A escolha entre uma válvula borboleta e uma válvula de globo depende, normalmente, da aplicação: as válvulas borboleta apresentam um corpo compacto e uma menor perda de pressão quando totalmente abertas, enquanto as válvulas de controlo do tipo globo são adequadas para o estrangulamento preciso do fluxo. Opte por uma válvula borboleta para tarefas de isolamento que exijam um grande caudal e opte por uma válvula de controlo do tipo globo quando necessitar de uma regulação estável.
| Fator de seleção | Válvula borboleta | Válvula global |
|---|---|---|
| Movimento operacional | Disco rotativo; normalmente 90° desde a posição fechada até à posição totalmente aberta | Movimento linear do obturador ou do disco; as versões manuais utilizam normalmente um volante de várias voltas |
| Percurso do fluxo | Relativamente direto, com o disco a permanecer na corrente | O fluxo passa através de uma abertura na sede; a forma do corpo influencia a resistência |
| Regulação do caudal | Os projetos adequados permitem a modulação; verifique a amplitude de controlo utilizável | Os sistemas de controlo oferecem opções de ajuste para uma regulação precisa |
| Perda de pressão com válvula totalmente aberta | Normalmente mais baixo para tamanhos nominais e caudais comparáveis | Normalmente é mais elevado; verifique o coeficiente de caudal exato |
| Espaço e peso | Frequentemente mais curtos e mais leves, especialmente nos modelos tipo wafer ou com saliências | Muitas vezes mais compridos e mais pesados, sendo necessário espaço livre para o capô e o atuador |
| Custo de aquisição | Muitas vezes mais económico em diâmetros maiores | Costuma ser mais elevado em diâmetros maiores; o acabamento e o mecanismo de acionamento influenciam o preço |
| Desempenho de corte | Depende do design do assento, da classificação, da orientação e das condições de ensaio | Depende do design do assento, da classificação, da orientação e das condições de ensaio |
| Aplicações iniciais típicas | Condutas de água, isolamento da água de refrigeração e controlo adequado do sistema de climatização | Regulação do vapor, controlo do fluxo do processo e redução da pressão |
As válvulas de esfera são adequadas para regulação de caudal e as válvulas borboleta apresentam baixa resistência quando abertas; além disso, os modelos borboleta podem desempenhar funções de controlo.
Comparação entre a válvula borboleta e a válvula de globo
Como funcionam as válvulas borboleta e as válvulas de esfera
Uma válvula borboleta controla o caudal através da rotação de um disco. Uma válvula de esfera desloca um obturador ou disco em direção a uma sede para alterar a abertura. Esses movimentos afetam tanto a forma como a válvula controla o caudal como o espaço de que necessita.
As válvulas borboleta fazem girar um disco ao longo do tubo
Uma válvula borboleta abre à medida que o seu disco gira até ficar alinhado com o fluxo. Ao rodá-la na direção da posição fechada, o disco bloqueia a passagem e encaixa na sede.
O disco permanece no interior do canal, mesmo quando a válvula está totalmente aberta. Continua a obstruir parcialmente o fluxo, pelo que mesmo uma válvula borboleta totalmente aberta apresenta uma perda de pressão.
Irá encontrar modelos concêntricos, de duplo deslocamento e de triplo deslocamento. Os da ZECO gama de válvulas borboleta inclui opções com sede deslocada e sede metálica. Verifique a geometria e a disposição das vedações adequadas à sua aplicação: uma válvula de água com sede resiliente e uma válvula de processo com sede metálica têm limites diferentes.
As válvulas de esfera regulam a abertura da sede
Uma válvula de esfera convencional desloca o seu obturador para mais perto ou para mais longe da sede, a fim de alterar a área de passagem disponível. As versões manuais utilizam geralmente um volante; as versões automatizadas utilizam um atuador para posicionar a haste.
Um corpo de válvula tipo globo com padrão reto redireciona o fluxo à volta da sede. Os corpos com padrão em Y e angulares alteram esse percurso para se adaptarem a diferentes requisitos de perda de pressão ou de serviço. A ZECO’s Guia e gama de produtos de válvulas de esfera explica estes padrões de carroçaria e apresenta as configurações disponíveis.
O movimento linear da haste não produz necessariamente um caudal linear. O perfil do obturador e outras peças internas, designadas coletivamente por «trim», determinam a característica de caudal inerente à válvula.
Qual é a válvula que proporciona um melhor controlo do caudal?
Uma válvula de controlo de esfera com as dimensões adequadas é, normalmente, a primeira opção a considerar para um regulação precisa e contínua do caudal. Uma válvula de controlo borboleta também pode funcionar bem, especialmente em caudais elevados, se o seu disco, atuador e gama de funcionamento forem adequados à aplicação.
Considere um permutador de calor que precisa de manter a temperatura de saída à medida que a procura varia. A sua válvula tem de efetuar ajustes eficazes tanto em condições de baixa carga como perto da capacidade máxima de produção. Uma válvula capaz de lidar com o caudal de pico pode ainda assim ter dificuldades em condições de procura mínima.
Para qualquer uma das válvulas, solicite:
- O coeficiente de caudal em diferentes posições de deslocamento.
- Intervalo de controlo recomendado pelo fabricante.
- Funcionamento previsto com caudal mínimo, normal e máximo.
- Desempenho do atuador e do posicionador sob a carga prevista.
- Limites relativos ao ruído, à vibração e à pressão diferencial.
Um posicionador ajuda o atuador a atingir a posição comandada, mas uma válvula sobredimensionada ou um conjunto interno inadequado continuarão a causar problemas.
As aplicações que requerem grande capacidade e uma pegada de instalação reduzida. Adverte-se ainda que o dimensionamento e as variações nas cargas do processo são importantes, enquanto os designs de discos caracterizados podem ampliar a gama de controlo.
Eu verificaria o intervalo de controlo documentado antes de gastar mais dinheiro no atuador. Para uma análise mais detalhada da posição e dimensões do disco, consulte o guia da ZECO sobre utilização de válvulas borboleta para o controlo do caudal.
Queda de pressão: comparar as mesmas condições de funcionamento
Com o mesmo caudal e diâmetro nominal comparável, uma válvula borboleta totalmente aberta perde normalmente menos pressão do que uma válvula de esfera convencional. Para a regulação do caudal, compare a abertura real e o coeficiente de caudal de cada opção.
Uma válvula de isolamento pode passar a maior parte da sua vida útil totalmente aberta, pelo que a sua resistência contribui para a altura manométrica sempre que o sistema está em funcionamento. O Departamento de Energia dos EUA Oportunidades de poupança de energia nas válvulas de controlo explica que a potência necessária para superar uma queda de pressão aumenta tanto com o caudal como com a magnitude dessa queda.
Uma válvula de controlo cria deliberadamente uma restrição variável para regular o caudal. Reduzir excessivamente a queda de pressão nominal da válvula pode comprometer a sua capacidade de controlar o sistema.
Existe um compromisso: uma válvula de controlo sobredimensionada pode reduzir a resistência na posição totalmente aberta, ao mesmo tempo que provoca grandes variações de caudal numa pequena parte do seu curso.
Compare ambos os candidatos com o mesmo caudal, nas mesmas condições do fluido e com a mesma carga de trabalho exigida. Uma válvula borboleta totalmente aberta e uma válvula de globo parcialmente fechada desempenham funções diferentes.
A cavitação e o flashing requerem uma verificação separada
Ambos os tipos de válvulas requerem uma verificação de cavitação e vaporização nos casos em que as condições do líquido representam um risco. Verifique a temperatura do líquido e a sua pressão ao nível da restrição e a jusante.
A cavitação tem início quando a pressão local desce abaixo da pressão de vapor do líquido e se formam bolhas. À medida que a pressão se restabelece, as bolhas colapsam e podem danificar as superfícies próximas.
O fenómeno de flashing ocorre quando a pressão a jusante se mantém abaixo da pressão de vapor. O vapor persiste e a mistura de líquido e vapor pode corroer a válvula e a tubagem a jusante.
Um conjunto adequado para a válvula de esfera pode ajudar a controlar a cavitação; o tipo de corpo, por si só, não oferece essa proteção. A escolha da válvula não pode impedir o flashing imposto pelas condições do processo; a geometria e os materiais ajudam a limitar os danos.
Custo da válvula borboleta vs. válvula de globo: compare toda a instalação
As válvulas borboleta costumam ter um custo de aquisição mais baixo quando adquiridas em tamanhos maiores. Para comparar o custo total, é necessário incluir a instalação e a operação, para além do preço da válvula. Os materiais, a pressão nominal, a construção da sede, os requisitos de controlo e o sistema de acionamento podem, todos eles, determinar qual a opção mais económica.
Certifique-se de que as cotações abrangem os mesmos requisitos. Uma válvula borboleta manual com sede resiliente e uma válvula de controlo tipo globo automatizada incluem equipamentos diferentes. Indique o preço de cada pacote completo:
- O corpo da válvula, a sede, o conjunto interno e os ensaios necessários.
- O atuador, o posicionador, os interruptores e os acessórios.
- Alterações na tubagem, suportes, elevação e acesso para instalação.
- Energia de bombagem, manutenção, peças sobressalentes e tempo de inatividade.
Uma poupança expressa numa percentagem fixa seria enganadora. Uma válvula borboleta com sede metálica, concebida para condições de funcionamento exigentes, pode custar mais do que uma simples válvula de globo com especificações diferentes.
Um exemplo prático mostra por que razão a energia é importante
A perda de pressão adicional implica custos, uma vez que a bomba tem de fornecer a altura manométrica adicional. Aqui está um cálculo com dados hipotéticos; não representa poupanças medidas decorrentes de válvulas específicas.
Suponha que um sistema de abastecimento de água tenha:
- Caudal de 0,02 m³/s, o que equivale a 72 m³/h.
- Uma queda de pressão adicional evitável de 50 kPa.
- Eficiência combinada da bomba e do motor do modelo 70%.
- Funcionamento durante 6 000 horas por ano.
- A eletricidade custa $0,12 por kWh.
A potência elétrica adicional é de aproximadamente:
Potência = caudal × queda de pressão ÷ eficiência
Utilizando unidades consistentes: 0,02 × 50 000 ÷ 0,70 = 1 429 watts, ou cerca de 1,43 kW.
Isso equivale a cerca de 8 570 kWh e $1.030 por ano partindo destes pressupostos.
A poupança efetiva depende da curva da bomba e dos controlos. A eliminação da resistência num sistema de velocidade fixa pode aumentar o caudal, em vez de reduzir o consumo de energia nesse valor. As curvas da bomba e do sistema determinam o ponto de funcionamento. Verifique esse ponto antes de considerar o cálculo como uma estimativa de poupança de energia.
Válvula borboleta vs. válvula de globo: o diâmetro da tubagem é apenas o ponto de partida
As válvulas borboleta permitem, muitas vezes, poupar espaço e peso à medida que o diâmetro da tubagem aumenta. As válvulas de controlo do tipo globo têm de ser dimensionadas em função do caudal e da queda de pressão necessários, pelo que o diâmetro da tubagem, por si só, não é determinante na escolha entre ambas.
Por exemplo, a Bray apresenta a sua gama de válvulas borboleta das séries 30/31 com NPS 2–20, ou DN 50–500. É evidente que as válvulas borboleta não se limitam a tubagens de 8 polegadas ou mais.
Para a instalação, não se deve ter em conta apenas o diâmetro nominal:
- Distância entre as ligações dos tubos.
- Altura total e espaço livre do atuador.
- Requisitos relativos ao peso e ao suporte da montagem.
- Espaço para retirar o atuador, a tampa ou as peças internas.
- Espaço livre para a válvula borboleta no interior da tubagem e dos acessórios adjacentes.
Verifique a capacidade de caudal, mesmo quando o tamanho da flange for o mesmo. Uma válvula de controlo automático pode necessitar de um corpo mais pequeno do que o tubo de ligação.
Utilize a capacidade de caudal para verificar o tamanho
O coeficiente de caudal, Cv, relaciona o caudal de líquido com a queda de pressão e ajuda a comparar a capacidade real da válvula. Para um caudal de líquido turbulento e não estrangulado, uma relação simplificada que utiliza unidades do sistema americano é:
Cv = Q × √(SG ÷ ΔP)
Aqui, Q representa o caudal em galões americanos por minuto, SG representa a gravidade específica do líquido em relação à água e ΔP representa a queda de pressão na válvula em psi.
Para um caudal hipotético de água de 100 gpm (EUA) a uma pressão diferencial de 10 psi, o SG é aproximadamente 1. O valor de Cv necessário é, portanto, 100 × √(1 ÷ 10), ou seja, cerca de 31.6.
Para o serviço de controlo, localize o valor Cv 31,6 na curva de fluxo de cada candidato. Em seguida, repita o cálculo para a procura mínima e máxima, a fim de verificar se a válvula consegue controlar toda a gama.
A equação simplificada não abrange todas as condições. A viscosidade, os redutores, a cavitação e o fluxo estrangulado podem exigir correções; o vapor e os gases requerem métodos de dimensionamento para fluxos compressíveis.
A pressão, a temperatura e o fecho podem influenciar a escolha
Verifique os valores nominais de pressão e temperatura da válvula, os materiais de que é constituída e as especificações relativas a fugas, comparando-os com as condições de funcionamento da sua instalação. Esses limites variam consoante cada família de válvulas.
Uma sede resistente que funcione com água refrigerada pode não ser adequada para vapor ou para um determinado produto químico. As sedes metálicas podem alargar o leque de aplicações, mas o seu desempenho em termos de estanqueidade ainda precisa de ser verificado.
Verifique o corpo, a sede, o disco ou o revestimento, a vedação do haste e o atuador. Todas as peças do conjunto têm de estar adequadas à aplicação.
Ambos os tipos permitem um fecho hermético
Ambos os tipos podem satisfazer requisitos exigentes de fecho quando especificados para essa função. Compare a construção da sede, a pressão diferencial, a potência do atuador, a direção do fluxo e as condições de ensaio antes de decidir qual oferece uma melhor vedação.
Por exemplo, a Bray descreve a Série 30/31 como proporcionando um fecho bidirecional estanque à passagem de bolhas dentro dos valores nominais indicados. Esses valores nominais aplicam-se à família de produtos e às condições especificadas.
Peça ao fornecedor que indique a norma de ensaio, o meio de ensaio, a pressão, o nível de fuga permitido e a orientação aplicável. Considere uma promessa não fundamentada de “fuga zero” como uma especificação incompleta.
A fuga na sede passa através de uma válvula fechada. A fuga externa escapa através da gaxeta, das juntas ou da barreira de pressão. Especifique ambos os requisitos nos casos em que sejam relevantes.
O acesso para manutenção deve constar nas especificações
A válvula mais fácil de manter é aquela cujo design e instalação permitem aceder às peças desgastadas e substituí-las. Compare o acesso, as ferramentas, as peças sobressalentes e o tempo de inatividade para as reparações que prevê.
Alguns modelos de válvulas globo permitem o acesso à guarnição através da tampa, enquanto o corpo permanece na conduta. Algumas substituições da sede de válvulas borboleta exigem a remoção da válvula do espaço entre as flanges.
Verifique o procedimento no manual de manutenção. Se não houver espaço suficiente para remover uma peça desgastada, a reparação desta instalação compacta poderá ter um custo mais elevado.
Qual é a válvula mais adequada para a sua aplicação?
No que diz respeito ao isolamento, uma baixa resistência em posição totalmente aberta pode ser o fator mais importante. No que diz respeito à modulação, a válvula tem de controlar a gama de caudal necessária. Tenha em conta estas aplicações hipotéticas ao elaborar a sua lista de finalistas.
Grande conduta de isolamento da água de refrigeração
Uma válvula borboleta é, normalmente, uma escolha sensata para uma linha de isolamento de água de arrefecimento de grandes dimensões. Combina uma baixa resistência na posição totalmente aberta com um corpo compacto. O guia da ZECO sobre Aplicações das válvulas borboleta com flange abrange a água de refrigeração e outras instalações de grande diâmetro.
Verifique as características químicas da água, o teor de sólidos, a compatibilidade da sede e a pressão diferencial máxima de fecho. Defina uma velocidade de fecho que se mantenha dentro dos limites de pressão transitória do sistema, mesmo que o disco necessite apenas de um quarto de volta.
Alimentação de vapor a um permutador de calor
Uma válvula de controlo tipo globo é normalmente adequada para um sistema de fornecimento de vapor que tenha de responder a variações na procura de calor. Selecione o conjunto interno e o atuador para regular o caudal em toda a gama de funcionamento necessária.
Verifique a carga mínima com o mesmo cuidado que a carga máxima. As condições do vapor, a relação de pressão, o ruído e o tempo de corte necessário são fatores que influenciam a escolha final.
Circuito de água de caudal variável
Qualquer um dos tipos de válvula pode funcionar num circuito de água modulado, dependendo da gama de caudais e dos requisitos de controlo. Uma válvula borboleta de controlo pode proporcionar uma economia útil de capacidade e espaço, enquanto uma válvula de globo pode ser mais adequada para uma regulação precisa em caudais mais baixos.
Compare as posições de funcionamento calculadas e o desempenho de controlo. Com um valor de Cv excessivo, grande parte do curso da válvula poderá ter pouco efeito útil no caudal.
Como escolher em cinco passos
Forneça ao fornecedor dados operacionais suficientes para calcular as dimensões e verificar o conjunto. Siga estes cinco passos antes de aceitar uma seleção:
- Defina a função. Indique se a válvula isola, regula ocasionalmente ou modula continuamente. Inclua a frequência de funcionamento e a resposta necessária em caso de falha de alimentação elétrica ou de ar de instrumentação.
- Registe as condições do processo. Indique a composição do fluido, a temperatura, as pressões mínima e máxima e os caudais mínimo, normal e máximo. Inclua quaisquer questões relacionadas com sólidos, viscosidade ou corrosão.
- Avalie ambos os candidatos. Solicite os valores de Cv ou Kv necessários, as posições previstas dos órgãos de regulação, os cálculos da queda de pressão e as verificações relativas à cavitação, ao flashing ou ao ruído, sempre que relevante.
- Verifique a instalação e o sistema de fecho. Confirme as ligações, os valores nominais de pressão e temperatura, os critérios de fuga, a força ou o binário do atuador, a folga e o acesso para manutenção.
- Compare orçamentos completos. Analise o preço de compra juntamente com os trabalhos de instalação, as implicações energéticas, as peças sobressalentes e as necessidades de assistência técnica previstas.
Gostaria de solicitar o cálculo da seleção juntamente com o orçamento. Se estiver solicitar um orçamento de válvulas à ZECO, inclua os dados operacionais acima para que as dimensões, os materiais e o sistema de acionamento possam ser avaliados em conjunto.
Tome a decisão com base na obrigação exigida
Opte por uma válvula borboleta quando esta for adequada à aplicação e o seu tamanho compacto, capacidade ou menor resistência na posição totalmente aberta constituírem uma vantagem para a instalação. Opte por uma válvula de controlo tipo globo quando a regulação precisa e o conjunto interno adequado justificarem o espaço adicional, o peso e a perda de pressão.
Antes de efetuar a encomenda, confirme os cálculos e as especificações exatas do produto junto do engenheiro responsável ou do fornecedor da válvula. Isso permite-lhe obter os dados operacionais necessários para decidir entre uma válvula borboleta e uma válvula de esferas.
