Válvulas para a indústria química de precisão: 7 fatores de seleção

As válvulas para a indústria química de precisão devem proporcionar mais do que o simples isolamento das condutas. Na produção de produtos químicos especializados, mesmo uma pequena alteração na vazão, pressão, temperatura ou nível de contaminação pode afetar a estabilidade da reação, a consistência dos lotes, a qualidade do produto e a segurança da unidade industrial.

As válvulas borboleta são amplamente utilizadas em instalações de química fina, uma vez que combinam uma estrutura compacta com elevada capacidade de caudal, um funcionamento rápido de um quarto de volta e uma automatização prática. No entanto, o desempenho fiável depende da seleção do modelo correto da válvula, do material do corpo, do material do disco, da sede, da vedação da haste e do atuador, de acordo com as condições reais do processo.

A Fujian JST Valve Manufacturing Co., Ltd. conta com quase 33 anos de experiência na engenharia de válvulas industriais. A JST Valve especializa-se em soluções resistentes à corrosão e para condições de funcionamento extremas, destinadas a ácidos, álcalis, sais, solventes, lamas, cinzas, fluidos a altas temperaturas e outros meios de processo exigentes.

O que são as válvulas da indústria química de precisão?

As válvulas para a indústria química de precisão são utilizadas para isolar, regular, desviar, recolher amostras, descarregar e proteger os meios de processo em sistemas de produção de produtos químicos especializados. As aplicações típicas incluem intermediários farmacêuticos, agroquímicos, corantes, pigmentos, aditivos, produtos químicos para a indústria eletrónica, catalisadores, produtos químicos de alta pureza, fragrâncias e polímeros especializados.

Ao contrário das válvulas de uso geral, as válvulas utilizadas na produção de produtos químicos de alta pureza podem estar expostas a composições variáveis dos meios, múltiplas fórmulas de lotes, ciclos de funcionamento frequentes, condições de vácuo, fluidos de limpeza corrosivos, sólidos em suspensão, cristalização ou variações rápidas de temperatura.

Por conseguinte, deve ser selecionada uma válvula adequada com base nos dados completos do processo, em vez de se basear apenas no diâmetro nominal da tubagem e na classe de pressão. A compatibilidade dos materiais, a integridade da vedação, a facilidade de limpeza, a frequência de funcionamento, a resposta do atuador e a vida útil prevista devem ser avaliadas.

Por que razão as válvulas da indústria química de precisão utilizam frequentemente modelos de borboleta

Uma válvula borboleta utiliza um disco rotativo para abrir, fechar ou regular o fluxo. O seu mecanismo de um quarto de volta permite um funcionamento rápido e pode ser combinado com acionamento manual, pneumático, elétrico ou eletropneumático.

As válvulas borboleta são frequentemente consideradas para aplicações na indústria química de precisão que exigem:

• Isolamento das condutas de processo e de serviços
• Regulação de caudais médios ou elevados
• Instalação compacta em áreas restritas da fábrica
• Sequenciação automatizada em lote
• Desligamento rápido de emergência ou do processo
• Redução do peso das válvulas em tubagens de grande diâmetro
• Encerramento bidirecional, quando especificado

Em comparação com muitos modelos de válvulas de guilhotina, de globo ou esféricas com o mesmo diâmetro nominal, uma válvula borboleta permite uma pegada de instalação mais reduzida. Isto pode constituir uma vantagem em unidades de processo modulares, áreas de reatores, estruturas de tubagem, sistemas de serviços e linhas de produção com disposição compacta.

7 Fatores de seleção para válvulas da indústria química de precisão

1. Composição do meio de processo e dos produtos químicos

A seleção do material começa pela composição química completa do meio de processo. O nome químico principal, por si só, não é suficiente. A concentração, o teor de água, os sais dissolvidos, o nível de oxigénio, os contaminantes, os catalisadores e os subprodutos da reação podem alterar o comportamento de corrosão do material de uma válvula.

Por exemplo, dois fluxos que contenham o mesmo ácido podem exigir materiais diferentes quando as suas concentrações, temperaturas, condições de aeração ou componentes secundários diferem. A seleção de Válvulas para a Indústria Química de Precisão deve, por isso, basear-se no fluxo do processo na sua totalidade.

Antes de selecionar uma válvula borboleta para processos químicos, a equipa de engenharia deve analisar:

• Meio primário e todos os componentes secundários
• Concentração mínima, normal e máxima
• Presença de cloretos, fluoretos, sólidos ou catalisadores
• Possível cristalização, polimerização ou formação de incrustações
• Produtos químicos para limpeza, esterilização e lavagem
• Condições normais e possíveis condições fora das especificações

2. Temperatura e pressão de funcionamento

A temperatura influencia a taxa de corrosão, o desempenho da sede, a vida útil da gaxeta, o binário do atuador, a durabilidade do revestimento e a resistência mecânica. A pressão e a pressão diferencial afetam a classificação do corpo, a resistência do disco, o desenho do eixo, a carga de vedação e o dimensionamento do atuador.

As especificações da válvula devem incluir tanto as condições normais de funcionamento como os limites máximos de projeto. Devem também ser tidos em conta o arranque, o encerramento, o funcionamento em vácuo, a limpeza a vapor, os ciclos térmicos, as condições de emergência e as flutuações temporárias de pressão.

3. Conceção da válvula borboleta

As diferentes estruturas das válvulas borboleta proporcionam diferentes níveis de vedação, desempenho de controlo, vida útil e resistência ao desgaste. A estrutura selecionada deve corresponder às condições reais de funcionamento das Válvulas para a Indústria Química de Precisão.

• Válvulas borboleta concêntricas: normalmente consideradas para aplicações de serviços públicos e de serviço moderado.
• Válvulas borboleta de duplo deslocamento: reduzem o contacto com a sede durante a abertura e o fecho, contribuindo para diminuir o atrito, o desgaste e o binário de funcionamento.
• Válvulas borboleta de deslocamento triplo: utilizam um deslocamento geométrico adicional e são frequentemente consideradas para aplicações a altas temperaturas, alta pressão ou com sede metálica.
• Válvulas borboleta revestidas: isolam determinados componentes metálicos dos meios de processo corrosivos através de um sistema de revestimento adequado.

O projeto final depende dos requisitos de fuga, da frequência do ciclo, da temperatura do processo, do diferencial de pressão, do grau de limpeza do fluido, da orientação da instalação e da estratégia de manutenção.

4. Materiais para assentos, embalagem e vedação

É possível que o corpo de uma válvula apresente resistência adequada à corrosão, enquanto a sua sede, gaxeta, anéis O-ring, rolamentos ou componentes da haste falhem prematuramente. Por conseguinte, todos os componentes em contacto com o fluido, de vedação e de retenção de pressão devem ser avaliados como parte integrante do conjunto completo.

Dependendo do processo, os materiais de vedação podem incluir PTFE, PTFE reforçado, PFA, elastómeros selecionados, grafite ou sedes metálicas. A compatibilidade deve ser verificada em função da concentração química, pressão, temperatura e procedimento de limpeza efetivos.

No caso de meios voláteis, tóxicos, odoríferos ou sensíveis do ponto de vista ambiental, o projeto de vedação da haste e os requisitos relativos às emissões fugitivas devem ser especificados durante a fase de orçamento técnico.

5. Requisitos de controlo de fluxo e automatização

As fábricas de produtos químicos finos utilizam frequentemente válvulas automatizadas para o carregamento de lotes, alimentação de reactores, linhas de transferência, ciclos de limpeza, descarga de produtos e isolamento de emergência. O actuador deve ser dimensionado de acordo com o binário da válvula, a pressão diferencial, a velocidade de funcionamento, o fator de segurança, a frequência do ciclo e a fonte de alimentação disponível.

As opções comuns de atuadores e controlo incluem:

• Atuadores pneumáticos de dupla ação
• Atuadores pneumáticos com retorno por mola
• Atuadores elétricos
• Posicionadores eletropneumáticos
• Interruptores de fim de curso e feedback de posição
• Válvulas solenóides e reguladores com filtro
• Configurações de «fail-open», «fail-close» ou «fail-in-place»

No que diz respeito ao serviço de modulação, as características da válvula, a resposta do atuador, a precisão do posicionador, a gama de controlo necessária e o comportamento da pressão do sistema devem ser avaliados como um todo integrado.

6. Pureza do produto, facilidade de limpeza e risco de contaminação

Alguns produtos químicos de alta pureza têm limites rigorosos no que diz respeito à contaminação por metais, à contaminação entre lotes, ao volume morto e ao material de processo retido. As cavidades das válvulas, o estado da superfície, a geometria da sede, a drenagem, o acesso para a lavagem e os métodos de limpeza podem, por conseguinte, afetar a qualidade do produto.

Nos casos em que a limpeza é fundamental, os compradores devem definir:

• Condição exigida da superfície interna
• Volume retido aceitável e espaço morto
• Procedimentos de limpeza, lavagem ou esterilização
• Lubrificantes e materiais de vedação proibidos
• Requisitos de rastreabilidade dos materiais
• Requisitos especiais de embalagem e conservação

7. Custo do ciclo de vida e facilidade de manutenção

O preço inicial mais baixo de uma válvula nem sempre se traduz no custo mais baixo do projeto. A corrosão prematura, os danos na sede, a avaria do atuador, as fugas no processo e as paragens não planeadas podem custar substancialmente mais do que o preço original da válvula.

Uma avaliação do ciclo de vida das válvulas para a indústria de produtos químicos finos deve ter em conta:

• Vida útil prevista
• Frequência do ciclo da válvula
• Intervalos de substituição e de paragem
• Disponibilidade de assentos, embalagens e peças sobressalentes
• Facilidade de manutenção do atuador e das vedações
• Perdas de produção durante a paragem
• Consequências ambientais e de segurança de uma fuga

Materiais especiais para válvulas da indústria química de precisão

A JST Valve fornece válvulas para a indústria química de precisão em diversos sistemas de materiais resistentes à corrosão e em ligas especiais. A compatibilidade final dos materiais deve ser sempre confirmada com base em dados completos do processo.

Nos dispositivos móveis, deslize o dedo horizontalmente para ver a tabela completa.

Aplicações típicas das válvulas na indústria de produtos químicos de precisão

A JST Válvulas para a Indústria Química de Precisão pode conceber válvulas para:

• Linhas de alimentação e descarga do reator
• Sistemas de transferência de ácidos e álcalis
• Armazenamento e distribuição de solventes
• Plataformas de produção em lote
• Transferência química intermédia
• Sistemas de água e refrigeração de serviço
• Condutas de salmoura e de solução salina
• Sistemas de gases residuais e de ventilação de processos
• Sistemas de neutralização de águas residuais
• Equipamento de filtração e separação
• Isolamento do tanque e carregamento do produto
• Sistemas automatizados de limpeza e lavagem

Quando se deve considerar outro tipo de válvula?

As válvulas borboleta oferecem vantagens importantes em termos de espaço, peso e capacidade de caudal, mas a seleção responsável de Válvulas para a Indústria Química de Precisão também exige saber reconhecer quando outro modelo é mais adequado.

• Válvulas de esfera ou de controlo para aplicações que exigem uma elevada precisão de regulação do caudal.
• Válvulas de esfera com orifício em V ou segmentadas para uma gama de controlo mais ampla ou para meios de processo que contenham sólidos.
• Válvulas de esfera para isolamento rápido e um desempenho de fecho exigente.
• Válvulas com diafragma ou revestidas em que é necessário isolar o processo de determinados componentes metálicos.
• Válvulas de descarga para reatores, recipientes e aplicações no fundo de tanques.
• Válvulas de controlo de microfluxo para caudais baixos controlados com precisão.

O objetivo não é utilizar o mesmo tipo de válvula em toda a unidade. O objetivo é selecionar a estrutura, o material, o sistema de vedação e o atuador mais adequados para cada aplicação do processo.

Por que escolher a JST Valve para válvulas destinadas à indústria de produtos químicos de precisão?

Com quase 33 anos de experiência no setor, a JST Valve dedica-se às válvulas industriais destinadas a meios de processo corrosivos, abrasivos, de alta temperatura e outros meios exigentes.

As nossas competências incluem:

• Seleção de ligas especiais e materiais resistentes à corrosão
• Estruturas de válvulas e designs de ligação personalizados
• Conjuntos de válvulas manuais, pneumáticas, elétricas e automatizadas
• Válvulas para ácidos fortes, álcalis, sais, lamas, cinzas e resíduos
• Maquinação de precisão e apoio de engenharia específico para cada processo
• Fabrico OEM e ODM para projetos internacionais
• Documentação relativa aos materiais, à inspeção e aos ensaios, de acordo com os requisitos do projeto

Saiba mais sobre as capacidades de fabrico de materiais especiais da JST Valve

Informações necessárias para a seleção de válvulas para a indústria de produtos químicos finos

Para obter uma recomendação e um orçamento precisos relativos a Válvulas para a Indústria Química de Precisão, por favor, indique:

• Nome do meio e composição química completa
• Concentração e teor de água
• Presença e granulometria dos sólidos em suspensão
• Temperatura de funcionamento e de projeto
• Pressão de funcionamento e de projeto
• Pressão diferencial máxima
• Diâmetro nominal e classe de pressão
• Função necessária: isolamento ou regulação
• Desempenho exigido em termos de fugas ou corte do fluxo
• Norma relativa à ligação e ao contacto presencial
• Tipo de atuador, sinal de controlo e posição de segurança
• Quantidades, desenhos, fichas técnicas e especificações do projeto

Perguntas frequentes

As válvulas da indústria química de precisão são adequadas para meios corrosivos?

Sim, desde que a estrutura da válvula, os materiais em contacto com o fluido, a sede, a vedação, a haste e o atuador sejam selecionados de acordo com a composição química, a concentração, a temperatura e a pressão reais. Não se deve partir do princípio de que uma válvula padrão em aço inoxidável é compatível com todos os meios químicos.

Qual é o melhor material para uma válvula borboleta destinada à indústria química de precisão?

Não existe um único material adequado para todos os processos. O aço inoxidável, o aço duplex, o Hastelloy, o titânio, o Monel, as ligas de níquel, o tântalo e o zircónio apresentam, cada um, diferentes limitações em termos de corrosão e temperatura. A seleção final requer uma análise completa da compatibilidade com o processo.

É possível utilizar uma válvula borboleta para regular o caudal?

As válvulas borboleta permitem regular muitas aplicações de caudal médio e elevado. Caudais muito baixos, controlo de precisão em ampla gama, cavitação severa, flashing ou condições de pressão instáveis podem exigir outro tipo de válvula de controlo.

A JST Valve pode fornecer válvulas borboleta automatizadas?

A JST Valve pode fornecer válvulas borboleta com atuadores pneumáticos ou elétricos, posicionadores, interruptores de fim de curso, válvulas solenóides e outros acessórios de controlo, de acordo com o modo de funcionamento pretendido e a posição de segurança em caso de falha.

A JST Valve fornece materiais e estruturas personalizados?

Sim. A JST Valve desenvolve soluções personalizadas de válvulas com base no meio de processo, nas condições de funcionamento, nas normas aplicáveis, nos requisitos de instalação e na vida útil prevista.

Referências técnicas

Para obter mais informações técnicas, consulte estes recursos independentes relativos a válvulas borboleta de alto desempenho e aplicações de válvulas na indústria química