Vedações de válvulas borboleta: estrutura, materiais e análise de aplicação

As válvulas borboleta são amplamente valorizadas por sua relação custo-benefício e acionamento rápido, ondedesempenho da vedaçãoA confiabilidade e a vida útil da válvula são diretamente determinantes. Os projetos de vedação variam significativamente, cada um adequado a condições operacionais específicas. Este artigo examina as principais estruturas de vedação, os materiais utilizados e suas aplicações práticas.

​1. Estruturas e funções da vedação do núcleo​

As vedações das válvulas borboleta compreendem oanel de assentoesuperfície de vedação da borda do disco, categorizados em dois tipos principais:

• ​Vedações macias:​
  Apresente umassento elastomérico(borracha, PTFE) montado no corpo ou disco da válvula. O fecho comprime a borda do disco (geralmente de metal) contra a sede macia, deformando-a para uma vedação hermética.
  Vantagens:Baixa tensão de vedação, vazamento próximo de zero (possibilidade de Classe VI), baixo custo, torque mínimo.
  Desvantagens:Resistência limitada à temperatura, pressão e produtos químicos; vulnerável à erosão e danos por partículas; inadequado para estrangulamento frequente.
• ​Vedações metálicas rígidas (design de triplo deslocamento – Fig. 1):​
  Utilize vedação metal-metal (por exemplo, aço inoxidável, ligas metálicas). Elementos-chave do projeto:
  • ​1º Deslocamento:Eixo da haste deslocado em relação ao centro da tubulação.
  • ​2º Deslocamento:​Eixo da haste deslocado em relação ao centro da face de vedação do disco.
  • ​3º Deslocamento (Crítico):O perfil de vedação em ângulo cônico permite o contato em linhas/pequenas áreas.
    Vantagens:Resistência excepcional à temperatura/pressão/erosão/cavitação; longa vida útil; potencial de reutilização.
    Desvantagens:Alto custo de fabricação; alta tensão de assentamento; aumento do torque; potencial vazamento de baixa pressão (normalmente Classe IV).

​Figura 1: Estrutura de Vedação Metálica Tripla Deslocada​
(Visual: Demonstra o contato linear cônico que elimina o atrito de deslizamento durante a operação)

​2. Comparação de desempenho chave​

​Vedações macias versus vedações rígidas:​

• ​Temperatura:As vedações flexíveis operam entre -50°C e 200°C (dependendo do tipo de PTFE/borracha), enquanto as vedações metálicas suportam temperaturas extremas de -196°C a mais de 600°C.
• ​Pressão:As vedações macias são adequadas para PN25 ou superior (≈ ANSI 150). As vedações metálicas são adequadas para PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Vazamento:As vedações flexíveis proporcionam uma estanqueidade superior, próxima de zero (Classe VI). As vedações metálicas atingem a Classe IV/V, apresentando melhor desempenho sob alta pressão.
• ​Compatibilidade de mídia:As vedações macias são excelentes para água, ar e fluidos neutros. As vedações metálicas toleram vapor, hidrocarbonetos, pastas, fluidos corrosivos e gases quentes.
• ​Robustez:​As vedações metálicas oferecem resistência superior a partículas, erosão e desgaste. As vedações macias degradam-se rapidamente em serviços abrasivos ou com estrangulamento frequente.
• ​Custo e Operação:As vedações flexíveis têm um custo menor e exigem um torque mínimo. As vedações metálicas exigem um investimento inicial e um torque maiores, mas oferecem maior durabilidade em condições adversas.
• ​Aplicações:As vedações flexíveis predominam em sistemas de climatização (HVAC), sistemas de água e gás de baixa pressão. As vedações metálicas são essenciais em refinarias, linhas de vapor, processamento químico e petróleo/gás.

​3. Materiais de assento com vedação macia​

A seleção de materiais define os limites de desempenho:

• ​NBR (Borracha Nitrílica):Resistente a óleos e hidrocarbonetos (de -20°C a 80°C).Utilização: Água, ar comprimido, fluidos à base de petróleo.
• ​EPDM (Etileno Propileno Dieno):Resiste à água quente/vapor (<150°C), ozono e álcalis.Usos: Sistemas de aquecimento, alimentos/bebidas, ar úmido.
• ​FKM (Fluorocarbono Viton®):Manipula óleos, combustíveis, ácidos e opera em altas temperaturas (de -20°C a 200°C).Usos: Processamento químico, linhas de combustível, meios ácidos.
• ​PTFE (politetrafluoroetileno):Quimicamente inerte (de -50 °C a 200 °C), baixo atrito. Utilizado como:
  • Assentos Pure:Resistência à corrosão, vedação moderada.
  • Assentos reforçados (vidro/grafite):Melhor resistência ao escoamento a frio.
  • Assentos forrados (com borda/tubo de bolhas):Combina elasticidade e resistência química.

​4. Materiais e Tratamentos para Vedação Metálica​

O desempenho depende da combinação de materiais e da engenharia de superfície:

• ​Estratégia de Materiais:​
  • A combinação de materiais diferentes evita o desgaste por atrito (por exemplo, aço inoxidável versus Stellite®).
  • A dureza da superfície do assento é maior que a dureza da superfície do disco (em cerca de HRC 2-5), tornando o disco substituível.
• ​Melhorias de superfície:​
  • ​Revestimento rígido:​ ​**Stellite 6®(à base de cobalto, HRC 40-50) ouOs revestimentos de Inconel 625®** (à base de níquel) resistem ao desgaste/corrosão.Solução principal para uso severo.
  • ​Endurecimento superficial:O endurecimento por chama/plasma/laser ou a nitretação (≥HV 1000) aumenta a resistência ao desgaste/gripagem.
  • ​Aspersão térmica:Aplicado por HVOFWC (Carbeto de Tungstênio)ouÓxido de cromoOs revestimentos proporcionam extrema durabilidade à superfície.
• ​Ligas exóticas:Aço Hastelloy® ou aço duplex são usados ​​em ambientes altamente corrosivos (custo elevado).

​5. Limitações e Critérios de Seleção​

​Considerações importantes:​

• ​Limites de vedação flexível:Deformação permanente por compressão, incompatibilidade química (inchaço/degradação), deformação plástica/fluência a frio (PTFE/borracha), danos por partículas.
• ​Limites de vedação rígida:Possibilidade de vazamento em baixa pressão, maior custo/torque.
• ​Fatores de seleção:Propriedades do meio (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 entre estrutura e material de vedação. ​Vedações macias(EPDM/NBR/PTFE) são excelentes em aplicações de água/ar de baixa pressão e com restrições de custo.Vedações macias de FKM ou compósitos de PTFETratar meios corrosivos.Selos metálicos de triplo deslocamentocomSuperfícies endurecidas/Stellite®São obrigatórias para vapor, hidrocarbonetos, altas pressões e tensões e fluxos erosivos. Materiais à base de níquel são adequados para condições extremas. Uma avaliação rigorosa dos parâmetros operacionais e das propriedades dos materiais é crucial; negligenciar as especificações da vedação pode causar vazamentos, falhas prematuras e paradas dispendiosas.