As válvulas borboleta são amplamente valorizadas por sua relação custo-benefício e atuação rápida, ondedesempenho do selo determina diretamente a confiabilidade e a vida útil da válvula. Os projetos de vedação variam significativamente, cada um adequado a condições operacionais específicas. Este artigo examina as estruturas, os materiais e as aplicações práticas das vedações principais.
1. Estruturas e funções do selo central
As vedações de válvulas borboleta compreendem o anel de assento e superfície de vedação da borda do disco, categorizados em dois tipos principais:
- Selos macios:
Apresentar um assento elastomérico(borracha, PTFE) montado no corpo da válvula ou no disco. O fechamento comprime a borda do disco (geralmente metálica) contra o assento macio, deformando-o para uma vedação firme.
Vantagens:Baixo estresse de vedação, vazamento quase zero (Classe VI possível), baixo custo, torque mínimo.
Desvantagens:Resistência limitada à temperatura/pressão/produtos químicos; vulnerável à erosão e danos por partículas; inadequado para estrangulamento frequente. - Selos rígidos de metal (design com deslocamento triplo – Fig. 1):
Utilize vedação metal-metal (por exemplo, aço inoxidável, ligas). Principais elementos de design:- 1º Deslocamento: Eixo da haste deslocado do centro do oleoduto.
- 2º Deslocamento: Eixo da haste deslocado do centro da face de vedação do disco.
- 3º Deslocamento (Crítico):O perfil de vedação em ângulo cônico permite contato entre linhas e áreas pequenas.
Vantagens:Resistência excepcional à temperatura/pressão/erosão/cavitação; longa vida útil; potencial reutilização.
Desvantagens:Alto custo de fabricação; alta tensão de assentamento; aumento de torque; potencial vazamento de baixa pressão (normalmente Classe IV).
Fig. 1: Estrutura de vedação metálica com deslocamento triplo
(Visual: Demonstra contato de linha cônica eliminando o atrito de deslizamento durante a operação)
2. Comparação de desempenho principal
Vedações macias vs. vedações rígidas:
- Temperatura:As vedações macias operam entre -50°C e 200°C (dependente de PTFE/borracha), enquanto as vedações de metal suportam temperaturas extremas de -196°C a 600°C+.
- Pressão: Vedações macias são adequadas para ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Vedações metálicas são adequadas para PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
- Vazamento:As vedações macias alcançam vazamentos quase nulos (Classe VI). As vedações metálicas alcançam a Classe IV/V, melhorando sob alta pressão.
- Compatibilidade de mídia: Vedações macias são excelentes para fluidos neutros/água/ar. Vedações metálicas toleram vapor, hidrocarbonetos, lamas, fluidos corrosivos e gases quentes.
- Robustez:As vedações metálicas oferecem resistência superior a partículas, erosão e desgaste. As vedações macias se degradam rapidamente em serviços abrasivos ou com estrangulamento frequente.
- Custo e operação:As vedações macias têm menor custo e exigem torque mínimo. As vedações metálicas exigem maior investimento inicial e torque, mas oferecem durabilidade em condições adversas.
- Aplicações: Vedações macias dominam sistemas de climatização, água e gás de baixa pressão. Vedações metálicas são essenciais em refino, linhas de vapor, processamento químico e petróleo/gás.
3. Materiais de assento de vedação macia
A seleção de materiais define limites de desempenho:
- NBR (Borracha Nitrílica): Resistente a óleos, hidrocarbonetos (-20°C a 80°C).Uso: Água, ar comprimido, fluidos à base de petróleo.
- EPDM (Etileno Propileno Dieno): Resiste à água quente/vapor (<150°C), ozônio e álcalis.Uso: Sistemas de aquecimento, alimentos/bebidas, ar úmido.
- FKM (Fluorocarbono Viton®):Lida com óleos, combustíveis, ácidos e altas temperaturas (-20°C a 200°C).Uso: Processamento químico, linhas de combustível, meios ácidos.
- PTFE (politetrafluoroetileno):Quimicamente inerte (-50°C a 200°C), baixo atrito. Utilizado como:
- Assentos puros:Resistência à corrosão, vedação moderada.
- Assentos reforçados (vidro/grafite):Melhor resistência ao fluxo frio.
- Assentos forrados (lábio/tubo de bolha):Combina elasticidade e resistência química.
4. Materiais e tratamentos de vedação metálica
O desempenho depende do emparelhamento de materiais e da engenharia de superfície:
- Estratégia de materiais:
- A combinação de materiais diferentes evita corrosão (por exemplo, aço inoxidável vs. Stellite®).
- Dureza da superfície do assento > Dureza da superfície do disco (em ~HRC 2-5), tornando o disco substituível.
- Melhorias de superfície:
- Revestimento duro:**Stellite 6® (à base de cobalto, HRC 40-50) ou Revestimentos de Inconel 625®** (à base de níquel) resistem ao desgaste/corrosão.Solução primária para serviços severos.
- Endurecimento de camada: O endurecimento por chama/plasma/laser ou nitretação (≥HV 1000) aumenta a resistência ao desgaste/corrosão.
- Spray térmico: Aplicado por HVOF WC (Carboneto de Tungstênio) ou Óxido de cromoOs revestimentos proporcionam extrema durabilidade da superfície.
- Ligas exóticas:Aço Hastelloy® ou duplex usado em ambientes altamente corrosivos (alto custo).
5. Limitações e Critérios de Seleção
Considerações principais:
- Limites de vedação suave: Deformação permanente por compressão, incompatibilidade química (inchaço/degradação), fluxo a frio/fluência (PTFE/borracha), danos por partículas.
- Limites de selo rígido: Possível vazamento de baixa pressão, maior custo/torque.
- Drivers de seleção:Propriedades da mídia (T, P, corrosividade, sólidos), requisitos de vazamento, frequência do ciclo de vida, severidade operacional e orçamento.
Conclusão:
A seleção da válvula borboleta é definida por sinergia estrutura-material de vedação. Selos macios (EPDM/NBR/PTFE) se destacam em aplicações de água/ar de baixa pressão e com custo acessível.Vedações macias de FKM ou compostos de PTFE lidar com meios corrosivos.Selos metálicos de deslocamento triplo com Stellite®/superfícies endurecidas são obrigatórios para vapor, hidrocarbonetos, alta temperatura/p e fluxos erosivos. Materiais à base de níquel atendem a condições extremas. A avaliação rigorosa dos parâmetros operacionais e das propriedades do material é crucial; ignorar as especificações da vedação pode causar vazamentos, falhas prematuras e paradas dispendiosas.
Horário da publicação: 06/08/2025