições mudam para o fluxo inverso. A gravidade, uma mola, a pressão inversa ou uma combinação destas forças provocam o seu fecho, dependendo do modelo.
Suponha que uma bomba pare enquanto a conduta a jusante permanece pressurizada. O fluido pode tentar regressar através da bomba. Uma válvula de retenção adequada fecha-se para limitar esse movimento inverso.
Diferentes mecanismos adaptam-se a diferentes condições:
- Uma válvula de retenção oscilante possui um disco articulado que se abre com o fluxo para a frente.
- A válvula de retenção de dupla placa possui duas placas articuladas, geralmente assistidas por mola, no interior de um corpo compacto.
- Uma válvula de elevação ou de pistão abre-se à medida que o seu elemento de fecho se levanta da sede.
- Uma válvula axial ou de bocal possui um elemento de fecho guiado que se desloca ao longo do eixo do fluxo, frequentemente com a ajuda de uma mola.
- Uma válvula de esfera é acionada quando a esfera se desloca do seu assento. Alguns modelos são adequados para águas residuais ou outras aplicações com líquidos.
Escolha entre elas tendo em conta o fluido, a gama de caudal, a orientação de instalação e o comportamento de fecho de que o seu sistema necessita. O tamanho do corpo, por si só, não é suficiente para determinar o desempenho de uma válvula.
Por que razão a pressão de fratura e o caudal mínimo são importantes
A pressão de abertura é a pressão diferencial na qual uma válvula de retenção começa a abrir. Não indica a queda de pressão em cada caudal de funcionamento nem se a válvula permanecerá aberta de forma estável.
Uma válvula pode abrir e, em seguida, vibrar à medida que o caudal oscila. Se for de dimensões excessivas, pode permanecer demasiado tempo parcialmente aberta, e os movimentos repetidos provocam o desgaste dos componentes.
O tutorial sobre válvulas de retenção da Spirax Sarco explica tanto o mecanismo de abertura como os problemas associados a um dimensionamento incorreto.
Indique ao fornecedor os seus caudais mínimo, normal e máximo, bem como o diâmetro da tubagem. Pergunte se a válvula proposta funcionará de forma estável em toda essa gama.
As diferenças que afetam o desempenho do sistema
As válvulas borboleta proporcionam um controlo programado, enquanto as válvulas de retenção respondem automaticamente ao fluido. Ambas exigem verificações específicas para cada modelo no que diz respeito à pressão, temperatura, fugas e comportamento durante um desligamento.
Desligamento comandado versus encerramento automático
Um operador ou atuador aciona uma válvula borboleta. O fluido aciona uma válvula de retenção comum. Durante uma falha de energia ou um desligamento da bomba, esses diferentes fatores determinam a forma como cada válvula reage.
Uma válvula borboleta aberta não deteta nem bloqueia, por si só, o fluxo inverso. Um atuador do tipo «fecho em caso de falha» continua a necessitar de uma sequência de funcionamento e de um tempo de fecho adequados ao sistema.
Também não é possível utilizar uma válvula de retenção comum para selecionar um valor de caudal. O seu elemento móvel pode ficar parcialmente aberto, mas são as condições do processo que determinam essa posição.
Para a manutenção, utilize o esquema de isolamento especificado e verifique se o equipamento está despressurizado. Uma válvula de retenção pode apresentar fugas ou encravar, pelo que a sua mera presença não garante um isolamento seguro.
Classificação de pressão, vedação e resistência ao fluxo
Os limites de pressão, as taxas de fuga e a queda de pressão variam consoante o modelo em ambas as famílias de válvulas. Compare as válvulas específicas tendo em conta a temperatura do fluido e as condições de caudal previstas.
Por exemplo, a Bray apresenta opções das classes ASME 150 a 900 para a sua válvula borboleta de desvio triplo Tri Lok, sujeitas aos limites de pressão e temperatura da configuração selecionada. Esses modelos especializados destinam-se a aplicações que vão além do âmbito das válvulas básicas de serviços públicos.
Muitas válvulas borboleta asseguram a estanqueidade em ambas as direções. Verifique se a pressão diferencial nominal exigida se aplica em cada direção, bem como a direção de fluxo recomendada pelo fabricante e as especificações de fecho.
Para comparar a perda de pressão, solicite ao fabricante o coeficiente de caudal, normalmente Cv ou Kv, ou uma curva de queda de pressão. Utilize o seu caudal de funcionamento e, no caso de uma válvula de regulação, a posição de abertura relevante.
Golpe de aríete e batida da válvula de retenção
Uma válvula borboleta que se fecha rapidamente pode provocar um golpe de aríete, e uma válvula de retenção mal ajustada pode bater com força. A instalação de uma válvula de retenção não garante que os picos de pressão prejudiciais desapareçam.
O golpe de aríete é uma onda de pressão causada por uma variação repentina na velocidade de um líquido, como a que ocorre quando uma válvula borboleta se fecha de forma demasiado abrupta.
Uma válvula de retenção pode bater com força quando se desenvolve uma velocidade inversa significativa antes de o seu elemento de fecho atingir a sede. Os modelos assistidos por mola com curso curto podem reduzir esse risco, desde que a sua resposta corresponda à desaceleração do caudal do sistema.
No caso de uma tubagem ascendente longa ou de um desligamento exigente da bomba, solicite uma avaliação de transientes. A descrição “sem batida” apresentada num catálogo tem, ainda assim, de ser comprovada por um comportamento de fecho adequado às suas condições de funcionamento.
Quando o seu sistema necessita de ambas as válvulas
São necessárias ambas as funções da válvula quando o sistema requer proteção automática contra refluxo, bem como isolamento ou controlo por comando. As bombas em paralelo apresentam frequentemente estes requisitos distintos.
Consideremos uma instalação hipotética com duas bombas a alimentar o mesmo coletor.
Quando uma bomba pára, a bomba em funcionamento consegue manter a pressão no coletor comum. Uma válvula de retenção no ramal de descarga da bomba inativa ajuda a impedir o fluxo inverso através dessa bomba.
Uma válvula borboleta separada pode desempenhar a função de isolamento do ramal, desde que a sua capacidade de corte e os procedimentos de isolamento da unidade o permitam. A manutenção pode também exigir o isolamento a montante, a drenagem, a purga ou barreiras adicionais.
Especifique separadamente o desempenho de fecho da válvula de retenção e os requisitos de isolamento da válvula borboleta. Siga as instruções de conceção da tubagem e do fabricante no que diz respeito ao espaçamento e à disposição.
Quanto custam as válvulas borboleta e as válvulas de retenção?
Válvula borboleta vs. válvula de retenção: o custo depende da aplicação, da construção e do pacote completo de instalação. Nenhum dos dois tipos é sempre mais barato.
Uma válvula borboleta com sede resiliente e comando manual pode ser económica numa conduta de água de grande dimensão. Uma válvula borboleta motorizada acrescenta um atuador à compra. Os posicionadores, os interruptores e a cablagem de controlo podem aumentar ainda mais o custo de instalação, nos casos em que esses acessórios sejam necessários.
Os preços das válvulas de retenção variam consoante os modelos: wafer compactas, de ala oscilante de corpo inteiro e axiais de conceção específica. O orçamento depende também do tipo de material, da classe de pressão, dos ensaios e do desempenho de fecho de que necessita.
Recomendo que se incluam os mesmos requisitos ao lado de cada orçamento:
- Corresponda o diâmetro nominal, a classe de pressão, o material do corpo, o conjunto interno, a sede e as ligações nas extremidades.
- Incluir a caixa de velocidades ou o atuador, a fonte de alimentação, os acessórios e a posição de segurança exigida.
- Ter em conta os suportes, o acesso, a elevação, os trabalhos nas flanges e o espaço disponível para a tubagem.
- Enumere as inspeções, os certificados de materiais, as homologações aplicáveis e os ensaios exigidos.
- Compare a perda de pressão, as peças sobressalentes, as inspeções, as reparações e o tempo de inatividade ao longo da vida útil da válvula.
Quando o sistema necessitar de ambas as funções, deve prever o orçamento para ambas as válvulas. A aquisição de uma válvula de isolamento mais barata não isenta do cumprimento do requisito de proteção contra refluxo.
Um exemplo prático do custo da perda de pressão
A queda de pressão adicional consome energia quando a bomba tem de fornecer uma altura manométrica adicional para manter o mesmo caudal. A Orientações do Departamento de Energia dos EUA sobre poupança de energia em válvulas de controlo explica que a potência necessária para superar uma queda de pressão depende tanto do caudal como da magnitude dessa queda.
Para comparar dois candidatos que desempenham a mesma função, considere estes dados hipotéticos:
- Fluxo: 0,020 m³/s, ou 72 m³/h.
- Queda de pressão adicional: 20 000 Pa, ou 0,20 bar.
- Eficiência combinada da bomba e do motor: 70%.
- Funcionamento: 6 000 horas por ano.
- Preço da eletricidade: $0,12 por kWh.
A potência elétrica adicional é de aproximadamente:
Caudal × queda de pressão adicional ÷ rendimento
Isso dá 0,020 × 20 000 ÷ 0,70 = 571 watts, ou cerca de 0,57 kW.
Ao longo de 6 000 horas, a energia adicional é de aproximadamente 3 429 kWh, com um custo de cerca de $411 por ano partindo destes pressupostos.
Estes valores ilustram o cálculo; não se trata de classificações do produto nem de uma previsão para a sua fábrica. O seu perfil de funcionamento, a eficiência da bomba, os controlos e a resposta do sistema determinam o custo real.
Como escolher a válvula certa em cinco passos
Comece por definir a função que a válvula deve desempenhar e, em seguida, verifique a compatibilidade com os fluidos, as especificações técnicas, o comportamento do fluxo e os detalhes de instalação. Transmita esses requisitos aos fornecedores para que possam propor um modelo adequado.
1. Definir o que a válvula deve fazer
Especifique uma válvula borboleta para tarefas adequadas de isolamento ou regulação que exijam controlo por parte do operador ou de um atuador. Especifique uma válvula de retenção para a prevenção automática do refluxo. Alguns sistemas necessitam de ambas.
Escreva o requisito numa única frase, por exemplo: “Impedir o fluxo inverso através da bomba em inatividade.” Utilize-o para filtrar as opções do catálogo.
2. Descreva o fluido e o seu estado
Indique o fluido, o intervalo de temperatura, a concentração química, o teor de sólidos e quaisquer características abrasivas ou corrosivas. Estes detalhes afetam todos os componentes em contacto com o fluido.
Verifique o assento, a haste, a mola e as juntas, bem como o corpo da válvula. No caso de águas residuais, informe-se sobre a passagem de detritos e a formação de incrustações. No caso de utilização com produtos químicos, solicite orientações sobre compatibilidade para a concentração e temperatura reais.
3. Verificar o envelope operacional completo
Compare os parâmetros da válvula proposta com a pressão máxima de funcionamento, a temperatura, a pressão diferencial e as condições transitórias prováveis. Um limite em qualquer componente ou condição de serviço aplicável pode determinar a escolha.
Inclua o funcionamento a vácuo, as condições de limpeza e os casos de paragem, sempre que relevante. A designação de uma classe de pressão não indica uma pressão admissível fixa para todas as temperaturas.
No caso das válvulas borboleta com atuador, certifique-se de que o atuador dispõe de binário suficiente para as condições especificadas e para a ação de falha exigida.
4. Dimensionamento para a gama de caudais
Verifique a válvula nos caudais mínimo, normal e máximo, incluindo o arranque e o funcionamento com carga reduzida. É necessário que funcione nas condições em que a sua unidade opera efetivamente, e não apenas no ponto de projeto.
No caso das válvulas de retenção, solicite informações sobre a abertura estável e a perda de pressão. No caso das válvulas borboleta de regulação, verifique a gama de controlo utilizável, a velocidade, o risco de cavitação e os requisitos do atuador.
Estar meio aberta não significa necessariamente metade do caudal em posição totalmente aberta. A característica da válvula e o resto do sistema de tubagem determinam a quantidade de fluido que passa.
5. Confirmar a instalação e o acesso ao serviço
Verifique a orientação permitida, as dimensões entre faces, a compatibilidade das flanges, a folga do disco e o acesso para manutenção antes de efetuar a encomenda. Uma válvula que se adapte ao diâmetro nominal da tubagem pode, mesmo assim, interferir com componentes adjacentes.
Para válvulas borboleta do tipo «lug», obtenha uma confirmação explícita de qualquer classificação de serviço «sem saída» proposta. Os olhais roscados, por si só, não garantem que a válvula consiga manter a pressão em segurança após a remoção da tubagem a jusante.
No caso de uma válvula de retenção, siga a seta de fluxo e as instruções de orientação do modelo. Verifique as posições de instalação permitidas, mesmo que o modelo seja do tipo com mola ou do tipo wafer.
Erros de instalação e manutenção a evitar
Uma orientação incorreta, uma folga insuficiente, condições de funcionamento inadequadas e o desgaste não controlado podem causar problemas. Siga as instruções de instalação e manutenção específicas do modelo que está a instalar.
Antes da colocação em funcionamento, remova os resíduos da instalação e certifique-se de que as peças móveis se movem livremente. Verifique se o disco borboleta não encosta no diâmetro interno do tubo nem nos acessórios adjacentes.
Durante a manutenção, investigue quaisquer novas vibrações, ruídos de vibração, fugas ou ruídos de paragem. Estes sintomas podem indicar um problema de funcionamento, bem como componentes danificados.
Nas válvulas borboleta, inspecione a sede, as juntas da haste, o funcionamento do atuador e os batentes de curso. Verifique se existem fugas, tanto externas como internas.
Nas válvulas de retenção, inspecione a sede, as dobradiças ou as guias e as molas, quando existentes. Verifique se há depósitos e sinais de fuga inversa.
Defina os intervalos de inspeção com base nas orientações do fabricante e no seu histórico de funcionamento, tendo em conta a intensidade de utilização e a frequência dos ciclos. A utilização com água limpa e a utilização em condições abrasivas com ciclos frequentes não exigem necessariamente o mesmo calendário. Uma regra geral de substituição a cada seis meses não tem em conta essas diferenças.
Antes de abrir o equipamento, siga os procedimentos de isolamento, bloqueio, drenagem e despressurização do local de trabalho. Nos locais de trabalho dos EUA abrangidos pela norma da OSHA relativa ao controlo de energia perigosa, a energia perigosa armazenada ou residual deve ser neutralizada, e um colaborador autorizado deve verificar o isolamento antes do início da manutenção.
Perguntas frequentes
As válvulas borboleta e as válvulas de retenção não são intercambiáveis em condições normais de funcionamento. Nomes semelhantes, especialmente “válvula borboleta de retenção”, podem tornar a distinção confusa.
Uma válvula de retenção tipo borboleta é o mesmo que uma válvula borboleta?
Não. Uma “válvula de retenção tipo borboleta” refere-se normalmente a uma válvula de retenção de duas placas, com duas placas articuladas que se assemelham a asas. Fecha-se automaticamente para impedir o fluxo inverso.
Uma válvula borboleta convencional possui um disco acionado por um eixo, operado por uma alavanca, uma caixa de velocidades ou um atuador. Verifique o mecanismo de funcionamento e a ficha técnica sempre que o nome de um produto for ambíguo.
Uma válvula borboleta pode substituir uma válvula de retenção?
Uma válvula borboleta comum não pode substituir a função automática de uma válvula de retenção. Pode permitir o fluxo inverso enquanto estiver aberta e não reage de forma autónoma quando o fluxo se inverte.
Um sistema de válvulas acionadas projetado pode controlar o desligamento da bomba. Os seus sensores, o comportamento em caso de falha de energia, a temporização e o desempenho em condições transitórias ainda precisam de ser avaliados em conjunto.
Qual é a melhor válvula para a regulação do fluxo?
Uma válvula borboleta concebida e dimensionada para funções de controlo é a opção a considerar para a regulação do caudal. Uma válvula de retenção comum não possui uma posição de abertura programável que permita regular o caudal.
Mesmo com uma válvula borboleta, tarefas de controlo exigentes requerem uma revisão do dimensionamento. Grandes reduções de pressão ou uma ampla gama de caudais podem justificar um projeto diferente da válvula de controlo.
Qual é a válvula que requer menos manutenção?
A manutenção depende do projeto e das condições de funcionamento. Uma válvula de retenção não requer qualquer intervenção normal por parte do operador, mas os seus componentes podem, ainda assim, sofrer desgaste, ficar obstruídos ou encravar.
Compare o acesso às peças de reposição, o número previsto de ciclos, a limpeza dos fluidos, os requisitos de inspeção e as consequências de eventuais fugas. O funcionamento automático não elimina a necessidade de manutenção.
Escolha a válvula de acordo com a função que deve desempenhar
Escolha uma válvula borboleta adequada para o isolamento ou regulação do caudal mediante comando, e uma válvula de retenção para proteção automática contra refluxo. Especifique ambas quando o sistema de tubagem necessitar das duas funções.
Antes de solicitar um orçamento, reúna os dados relativos ao fluido, o intervalo de funcionamento, a gama de caudais, a perda de pressão admissível e as restrições de instalação. Peça aos fornecedores que indiquem o modelo exato e forneçam os respetivos dados de desempenho, para que possa comparar o funcionamento e o custo total ao avaliar a válvula borboleta em comparação com a válvula de retenção.
