Este artigo traz uma visão tecnológica das válvulas solenóide para aplicações
com alta pressão. O uso das mesmas em fornecedoras de gás natural e, em
sistemas aspersores (água-neblina) de extintores de incêndio na Bayer, gigante
química citada como exemplo.
Por mais de 35 anos, tem-se
desenvolvido e manufaturado
válvulas para todas as áreas
de utilização. Desde 1980, a
companhia tem produzido
válvulas para aplicações com
alta pressão. Primeiramente
foram desenvolvidas válvulas
de ação direta com diâmetro
de 1/2”para pressões de
operação de 0 até 180 bar,
inicialmente usadas para o
controle de bombas em
sis-temas hidráulicos.
Válvulas com esta construção
ativam o elemento de
veda-ção diretamente através do
sistema magnético (fig. 1). A
vedação, geralmente um
dis-co, é movimentado por uma
força magnética, retornando
a posição inicial pela força
exercida por uma mola.
As válvulas de ação direta
operam com mínima pressão
zero até a pressão máxima
especificada. Um diferencial
de pressão não é necessário.
Uma mola é usada para
re-tornar a posição inicial.
São disponibilizados vários
materiais de vedação de
a-cordo com a aplicação: FKM,
NBR, EPDM ou Tecapeek. As
conexões variam de 1/8” à
1”. A característica marcante
das válvulas empregadas
pa-ra aplicação com alta pressão
é a construção compacta,
fa-bricadas em latão ou aço
inox.
Atualmente, válvulas
solenói-de servo-assistidas são
usa-das cada vez mais ao invés
de válvulas de ação direta.
Válvulas
solenóide
servo
assistidas para variações de alta
pressão:
As
válvulas
apresentadas
neste
artigo
são
servo
assistidas
2/2
vias.
Elas
apresentam uma construção
simples e robusta (fig. 2).
Válvulas deste tipo requerem
uma pressão diferencial de
operação para abrir ou
fe-char. Quando o solenóide é
energizado a diferença de
pressão na saída diminui e a
pressão de entrada atua
diretamente no pistão de
ve-dação abrindo ou fechando a
válvula.
Fig 1: Válvula de ação direta tipo 1313
Fig 2: Válvula tipo 2529 para altas pressões de até 450 bar.
A mínima pressão diferencial especificada deve estar sempre presente para o funcionamento correto. O solenóide apenas o-pera o piloto. O diferencial de pressão levanta o pistão de ve-dação principal. Se a diferença de pressão atingir valores abai-xo do mínimo especificado a operação da válvula pode ficar comprometida.
Estas válvulas podem ser em-pregadas onde o fluído possa se expandir na saída ou, em um
vaso despressurizado. Estas
válvulas podem não se encaixar em circuitos fechados.
Vantagens neste tipo de
válvulas são a possibilidade de controlar altas pressões com solenóides de pouca potência e a facilidade na troca dos kits de reparo. Uma grande variedade de materiais de vedação propor-cionam uma ampla gama de aplicações.
Devido à crescente consciência ambiental e à novas tecnologias o consumidor tem exigido apli-cações de alta pressão cada vez mais específicas. Válvulas para indústria automotiva e equipa-mentos de abastecimento têm se destacado. Fabricantes de equipamentos de abastecimen-to, por exemplo, exigem válvu-las que possam operar à pres-sões cada vez mais altas, visan-do a diminuição visan-do tempo visan-do abastecimento.
As válvulas usadas para gás na-tural e hidrogênio, requerem um rigoroso controle de vaza-mento e longa duração dos componentes individuais. Estas exigências podem ser alcança-das pelo aperfeiçoamento alcança-das técnicas de fabricação e pelos ajustes da geometria das válvu-las, por exemplo: ajustes espe-ciais no piloto e nas bases das válvulas. Isto tornou possível, a variação da pressão de entrada de até 500 bar. Não há um fim em vista para este desenvolvi-mento, devido às constantes alterações no processo.
Uma das metas é oferecer válvulas que sejam compatíveis com pressão de até 900 bar no futuro. Esta meta logo será atingida, pelo uso de materiais selecionados e combinados, tais como aços inox especiais.
Aplicações estendidas:
Por causa das crescentes exi-gências do setor de gás natural e do hidrogênio, as aplicações possíveis para as válvulas têm
aumentado constantemente.
Por exemplo: válvulas especiais foram usadas primeiramente em equipamentos de tanques de combustível de automóveis. As válvulas são submetidas à
constantes aperfeiçoamentos.
As corpos estão sendo melhora-das o tempo todo, e novos ma-teriais têm sido empregados. A mudança do modo de operação das válvulas de ação direta para servo-assistida tornou possível o uso de solenóides substancial-mente pequenos. Valores em Cv bem altos podem ser atingidos agora, através da geometria otimizada das válvulas. Materi-ais combinados com o respecti-vo meio e pressão de operação demonstram a grande flexibili-dade destes tipos de válvula. A fim de minimizar o atrito e es-tender o tempo de duração, um revestimento especial é utiliza-do no núcleo. Isto previne que o hidrogênio danifique a válvula.
Aplicação
demons trativa:
proteção efetiva contra o fogo
pela tecnologia water-mist:
A companhia FOGTEC é especia-lista em sistemas water-mist, operando com água pura pulve-rizada à pressão de 80 a 200 bar. Elas não apenas são ambi-entalmente corretas, como tam-bém são geralmente mais efeti-vas que os sistemas extintores convencionais. A FOGTEC é líder neste mercado.
Nós escolhemos o exemplo do túnel de cabos da Bayer para ilustrar o funcionamento das válvulas de alta pressão em sis-temas water-mist.
Na Bayer todo o sistema
subterrâneo de distribuição de energia é instalado com a tecnologia water-mist por um comprimento de até 6 km. A Bayer procurou por um longo período um sistema de proteção contra o fogo, que protegesse as áreas sensíveis dos cabos de maneira confiável e que não causasse danos aos materiais
sensíveis nem perigo aos
operários.
Como o sistema da FOGTEC trabalha com uma quantidade bem pequena de água os resí-duos nos cabos e no chão são quase imperceptíveis.
500 bicos especiais, alimenta-dos por 6 bombas com pressão de 120 bar e 21 válvulas de alta pressão agora ativam direta-mente na área de perigo, quan-do os detectores de fogo sinali-zam um aumento na tempera-tura. Desta maneira, o fogo é extinguido no ato do despejo efetivamente.
As válvulas série 2/240 empre-gadas aqui (fig.3 e 4), são 2/2 vias servo-assistidas designadas especificamente para sistemas de extintores de incêndio para alta pressão (1 à 200 bar), e também podem ser empregadas em toda a área de sistemas hi-dráulicos.
Sprinkler convencionais não são apropriados para incêndios em túneis de cabos do tipo descrito. A grande quantidade de água que liberam causariam enormes
danos aos componentes eletrô-nicos, além disso, as gotículas relativamente grandes de água caem ao chão rapidamente e mal alcançam a fonte oculta do incêndio, como é tipo que o-corre em fios.
Sistemas extintores à gás, a segunda mais tradicional tec-nologia de extinção de incên-dio, não têm efeito de resfria-mento, e podem apenas ser utilizados em lugares comple-tamente fechados. Devido aos sérios malefícios causados às pessoas pelo gás extintor, o uso destes requer um período de alerta de pelo menos 30 s. É um tempo valioso que a FOGTEC usa para minimizar os danos causados. Se os detec-tores de incêndio sinalizarem um aumento na temperatura, o sistema water-mist de alta pressão é borrifado imediata-mente, sem nenhum atraso (fig. 5).
Características especiais desta válvula, atendem uma variação de pressão de água de até 200 bar e estão de acordo com as
diretrizes de equipamentos
pressurizados e DIN 3840. Vedações especiais garantem alta estabilidade e controle de vazamento, mesmo após longo período de utilização. Aços es-peciais de alta qualidade são usados para a construção da válvula, externamente e inter-namente e estão disponíveis em tamanhos de 1/8 a 2”. A pedido, podem ser fabricadas com rosca NPT ou flangeadas.
Fig 4
: estação de válvulas na Bayer.O armazenamento de gás
natural a altas pressões e o bombeamento para o veículo, quando a pressão pode chegar a 200 bar ou mais, submetem
as válvulas solenóide a
freqüentes ciclos alternantes
resultando em tensões e
criando altas exigências nas válvulas solenóide.
A combinação precisa de
c o m p o n e n t e s i n d i v i d u a i s
garante um longo período de
funcionamento da válvula,
praticamente dispensando
qualquer manutenção, durante um longo período, chegando a mais de 2 anos.
As características especiais
desta válvula de alta pressão
i n c l u e m , a l é m d e s e r
designada para as diretrizes de equipamentos pressurizados e padrão DIN 3840, certificação de acordo com a ATEX.
Na construção destas válvulas,
apenas materiais de alta
q ual i da d e, esp eci al m ent e
materiais de vedação de longa duração e aços inoxidáveis de liga leve, em combinação com revestimentos especiais são utilizados. Os corpos podem suportar até PN675.
Graças ao design técnico e aos
materiais utilizados, como
tecapeek ou PCTFE, as válvulas
s ã o e x c e p c i o n a l m e n t e
a p rop ri a d a s p a ra m ei os
agressivos.
Aplicação demonstrativa: Uso
em postos de abastecimento de
gás natural:
A fim de usar gás natural como combustível, o gás natural da rede de encanamentos deve ser comprimido para atingir a densidade de armazenamento desejada. O gás natural é comprimido para uma pressão de armazenamento de 250 à 300 bar nos equipamentos das estações de abastecimento, e é então distribuído aos veículos movidos a gás natural.
As tensões e carregamentos que ocorrem no processo cri-am exigências extremas quan-to ao funcionamenquan-to, controle de vazamento, e também na segurança das válvulas sole-nóide empregadas (fig. 6). Pa-ra o último aspecto em parti-cular, a qualidade da manufa-tura e escolha dos materiais são decisivas. Fig. 5 Sistema da névoa em duto de cabos.
Orifícios de 6 a 25 mm de diâ-metro nominal, disponível em modelos espigão e socket de 1/8” a 1” ou com rosca NPT
e s t a v á l v u l a a t e n d e a s
necessidades do usuário.
A versão com ângulo oferece alta flexibilidade, porque as conexões
podem ser feitas conforme
necessidade.
Esta válvula está disponível opcionalmente em uma versão flangeada. Dependendo da apli-cação, a válvula de alta pressão pode ser fornecida com uma grande quantidade de opcionais. Em geral, as válvulas que são aplicadas para altas pressões particularmente também podem
s e r e m p r e g a d a s p a r a o
hidrogênio.
A fim de satisfazer as exigências
do mercado, especificamente
nesta área de altas pressões,
c o n s t a n t e m e n t e t e m s e
desenvolvido novas soluções e válvulas de alta qualidade.
Devido à sua construção com-pacta, é possível utilizar estas válvulas montadas em bloco. No momento, blocos de três e seis posições foram implemen-tadas nas estações de abasteci-mento de gás (fig. 7).
Válvulas anti-retorno, filtros e válvulas de controle de fluxo
Fig 6: Estação de abastecimento de gás natural, utilizando válvulas de alta pressão.
a j u s t á v e i s p o d e m s e r
integradas nos blocos.
Uma versão especial esta dis-ponível para aplicações de alta temperatura. Neste caso, as especificações da válvula de-vem suportar as condições do processo.
