TREINAMENTO AVANÇADO
A seguir parte do material didático que é
distribuído aos participantes do curso.
A próxima turma do curso VÁLVULAS
INDUSTRIAIS está programada para o período de
16 a 19 de setembro de 2013, no Rio de Janeiro.
Para maiores informações entre em contato com
o NTT pelo telefone: (21) 3325-9942 ou e-mail:
[email protected]
6 - Válvulas Gaveta
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS VÁLVULAS GAVETA
• Atuação
• Movimento do obturados perpendicular ao fluxo
• Aplicações
• Válvula de bloqueio de uso geral
• Hidrocarbonetos, água, vapor, borra, fluidos densos
• Vantagens
• Adequada para operações frequentes
• Baixo custo relativo
• Boa vedação para líquidos limpos e vapor
• Baixa perda de carga
• Pode ser recuperada e reciclada
• Válvulas resistentes ao fogo
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• Desvantagens
• Não adequada para controle de vazão
• Deve operar totalmente aberta ou fechada
• Não propicia estanqueidade total
• Acionamento multivolta
DESCRIÇÃO
É o principal tipo de válvula encontrado na indústria do petróleo, principalmente nas instalações
terrestres. Atualmente outros tipos de válvulas mais leves e de menor custo principalmente as válvulas
esfera e borboleta passaram a concorrer com as válvulas gaveta. São empregadas como válvulas de
bloqueio em serviços com líquidos em geral, água, hidrocarbonetos, para fluidos sem sólidos em
suspensão. Não devem ser empregados onde os fluidos transportados possam vir a se solidificar no
interior das válvulas, como é o caso de resinas, tintas e vernizes.
Entre as principais vantagens no emprego de válvulas tipo gaveta, podemos mencionar a passagem livre,
quando totalmente aberta, a boa estanqueidade, a grande diversidade de diâmetros, a variedade de
meios de ligação, aplicação em larga gama de pressões e temperaturas, permitir o fluxo nos dois
sentidos, ter um grande número de fabricantes e ser de fácil manutenção. As válvulas gaveta são em
geral robustas e algumas estão em operação a mais de 20 anos podendo ser recuperadas diversas vezes
ao longo de sua vida para reparo ou substituição dos componentes internos, mas mantendo o mesmo
corpo. As válvulas gaveta fabricadas em aço forjado ou aço fundido e com internos em metal com alto
ponto de fusão e sistema de vedação em grafite são consideradas resistentes a fogo em caso de
incêndio.
Entre as principais desvantagens no emprego de válvulas gaveta, podemos mencionar que não são
indicadas para operações frequentes, não devem ser usadas para regular o fluxo, não permitem uma
estanqueidade total, as válvulas possuem um maior peso quando comparadas a outros tipo de
válvulas, grandes dimensões externas e custo elevado de alguns modelos.
Figura 6.1 – Identificação das partes de uma Válvula Gaveta
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TIPOS DE EXTREMIDADES DAS VÁLVULAS GAVETA
Os principais tipos de extremidades utilizadas nas válvulas gaveta são:
Extremidades com rosca NPT ou BSP, geralmente empregadas para válvulas de pequeno diâmetro ( ½” a
1 ½”), construídas em bronze e utilizadas para serviço com água.
Extremidades de encaixe para solda, geralmente empregadas para válvulas de pequeno diâmetro ( ½”
a 1 ½”), fabricadas conforme a norma API 602, construídas em aço forjado e utilizadas para serviços
mais críticos com hidrocarbonetos e vapor.
Extremidades flangeadas conforme ASME B16.5 ou ASME B16.47, geralmente empregadas para
válvulas de médio e grande diâmetro (acima de 2”), fabricadas conforme as normas API-600,
construídas em ferro fundido para serviço com água ou em aço fundido para serviços mais
críticos com hidrocarbonetos e vapor.
Extremidades para solda de topo, fabricadas geralmente nas válvulas com diâmetro acima de 2”,
empregadas em serviços críticos em altas pressões e temperaturas, onde se quer uma estanqueidade
absoluta.
Rosca
Encaixe para Solda
Flange
Solda de Topo
Figura 6.2 – Tipos de Extremidades para Válvulas Gaveta
TIPOS DE LIGAÇÃO CORPO COM A TAMPA DAS VÁLVULAS GAVETA
Para as válvulas gaveta de Bronze, com diâmetros menores ( ½” a 2 ½”), utilizadas em serviço com água,
ou outros fluidos com menor criticidade, a ligação entre o corpo e o castelo pode ser roscada, com rosca
interna, rosca externa, ou com rosca tipo união.
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Tampa com Rosca interna
Tampa com Rosca externa
Tampa com Rosca tipo união
Figura 6.3 Válvulas Gaveta de Bronze com rosca interna, rosca externa e rosca tipo união
Para as válvulas gaveta de ferro fundido ou aço fundido, com diâmetro de 2” e acima , a ligação entre o
corpo e castelo das válvulas gaveta é normalmente feito com o uso de flanges aparafusados e possuem
uma junta de vedação entre a flange do corpo com a flange da tampa ou castelo. Para as válvulas gaveta
da classe 125 e 150 o flange tem o formato oval e para as válvulas classe 300 e acima o flange é circular.
Para os serviços mais críticos com altas pressões e temperaturas, a ligação do corpo com o castelo da
válvula pode ser soldada para os diâmetros de ½” a 1 ½ “ ou através de Castelo Selado à Pressão
(Pressure Seal), para as válvulas com diâmetro acima de 2”. Neste caso a própria pressão interna do
fluido atua sobre um anel cônico metálico que faz a vedação do corpo com a tampa da válvula.
Castelo Aparafusado
Castelo Selado à Pressão
Castelo Soldado
Figura 6.4 - Válvulas Gaveta com Castelo Aparafusado, Selado à Pressão e Castelo Soldado
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TIPOS DE HASTE E VOLANTE
As Válvulas Gaveta possuem uma haste que faz o movimento de translação da gaveta e um volante
cujas múltiplas voltas no mesmo provocam o movimento da haste. As formas construtivas da haste e
volante podem ser:
Haste e volante fixos com rosca interna
A haste é fixa ao volante e o movimento de rotação do volante transmite à haste apenas o movimento
de rotação e por meio de uma rosca a haste transmite à cunha o movimento de translação o que
possibilita a abertura e o fechamento da válvula. O sistema é empregado em válvulas de pequenos
diâmetros, geralmente de bronze, para uso doméstico e em serviços de pequena responsabilidade.
Uma das desvantagens do sistema é a impossibilidade de se saber, visualmente, se uma válvula está
aberta ou fechada e a outra grande desvantagem é o frequente contato do fluido com as roscas da
haste e da cunha.
As principais vantagens são as menores dimensões externas e o preço em relação a outros modelos
dessa mesma válvula.
As duas primeiras válvulas da figura 6.3 representam esse tipo de ligação da haste com o volante.
Haste e volante ascendentes com rosca interna
A haste é fixa ao volante e o movimento de rotação do volante confere à haste os movimentos de
rotação e de translação. A cunha é encaixada na haste e consequentemente também recebe o
movimento translação o que permite a abertura e fechamento da válvula.
Estas válvulas são empregadas em serviços de uso industrial de pequena responsabilidade em baixas
temperaturas e baixas pressões.
Uma das vantagens em relação ao sistema anterior é a possibilidade de se saber, visualmente, se uma
determinada válvula está aberta ou fechada e as principais desvantagens são as dimensões externas e a
rosca interna da haste que mantém contato com o fluido.
Haste ascendente, volante não ascendente com rosca externa
Neste modelo o volante é fixo ao castelo e recebe apenas movimento de rotação e este movimento de
rotação do volante transmite à haste somente o movimento de translação.
A cunha é encaixada na haste e consequentemente também recebe o movimento de translação o que
permite a abertura e o fechamento da válvula.
São válvulas empregadas em serviços mais críticos, para as mais variadas combinações de pressão e
temperatura.
Uma das vantagens em relação aos sistemas anteriores é de que a rosca da haste sendo externa, não
entra em contato com o fluido e a outra vantagem é a possibilidade de se saber, visualmente, se a
válvula está aberta, fechada ou semiaberta.
As principais desvantagens são as dimensões externas e o alto custo em relação aos outros modelos
desta mesma válvula.
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Haste e Volante Ascendente, Rosca Interna
Haste Ascendente, Volante Fixo, Rosca Externa
Figura 6.5 - Válvulas Gaveta com Haste e Volantes ascendente e fixo, com roscas Interna e externa
TIPOS DE GAVETA OU CUNHA
O elemento obturador da válvula Gaveta é chamado de gaveta ou cunha e possuem as seguintes
formas construtivas:
Cunha sólida:
Construída de uma peça sólida e recomendada para fluidos com algumas impurezas, fluidos densos,
para vapor e para condensado.
Cunha flexível:
Composta de dois discos justapostos unidos internamente por ressaltos circulares. Este tipo de cunha
absorve movimentos de dilatação e contração do corpo. É recomendada para água, hidrocarbonetos,
vapor e gases para todas as temperaturas.
Cunha bipartida:
A cunha é formada de dois discos paralelos e independentes dentro dos quais se desloca um dispositivo
de expansão que impõem aos mesmos movimentos de ajuste à sede acarretando a vedação.
São raramente empregados, limitados a serviços com água, óleo ou gás para temperatura ambiente e
baixas pressões. Devem ser instaladas na posição vertical.
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Cunha Sólida
Cunha Flexível
Cunha Bipartida
Figura 6.6 - Tipos de Gaveta ou Cunha
TIPOS DE ANEL SEDE
A sede é a região do corpo da válvula que se ajusta à cunha para proporcionar a vedação. Os tipos mais
usuais de fixação da
Anel-sede usinados:
São empregados em válvulas de pequenos diâmetros, geralmente de bronze.
Anel-sede roscados:
São de fácil substituição, geralmente executados de material diferente do material do corpo e são
empregados quando existe a presença de fluidos agressivos e devem ser construídos com materiais
compatíveis com o fluido a ser transportado e sua agressividade. Possui a vantagem de facilitar a
manutenção, porém tem a desvantagem de possibilitar um vazamento através da rosca.
Anel-sede soldado:
Semelhante ao modelo anterior, porém soldado ao corpo da válvula. Recomendados para serviços de
responsabilidade em tubulações de altas pressões e temperaturas.
Anel-sede prensado:
São empregados para fluidos agressivos mas a sua substituição não é tão fácil quanto as roscadas.
Quanto ao material empregado também deve atender as exigências da agressividade do fluido
transportado.
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Figura 6.7 - Tipos de fixação do Anel nas válvulas gaveta
SISTEMAS DE VEDAÇÃO
As Válvulas Gaveta possuem os seguintes pontos de vedação:
Bucha de contra-vedação:
A maioria das válvulas podem ser reengaxetadas em serviço, sob pressão, desde que sejam totalmente
abertas. A haste possui uma saliência cônica que na posição totalmente aberta encosta em uma bucha
presa à tampa ou castelo, propiciando uma vedação metal-metal. Apesar dessa facilidade, que permite
o reengaxetamento sem a parada do sistema, esse tipo de procedimento não tem sido permitido por
questões de segurança.
Vedação do corpo:
Entre o corpo e o castelo existe uma junta que é o elemento de vedação e a estanqueidade se processa
pelo aperto dessa junta entre o corpo e o castelo. Para válvulas da classe 125 e 150 o flange e juntas são
no formato oval e para as classes 300 e acima os flanges e juntas são no formato circular.
Vedação da haste:
Este sistema de vedação feito através de gaxetas enroladas na haste e prensadas por meio de um
dispositivo denominado preme-gaxetas.
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Figura 6.8 – Sistemas de vedação das Válvulas Gaveta
ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS
Existem várias formas de se transmitir o movimento de abertura e fechamento do obturador tipo
cunha nas Válvulas Gaveta.
Podemos ter o acionamento através do volante ligado diretamente à haste ou ainda a força do volante à
haste por meio de engrenagens de redução.
Utilizando somente o volante temos as seguintes possibilidades:
Acionamento direto por meio de volante fixo à haste.
Sistema usado em válvulas de uso doméstico e em válvulas industriais empregadas em serviços de
pequena responsabilidade, para todos os diâmetros, é o meio mais comum de acionamento.
Neste caso podemos ter o volante e a haste fixos, usados principalmente em válvulas de uso domiciliar
ou ainda o volante e a haste ascendentes, sistema que é usado em válvulas industriais e de saneamento,
em serviços de baixa pressão e temperatura ambiente.
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Figura 6.9 – Volantes fixos à Haste
Acionamento por volante fixo ao castelo.
Sistema usado em válvulas industriais de maior responsabilidade, neste caso o volante é fixo e a haste é
ascendente, este sistema é conhecido pela sigla OS&Y (Outside screw and yoke). Neste sistema de
acionamento a haste não possui movimento de rotação, apenas o movimento de translação.
Por meio de volante e engrenagens de redução.
Este tipo de acionamento é empregado sempre que se deseja diminuir a força de acionamento do
volante ou ainda quando se deseja aumentar o tempo de abertura e fechamento das válvulas. O
acionamento pode ser por meio de engrenagens paralelas, cônicas ou um sistema combinado.
Figura 6.10 – Volantes não ascendente
e
Volante com Engrenagem de Redução
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Por meio de corrente
Este tipo de acionamento é empregado quando a válvula está instalada em posição acima do operador e
este tem dificuldades em acessar o volante. Neste caso o volante comum é substituído por outro
próprio para uso com corrente.
Acionamento com Haste de Extensão
Este tipo de acionamento é usado principalmente quando as válvulas são instaladas abaixo da
superfície. Neste caso a haste deverá ter a cabeça com quadrado próprio para haste de extensão, que
pode ser uma barra em “T” ou um volante.
Figura 6.11 – Acionamento com corrente
e
Acionamento com haste de Extensão
Acionamento com válvula de contorno (by-pass).
Este tipo de acionamento, com válvula de contorno ou “by-pass” é usado sempre que se tem um
diferencial de pressão muito alto entre montante e jusante da válvula. A finalidade do by pass é a
equalização das pressões de montante e jusante com o objetivo de diminuir a pressão na cunha e
com isso a consequente diminuição da força de atrito entre cunha e anel sede facilitando a operação
de abertura e poupando os internos das válvulas.
A válvula de contorno pode ser uma gaveta ou uma globo, dependendo das condições de operação mas
o material da válvula de by-pass deve ser no mínimo igual ao da válvula principal.
Os pontos de by-pass podem ser roscados ou soldados e devem obedecer os locais estabelecidos (boses)
nas normas de fabricação das válvulas.
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Figura 6.12– Contorno (by-pass) de Válvulas Gaveta
EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÃO DE VÁLVULAS GAVETA
Fluido: água potável
Instalação: aparente
Pressão de serviço: baixa
Temperatura: ambiente
Válvula gaveta, corpo e castelo de bronze fundido ASTM B62, classe 125#,
castelo roscado ao corpo, haste fixa com rosca interna, cunha inteiriça cônica
deslizante, volante de alumínio e extremidades roscadas conforme ABNT NBR
6414 (BSP).
Fluido: água industrial
Instalação: aparente
Pressão de serviço: 10,0 kgf/cm
2
Temperatura: ambiente
Válvula gaveta, corpo e castelo de bronze fundido ASTM B62, classe 200#,
castelo roscado ao corpo, haste ascendente com rosca interna, cunha inteiriça
cônica, volante de alumínio e extremidades roscadas conforme ASME
B1.20.1(NPT).
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Fluido: vapor saturado Instalação: aparente
Pressão de serviço: 13 kgf/cm
2
o
Temperatura: 250 C
Válvula gaveta, corpo e castelo de aço carbono forjado ASTM A105, classe
800#, castelo aparafusado ao corpo, haste ascendente com rosca externa,
volante fixo, cunha sólida de aço inoxidável ASTM A217 CA15, haste de
aço inoxidável forjado ASTM A182 F6a, gaxetas de grafite flexível com fios
de Inconel, volante de ferro nodular e extremidades com encaixe para
solda conforme ASMEI B16.11.