Válvula de esfera de assento PEEK com atuador pneumático ou assento PCTFE para aplicações de alto desempenho

Existem duas categorias principais de polímeros usados para sedes de válvulas de esfera: PTFE (virgem e preenchido) e PEEK. Estes são materiais populares por várias razões, mas cada um tem aplicações às quais são mais bem adaptados.

Válvulas de Esfera

As válvulas de esfera são usadas para controlar o fluxo de água, óleo, vapor, ar, lamas e fluidos corrosivos. Elas podem ser encontradas em sistemas de HVAC, processamento petroquímico, processamento de alimentos, sistemas de distribuição de água, sistemas de combustão automáticos e controle de instrumentação.

Embora existam várias partes dentro de uma válvula de esfera (por exemplo, haste, porca da haste, esfera, corpo), uma das partes mais cruciais é a sede da válvula de esfera. As sedes das válvulas de esfera têm duas funções principais: distribuir a tensão de assentamento uniformemente e obter uma vedação sólida - e para conseguir isso, elas devem ser feitas do material certo.

Principais Propriedades dos Materiais das Sedes de Válvulas de Esfera

Existem seis propriedades críticas que qualquer material para sedes de válvulas de esfera deve possuir:

• Baixa fricção para reduzir o torque da haste
• Excelente resistência ao desgaste
• Boa recuperação de tensão
• Elasticidade suficiente para manter uma vedação sólida
• Estabilidade dimensional
• Compatibilidade química com os meios envolvidos

Se as válvulas de esfera forem usadas em conexão com aplicações alimentícias, lácteas ou farmacêuticas, elas também podem exigir materiais aprovados pela FDA. E embora haja uma variedade de materiais poliméricos que podem ser usados, PTFE, PTFE preenchido e PEEK são os mais comumente usados.

Propriedades do Material para Ambientes Severos

Existem outras considerações envolvidas também, com muitas dependendo do ambiente operacional. Estes podem incluir estabilidade dimensional e desempenho confiável em temperaturas extremas (que podem incluir criogênicas), bem como a capacidade de suportar rotinas de esterilização que envolvem água quente, vapor e/ou materiais de limpeza cáusticos. E se houver exposição prolongada à água ou umidade, uma sede de válvula de esfera deve ter um baixo coeficiente de expansão higroscópica. Além disso, pode haver a necessidade de materiais serem retardantes de chama, resistentes ao fogo ou adequados para uso em ambientes com radiação.

Sedas de Válvulas de Esfera de PTFE

O PTFE tem sido uma escolha popular para materiais de sedes de válvulas de esfera e está disponível em graus aprovados pela FDA. O PTFE virgem tem o menor coeficiente de atrito de qualquer termoplástico existente e os graus de PTFE preenchido também estão disponíveis com atrito muito baixo. Este polímero também é capaz de funcionar a seco (e, portanto, não requer lubrificantes) e não apresenta comportamento de stick-slip.

O PTFE oferece excelente resistência ao desgaste e boa recuperação de tensão, que pode ser aprimorada pela escolha certa de aditivos. Possui ductilidade suficiente para fornecer uma boa vedação, mesmo na presença de temperaturas extremas e materiais altamente corrosivos. Possui um baixo coeficiente de expansão térmica e um bom coeficiente de expansão higroscópica, tornando-o dimensionalmente estável. Também é resistente ao fogo, hidrofóbico e não molhante

A compatibilidade química e o desempenho em altas temperaturas do PTFE significam que ele funciona bem com aplicações que envolvem saneamento e esterilização. Além disso, sua compatibilidade química funciona bem com uma ampla gama de meios, com exceção do flúor e álcalis líquidos. Sua faixa de temperatura operacional inclui temperaturas criogênicas entre -429°F e 400°F. Observe, no entanto, que o desempenho da temperatura do PTFE virgem depende muito da pressão operacional.

Entre as desvantagens do PTFE está sua suscetibilidade à fluência a frio, é melhor para temperaturas não superiores a 5 ksi e tem desempenho limitado na presença de radiação devido a uma dose máxima de radiação vitalícia de 1×104 rads. Também está sujeito a problemas de descompressão após ter sido altamente pressurizado e não deve ser exposto a flutuações de temperatura superiores a 167°F.

Sedes de Válvulas de Esfera de PTFE Preenchido

Em termos de PTFE preenchido, as combinações mais bem adaptadas são grafite de carbono e preenchido com vidro. O PTFE reforçado com grafite de carbono é escolhido em vez do PTFE virgem quando altas temperaturas e pressões fazem parte do ambiente operacional normal. Ele oferece melhores características de desgaste e é menos propenso à fluência a frio do que o PTFE virgem, mantendo um coeficiente de atrito bastante baixo.

O PTFE preenchido com vidro também retém muitos dos aspectos positivos do PTFE virgem, oferecendo melhor resistência à extrusão e melhores características de desgaste. É frequentemente o material de sede de válvula de esfera preferido para a indústria de alimentos, laticínios e farmacêutica e ainda mantém um coeficiente de atrito bastante baixo. Devido às fibras de vidro, no entanto, é mais propenso a ser abrasivo e também é incompatível com produtos químicos conhecidos por atacar o vidro, como ácido e cáusticos fortes. Observe que o PTFE preenchido com vidro é resistente ao fogo.

Outra opção é o PTFE reforçado com aço inoxidável composto por 50% de PTFE e 50% de SS 316 em pó. Este grau específico de PTFE preenchido oferece uma faixa de temperatura operacional ligeiramente maior do que o PTFE virgem (até 550°F) e pode suportar pressões muito mais altas. Sua principal desvantagem é que o coeficiente de atrito é significativamente maior, o que pode levar a um desgaste mais rápido e um alto torque da haste. No entanto, é resistente ao fogo.

Sedes de Válvulas de Esfera de PEEK

O PEEK tem muito em comum com o PTFE, incluindo uma ampla faixa de temperatura de -70°F a 600°F e boa compatibilidade química. Seu coeficiente de atrito não é tão baixo quanto o PTFE, mas ele tem um desempenho extremamente bom em aplicações que envolvem alta temperatura e pressão. Também é mais resistente à abrasão e mais resistente do que o PTFE.

Ao contrário do PTFE, ele oferece excelente desempenho quando exposto à radiação, tornando-o bem adaptado a aplicações nucleares, e funciona melhor em temperaturas extremamente altas que o PTFE não pode suportar, tornando-o uma excelente escolha para a indústria de petróleo e gás. Também é retardante de chama.

O PEEK não tem a mesma gama de compatibilidade química que o PTFE e nunca deve ser exposto a ácido sulfúrico ou usado em ambientes corrosivos. No entanto, ele tem um bom desempenho em situações que envolvem exposição contínua a água quente e vapor, bem como pressões de vácuo ultra-alto. Além de ser significativamente mais duro do que o PTFE, o PEEK apresenta comportamento frágil em temperaturas mais baixas.

Conclusão

PTFE, PTFE preenchido e PEEK são excelentes polímeros de alto desempenho para sedes de válvulas de esfera em uma ampla gama de aplicações.