Seleção de Material da Válvula: Limites de Temperatura para Junta, Gaxeta e Corpo
I. Temperatura de Serviço de Juntas de Válvula Comuns
A seleção do material da junta deve considerar simultaneamente a temperatura do meio, pressão, corrosividade e o tipo de face de vedação da flange. O resumo a seguir é classificado por tipo de junta.
1. Juntas de Borracha
As juntas de borracha obtêm vedação através da elasticidade do material e são adequadas para serviço de baixa pressão e temperatura ambiente. O limite superior de temperatura depende do tipo de borracha.
Nº | Nome | Temperatura de Serviço (°C) |
1 | Borracha Natural | -50 a 90 |
2 | Borracha Neoprene | -40 a 100 |
3 | Borracha Nitrílica (NBR) | -30 a 110 |
4 | Borracha de Estireno-Butadieno (SBR) | -30 a 100 |
5 | Borracha de Etileno-Propileno (EPDM) | -40 a 130 |
6 | Borracha Fluorada (FKM) | -50 a 200 |
2. Juntas Não Metálicas e Compostas
As chapas de borracha com amianto foram amplamente eliminadas devido às restrições ao amianto e raramente são utilizadas na prática de engenharia atual. As juntas de borracha com fibras sintéticas e as juntas compostas de grafite flexível são atualmente as soluções mais amplamente aplicadas.
Não. | Nome | Temperatura de Serviço (°C) |
7 | Folha de Borracha de Amianto | ≤ 300 |
8 | Borracha de Fibra Sintética | -40 a 200 |
9 | Politetrafluoretileno (PTFE) | ≤ 200 |
10 | PTFE com Fibra de Vidro | -100 a 260 |
11 | Aço de Baixo Carbono + Junta Composta de Grafite Flexível | ≤ 450 |
12 | 304 + Junta Composta de Grafite Flexível | ≤ 650 |
3. Juntas Encamisadas
As juntas com revestimento metálico consistem em uma casca externa metálica que envolve um material de vedação não metálico, combinando a resistência do metal com a adaptabilidade de vedação dos materiais não metálicos.
Não. | Nome | Temperatura de Serviço (°C) |
13 | Junta com Revestimento de Alumínio Puro L3 + Borracha de Amianto | ≤ 200 |
14 | Junta com Revestimento de Cobre Puro T3 + Borracha de Amianto | ≤ 300 |
15 | Folha Fina de Cobre Estanhado + Junta com Revestimento de Borracha de Amianto | ≤ 400 |
16 | Folha Fina de Cobre Zincada + Junta de Borracha de Amianto com Revestimento | ≤ 400 |
17 | 0Cr18Ni9 + Junta de Borracha de Amianto com Revestimento | ≤ 500 |
18 | 00Cr19Ni10 + Junta de Borracha de Amianto com Revestimento | ≤ 500 |
19 | 00Cr17Ni14Mo2 + Junta de Borracha de Amianto com Revestimento | ≤ 500 |
4. Juntas Espirais
As juntas espirais são formadas pelo enrolamento alternado de fitas metálicas e não metálicas, combinando resistência e desempenho de vedação. São uma escolha comum para conexões flangeadas de alta temperatura e alta pressão.
Nº | Nome | Temperatura de Serviço (°C) |
20 | 0Cr18Ni9 + Junta Espiralada de Fibra de Papel de Amianto Especial | ≤ 500 |
21 | 0Cr17Ni14Mo2 + Junta Espiralada de Grafite Flexível | ≤ 650 |
22 | 00Cr17Ni14Mo2 + Junta Espiralada de PTFE | ≤ 200 |
5. Juntas Camprofile (Estriadas)
As juntas camprofile possuem serrilhados concêntricos usinados nas superfícies superior e inferior de uma placa metálica central, cobertas com camadas de grafite flexível ou PTFE. São adequadas para serviços de alta temperatura, alta pressão e com flutuação de temperatura.
Nº | Nome | Temperatura de Serviço (°C) |
23 | 10 ou 08 + Junta Camprofile de Grafite Flexível | ≤ 450 |
24 | 0Cr13 + Junta Camprofile de Grafite Flexível | ≤ 540 |
25 | 304 + Junta Perfilada de Grafite Flexível | ≤ 650 |
26 | 316 + Junta Perfilada de PTFE | ≤ 200 |
II. Temperatura de Serviço de Gaxetas de Válvulas Comuns
A gaxeta é utilizada para vedação da haste, e sua aplicabilidade de temperatura afeta diretamente a confiabilidade da vedação dinâmica da haste.
Nº | Nome | Temperatura de Serviço (°C) |
1 | Anel de Vedação de Grafite Flexível | ≤ 600 |
2 | Anel de Vedação de PTFE | ≤ 200 |
3 | Fio de Aço Inoxidável + Trança de Grafite Flexível | ≤ 600 |
4 | Gaxeta Trançada de Fita de PTFE Expandido com Grafite | ≤ 250 |
5 | Corda de Amianto Impregnada com Óleo | ≤ 450 |
6 | Corda de Amianto com Grafite | ≤ 450 |
Notas de Seleção:
- A gaxeta de grafite flexível tem o limite de temperatura mais alto (600°C) e é a escolha preferida para vedação de haste de válvula em altas temperaturas. No entanto, observe que a grafite pode sofrer perda oxidativa em meios fortemente oxidantes.
- A gaxeta de PTFE tem um limite de temperatura mais baixo (200°C) e é adequada para serviço em temperatura ambiente e médio-baixa. Apresenta baixo coeficiente de atrito e bom desempenho de vedação.
- A gaxeta à base de amianto foi gradualmente substituída pela grafite flexível.
III. Materiais do Corpo da Válvula e Temperaturas de Operação
1. Válvulas de Ferro Fundido
As válvulas de ferro fundido têm baixa condutividade térmica e são materiais frágeis. De acordo com a ANSI B16.1, a faixa de temperatura de operação é de -29 a 232°C. No entanto, o ferro fundido apresenta fragilidade pronunciada a baixas temperaturas; recomenda-se que a temperatura de serviço não seja inferior a 0°C. Atualmente, as válvulas de ferro fundido raramente são utilizadas na indústria petroquímica, e as regulamentações nacionais proibiram explicitamente o uso de ferro fundido em torneiras domésticas.
2. Válvulas de Aço Carbono
O aço carbono fundido (ASTM A216 WCB) e o aço carbono forjado (ASTM A105) têm uma faixa de temperatura de operação de -29 a 425°C. Para garantir a segurança, recomenda-se que a temperatura de operação não exceda 400°C.
3. Válvulas Criogênicas
Os materiais comuns para válvulas criogênicas incluem LCB, LCC, LF2, LF3 e aços inoxidáveis austeníticos como CF8, CF3, CF8M, CF3M, 304, 304L, 316 e 316L. Na produção real, o aço inoxidável austenítico é o material mainstream para válvulas criogênicas:
- CF8: adequado para -196°C
- CF8M, CF3M: adequado para -254°C
Requisitos Estruturais Especiais para Válvulas Criogênicas:
Válvulas de gaveta, válvulas de globo e válvulas de esfera devem ser equipadas com uma tampa estendida e placa de isolamento para garantir que a temperatura da caixa de vedação permaneça acima de 0°C.
- Orifício de Alívio de Pressão:
Válvulas de gaveta e válvulas de esfera devem ter um orifício de alívio de pressão na extremidade a montante. Gás liquefeito de petróleo e outros líquidos criogênicos podem aumentar a pressão em quase 100 vezes e expandir o volume em aproximadamente 600 vezes ao aquecer. Sem alívio de pressão, a vedação e a junta podem ser expelidas e, em casos graves, o corpo da válvula ou a tampa podem romper.
Devido ao orifício de alívio de pressão, todas as válvulas criogênicas são de vedação unidirecional. O corpo da válvula deve ser marcado com uma seta indicando a direção do fluxo do meio.
4. Válvulas de Aço Inoxidável Resistentes à Corrosão
Os aços inoxidáveis resistentes à corrosão são aços inoxidáveis austeníticos com alto teor de cromo-níquel ou alto teor de cromo-níquel-molibdênio, utilizados para diversos meios corrosivos. Eles são classificados em três tipos de acordo com o tipo de corrosão:
Tipo de Corrosão | Meio Representativo | Materiais Aplicáveis |
Ácido Oxidante | Ácido Nítrico (HNO₃) | CF8, CF3, 304, 304L |
Ácido Redutor | Ácido Acético (CH₃COOH) | CF8M, CF3M, 316, 316L |
Ácido Halogênico | Ácido Fluorídrico (HF) | Liga Monel (M35-1, Monel 400, Monel K500) |
Os aços inoxidáveis usados para válvulas resistentes à corrosão exigem teor de carbono o mais baixo possível (≤0,08%) ou carbono ultrabaixo (≤0,03%). Sua temperatura de operação é tipicamente ≤200°C.
5. Válvulas de Aço Inoxidável Resistentes ao Calor
Os aços inoxidáveis austeníticos também podem ser utilizados para válvulas de alta temperatura. No entanto, quando utilizados como aço resistente ao calor, exige-se que o teor de carbono seja adequadamente aumentado (para obter maior resistência a altas temperaturas), e o material deve passar por fusão especializada de aço para alta temperatura e tratamento térmico. Aços inoxidáveis de baixo carbono que não passaram por fusão e tratamento especializados de aço para alta temperatura não podem ser utilizados para válvulas de alta temperatura. Para o mesmo material de aço inoxidável, os requisitos quanto à condição de tratamento térmico e ao teor de carbono diferem fundamentalmente entre aplicações criogênicas, resistentes à corrosão e resistentes ao calor. Isso deve ser distinguido durante a seleção do material.
IV. Referência Rápida para Seleção de Temperatura
Faixa de Temperatura | Junta Recomendada | Embalagem Recomendada | Material do Corpo Recomendado |
≤ 200°C | PTFE, Borracha | Anel de Embalagem de PTFE | Ferro Fundido, Aço Carbono, Aço Inoxidável |
200 a 425°C | Junta Composta de Grafite Flexível | Embalagem de Grafite Flexível | Aço Carbono (≤400°C) |
425 a 650°C | 304 + Junta Composta de Grafite Flexível | Anel de Embalagem de Grafite Flexível | Aço Inoxidável (Grau Resistente ao Calor) |
≤ -46°C | Junta Espiralada de Aço Inoxidável + Grafite Flexível | Gaxeta de Grafite Flexível | Aço Inoxidável Austenítico (CF8/CF8M/CF3M) |