Válvulas UPVC e CPVC: melhor controle de fluxo em linhas de processamento químico

O primeiro sinal de que uma linha de produtos químicos está perdendo o controle raramente é um cano estourado. É uma válvula que ainda gira, mas não fecha mais, ou uma alavanca que agora precisa das duas mãos para ser movida.

Em uma linha de transferência de ácido clorídrico a 55 °C, uma válvula de esfera de aço carbono pode perfurar em meses, e o acabamento em aço inoxidável 316L começa a perder a geometria da sede à medida que os cloretos atacam o corpo e a área da haste. Cada uma dessas alterações quebra a ligação entre a posição da alça e o fluxo real. Essa é a definição funcional de perda de controle de fluxo.

Os corpos das válvulas UPVC (policloreto de vinila não plastificado) e CPVC (policloreto de vinila clorado) removem completamente esse caminho de corrosão. Ambos são termoplásticos sem mecanismo de corrosão eletroquímica, portanto um corpo corretamente classificado para o fluido mantém seu diâmetro interno, sua sede e seu torque operacional. O que eles não eliminam é a necessidade de adequar o material, a temperatura, a pressão e o tipo de válvula à tarefa.

Onde os corpos das válvulas metálicas perdem o controle de fluxo

Uma válvula metálica deixa de controlar o fluxo muito antes de vazar, porque a corrosão altera a sede, o torque da haste e o diâmetro efetivo enquanto o corpo ainda está estruturalmente intacto.

Os aços inoxidáveis ​​austeníticos como o 316L dependem de uma camada passiva de óxido de cromo. Os íons cloreto quebram essa camada localmente, produzindo corrosão sob tensão e, em uma variedade de combinações de serviço acima de aproximadamente 60ºC, rachaduras por corrosão sob tensão de cloreto. Ácido clorídrico, linhas de dosagem de hipoclorito e salmoura rica em cloreto são os casos clássicos. O declínio não é linear: uma válvula pode passar no teste de vazamento no comissionamento e não conseguir manter uma altura estática dezoito meses depois.

A resposta padrão da engenharia é uma liga superior, geralmente à base de níquel ou titânio. Isso resolve a questão da corrosão e cria três novas: múltiplos de custo de capital da alternativa termoplástica, longos prazos de entrega para peças fundidas e um par galvânico onde quer que o corpo de liga encontre a tubulação de aço carbono.

Os corpos termoplásticos mudam a imagem de três maneiras que são importantes para o controle:

• Sem corrosão eletroquímica, portanto o diâmetro do furo e a geometria da sede permanecem conforme fabricados.
• Nenhum par galvânico com tubulações de aço, portanto, nenhum ataque acelerado na face do flange.
• Um furo liso, normalmente estimado em cerca de 0,0015 mm de rugosidade absoluta para PVC, que resiste ao acúmulo de incrustações e biofilme que estreita o caminho do fluxo.

UPVC ou CPVC: a linha de temperatura decide

O UPVC é adequado para serviço contínuo até cerca de 60ºC, e o CPVC estende esse teto para aproximadamente 93°C com uma classificação de pressão reduzida.

Ambos os materiais são à base de PVC. O CPVC é produzido por resina de PVC pós-cloração, que eleva o teor de cloro de cerca de 57% em peso para cerca de 67%. O cloro adicional aumenta as temperaturas de transição vítrea e de deflexão térmica, razão pela qual um corpo de CPVC mantém sua forma e sua carga de sede em temperaturas onde um corpo de UPVC começaria a amolecer e a rastejar.

Os dois materiais se sobrepõem fortemente na resistência química. Concentrações diluídas e moderadas de ácido sulfúrico, clorídrico e fosfórico são tratadas por ambos. O CPVC estende a faixa aceitável em temperaturas elevadas e tem mais margem contra meios oxidantes, como o hipoclorito de sódio. Onde o processo permanece abaixo de 60 °C e as regras orçamentárias, a UPVC continua sendo o órgão mais econômico.

A profundidade da comparação é importante na fase de seleção; um detalhado comparação de materiais de válvulas UPVC e CPVC vale a pena ler antes que a especificação seja congelada.

Qual tipo de válvula oferece o controle que você precisa

Combine o tipo de válvula com a função: válvulas de esfera para fechamento hermético, válvulas borboleta para isolamento de grande diâmetro, válvulas de diafragma para serviços sujos ou estrangulados e válvulas de retenção para proteção contra refluxo.

Válvulas esfera: fechamento e capacidade

Uma válvula esférica de um quarto de volta proporciona um fechamento estanque a bolhas com a menor queda de pressão de qualquer tipo de isolamento, porque um furo de passagem total corresponde ao diâmetro interno do tubo. Como a área de fluxo varia com o quadrado do furo, um corpo de passagem completa passa aproximadamente duas vezes o fluxo de um corpo de passagem padrão do mesmo tamanho nominal com a mesma queda de pressão. Essa capacidade é uma vantagem de fechamento, não de estrangulamento: uma esfera parcialmente aberta assenta partículas abrasivas contra a vedação e provoca danos por cavitação.

Válvula de esfera industrial SCH80/DIN UPVC/CPVC tipo I Válvula esférica de um quarto de volta com baixa resistência a fluidos e vedação sem vazamentos, disponível em DN15–DN100 para tubulações químicas, de tratamento de água e HVAC. Ver Produto →

Válvulas borboleta: diâmetro grande, área compacta

Acima de aproximadamente DN100, uma válvula borboleta é a opção de isolamento econômica. O disco fica sempre no caminho do fluxo, portanto, uma queda de pressão permanente é projetada e a borda do disco se torna um ponto de erosão no serviço de lama. Os corpos wafer e lug economizam espaço; os operadores de engrenagem oferecem uma vantagem mecânica que uma alavanca não consegue em um disco de 10 polegadas.

Válvula borboleta operada por engrenagem UPVC/CPVC para grandes tubulações Válvula borboleta UPVC/CPVC operada por engrenagem em DN160–DN400, adequada para tratamento de água, processamento químico e linhas HVAC onde válvulas de isolamento maiores precisam de vedação confiável. Ver Produto →

Válvulas de diafragma: o mecanismo permanece seco

Uma válvula de diafragma do tipo vertedouro mantém as peças de trabalho fora do fluido, o que a torna a escolha padrão para polpas, soluções de cristalização e linhas de dosagem que necessitam de abertura parcial. O diafragma é uma peça de desgaste com intervalo de substituição definido e o perfil do vertedor limita a capacidade em comparação com uma válvula esfera do mesmo tamanho.

Válvula de diafragma flangeada SCH80/DIN UPVC/CPVC Válvula de diafragma flangeada UPVC/CPVC para líquidos e gases corrosivos, disponível DN25–DN125 com operação manual ou pneumática e opções de flange DIN/ANSI/JIS. Ver Produto →

Válvulas de retenção: protegendo o resto do circuito

Uma verificação de bola é adequada para corridas verticais e linhas de baixo fluxo, onde uma verificação de swing vibraria; uma verificação de oscilação oferece menor queda de pressão em linhas horizontais maiores. Coloque-o a jusante da descarga da bomba e a montante de qualquer ponto de injeção de dosagem, para que o refluxo não possa contaminar o patim de dosagem.

Derating transforma uma classificação de título em um limite de trabalho

Uma válvula termoplástica classificada como 150 psi a 23ºC pode reter bem menos da metade daquela a 80°C, portanto, o gráfico de pressão-temperatura, e não o número principal, define o limite real de trabalho.

Os termoplásticos rastejam sob carga sustentada e a tensão admissível cai à medida que a temperatura sobe. A ISO 15493 estabelece como os componentes das tubulações de PVC-U, PVC-C e ABS são reduzidos para temperatura em aplicações industriais, e os fabricantes publicam gráficos de pressão-temperatura baseados nessa lógica. O valor de pressão impresso maior em uma folha de dados é o valor de 23 °C.

Os fatores acima são estimativas de engenharia indicativas para comparação, e não uma classificação do fabricante. Adicione uma margem de sobretensão no topo do valor reduzido: a cabeça de corte da bomba mais o aumento transitório do fechamento rápido da válvula é o número a ser projetado, e uma válvula de esfera acionada por solenóide fechando em menos de um segundo gera uma sobretensão maior do que uma borboleta operada por engrenagem.

Detalhes de dimensionamento e interface que decidem se a válvula se ajusta

Uma válvula que atenda à classificação de pressão, mas não à perfuração do flange ou à dimensão face a face, não será instalada; portanto, os detalhes DIN e ANSI devem ser incluídos na consulta e não no local.

Os flanges ANSI B16.5 Classe 150 e DIN PN10 ou PN16 compartilham uma contagem de parafusos em alguns tamanhos e diferem em outros, e o círculo do parafuso e o diâmetro do furo raramente correspondem exatamente. As válvulas termoplásticas são oferecidas perfuradas em qualquer padrão, portanto o desenho deve indicar qual. O mesmo se aplica à espessura da parede: uma extremidade de válvula ASTM Schedule 80 não corresponde a uma extremidade de tubo da série métrica DIN, mesmo quando o diâmetro nominal é o mesmo.

Para serviço de estrangulamento, uma regra de trabalho é dimensionar de modo que o fluxo normal fique entre 20 e 80 por cento da capacidade da válvula, o que mantém o obturador ou diafragma fora de ambas as extremidades de seu percurso. Para serviço de isolamento, dimensione a velocidade da linha e verifique a queda de pressão resultante na vazão projetada.

Finalmente, cura conjunta. As juntas cimentadas com solvente são regidas pela ASTM D2855 e o tempo de cura varia de acordo com o diâmetro do tubo e a temperatura ambiente. Uma junta de 2 polegadas precisa de horas, não minutos, antes do teste de pressão; testar uma junta verde é a causa mais comum de um flange com vazamento que é atribuído à válvula.

O que verificar antes de liberar um pedido de compra de válvula

Seis documentos e detalhes decidem se um pedido de válvula termoplástica ocorre sem surpresas.

• Gráfico de pressão-temperatura para o composto exato do corpo, sede e elastômero do diafragma.
• Classe de célula composta de acordo com ASTM D1784, como 23447 para PVC clorado e 12454 para PVC não plastificado, citada no certificado.
• Padrão de perfuração de flange e dimensão face a face indicada no desenho, não implícita.
• O torque do atuador é cotado com uma margem na temperatura máxima de operação, uma vez que a demanda de torque aumenta à medida que as vedações endurecem.
• Registros de teste de carcaça e sede, além de listagem NSF/ANSI 61 onde a linha transporta água potável ou de processo.
• Diafragmas, sedes e anéis de vedação sobressalentes especificados por material, com intervalo de substituição indicado.

As classificações de válvulas para componentes de engenharia especial em sistemas de PVC e CPVC são cobertas pela ASTM F1970, que é a especificação a ser citada quando um comprador precisa de uma base de classificação além de uma página de catálogo. declara produção com certificação ISO 9001 em dois centros de fabricação e fornece válvulas UPVC e CPVC perfuradas de acordo com os padrões DIN ou ANSI para projetos de produtos químicos, lítio e tratamento de água; a gama de produtos do fabricante lista corpos de esfera, borboleta, diafragma e verificação com opções de atuação pneumática e elétrica.

Práticas de instalação e atuação que mantêm o controle

Cinco práticas de campo preservam o desempenho do fluxo para o qual a válvula foi selecionada.

1. Apoie a válvula de forma independente. Um corpo termoplástico não é um suporte de tubo e se deformará sob cargas de vão não suportadas.
2. Alinhe os flanges antes de apertar e aperte os parafusos em um padrão cruzado de acordo com a figura do fabricante da junta. O torque excessivo esmaga a face da junta e distorce o corpo.
3. Cure totalmente as juntas cimentadas com solvente de acordo com ASTM D2855 antes de qualquer teste de pressão e nunca use a válvula para colocar um tubo desalinhado no lugar.
4. Acione os atuadores pneumáticos e elétricos em toda a faixa na temperatura operacional e defina os limites de abertura e fechamento no atuador, não na alavanca.
5. Mantenha um filtro Y a montante ou filtro de cesta à frente de cada diafragma e válvula de retenção e limpe-o em intervalos fixos, em vez de em caso de falha.

Respostas diretas às perguntas que decidem a ordem

As válvulas UPVC e CPVC oferecem a mesma capacidade de fluxo?

Sim. Para o mesmo tamanho nominal e estilo de porta, uma válvula UPVC e uma válvula CPVC de geometria idêntica têm o mesmo diâmetro e o mesmo coeficiente de fluxo. A diferença é a capacidade de temperatura e a pressão permitida nessa temperatura, e não a capacidade a 23 °C.

A que temperatura um processo deve mudar de UPVC para CPVC?

Planeje a mudança a 60 °C. Acima dessa linha, a pressão permitida do UPVC cai acentuadamente, enquanto o CPVC retém uma margem útil de até aproximadamente 93 °C, desde que a pressão seja reduzida de acordo com o gráfico de pressão-temperatura do fabricante.

Uma válvula de esfera CPVC pode ser usada para estrangulamento?

Apenas brevemente e com baixa pressão diferencial. Uma esfera parcialmente aberta expõe a sede ao desgaste acelerado e, em serviço de cavitação, à erosão da superfície da esfera. Para estrangulamento contínuo, use uma válvula de diafragma ou uma válvula de controle caracterizada, dimensionada de forma que o fluxo normal fique entre 20 e 80 por cento da capacidade.

Qual padrão respalda uma classificação de pressão da válvula CPVC?

A ISO 15493 define a estrutura de redução para componentes de tubulação industrial de PVC-C, e a ASTM F1970 abrange válvulas de engenharia especial em sistemas de PVC e CPVC. O documento vinculativo para uma compra específica continua sendo o gráfico de pressão-temperatura do fabricante para aquela combinação de corpo e assento.