miniatura|Estas válvulas de água são acionadas por manípulos giratórios. Uma válvula, também chamada de registro em determinadas aplicações, é um dispositivo ou uma estrutura natural que regula, direciona ou controla o escoamento de um fluido, como gases, líquidos, sólidos fluidizados ou polpas, mediante a abertura, o fechamento ou a obstrução parcial de passagens. Tecnicamente, as válvulas são acessórios de tubulação, embora em geral sejam tratadas como uma categoria própria. Em uma válvula aberta, a diferença de pressão impulsiona o fluido do lado de maior pressão para o de menor pressão. A palavra portuguesa deriva do latim valvula, diminutivo de valva, que designa o batente de uma porta. Valva, por sua vez, possivelmente se relaciona com volvere, "girar" ou "rolar".
Uma das formas mais simples de válvula consiste em uma portinhola articulada que se fecha para impedir o escoamento de um gás ou líquido em um sentido, mas é levantada pelo próprio fluido quando este escoa no sentido oposto. Esse dispositivo é uma válvula de retenção, pois impede o refluxo. As válvulas de controle modernas podem regular a pressão ou a vazão a jusante e integrar sistemas complexos de automação industrial.
As válvulas têm numerosas aplicações, como o controle da água de irrigação, a operação de processos industriais e a interrupção do abastecimento ou a regulação da pressão em máquinas de lavar louça, máquinas de lavar roupa e torneiras domésticas. Também são empregadas nos setores militar e de transportes. Nos dutos de aquecimento, ventilação e ar-condicionado e em outros sistemas nos quais o ar escoa a pressões próximas da atmosférica, os dispositivos de controle do escoamento são geralmente chamados de registros de ar ou dampers. Nos sistemas de ar comprimido, empregam-se válvulas, entre elas as do tipo esfera.
Aplicações As válvulas estão presentes em praticamente todos os tipos de processo industrial, incluindo tratamento de água e esgoto, mineração, geração de energia, processamento de petróleo e gás, fabricação de alimentos e produção de produtos químicos e plásticos.
Nos países desenvolvidos, as pessoas utilizam válvulas diariamente em instalações de encanamento, como nas torneiras de água encanada, no controle de gás dos fogões, em pequenos dispositivos de máquinas de lavar roupa e máquinas de lavar louça, nos dispositivos de segurança dos sistemas de aquecimento de água e nas válvulas de assento dos motores de automóveis.
As válvulas também são usadas em instrumentos musicais de metal. Em trompetes, pistos ou válvulas rotativas desviam o ar por trechos adicionais de tubo. A mudança no comprimento do percurso permite alterar a altura das notas.
Na natureza, há válvulas unidirecionais nas veias, que auxiliam a circulação sanguínea, e válvulas cardíacas, que controlam a passagem do sangue entre as câmaras do coração e os grandes vasos e permitem seu funcionamento como bomba.
As válvulas podem ser acionadas por manípulos, alavancas, pedais ou volantes. Também podem funcionar automaticamente, em resposta a alterações de pressão, temperatura ou vazão. Essas alterações podem atuar sobre um diafragma ou um pistão, que movimenta a válvula. Exemplos comuns são as válvulas de segurança instaladas em sistemas de água quente e caldeiras.
Sistemas de controle mais complexos, nos quais a válvula é comandada automaticamente por um sinal externo, como no ajuste da vazão de uma tubulação a um valor de referência variável, requerem um atuador. O atuador movimenta o obturador de acordo com o sinal recebido e sua configuração. Um posicionador pode comparar a posição efetiva com a posição solicitada e ajustar o acionamento para reduzir desvios causados por atrito e por variações da diferença de pressão através da válvula.
Variações As válvulas variam amplamente em formato, dimensões e aplicação. Há dispositivos miniaturizados e válvulas industriais de grandes dimensões. Válvulas destinadas a aplicações especiais podem ultrapassar cinco metros de diâmetro. Em instalações hidrelétricas, por exemplo, são empregadas válvulas borboleta com diâmetro de até seis metros.
Válvulas descartáveis são encontradas em objetos domésticos comuns, incluindo dispensadores com pequenas bombas e embalagens de aerossol.
Um uso frequente do termo válvula refere-se às válvulas de assento presentes na maioria dos motores de combustão interna modernos, como os utilizados em veículos movidos a combustíveis fósseis. Elas controlam a admissão de ar ou da mistura de ar e combustível, conforme o tipo de motor, e a saída dos gases de escapamento.
Tipos
As válvulas são bastante variadas e podem ser classificadas em diversos tipos básicos, de acordo com sua construção e função. Podem servir para interromper ou regular o escoamento, impedir o refluxo, aliviar a pressão ou direcionar o fluido entre diferentes passagens. Também podem ser classificadas pela forma de acionamento: Hidráulico. Pneumático. Manual. Eletromagnético, como nas válvulas solenoides. Por motor elétrico.
Construção e uso Os nomes dos tipos de válvula podem se referir à forma do obturador, ao mecanismo de fechamento ou à função exercida no circuito. Entre os tipos usuais estão os seguintes.
+ Tipos de válvula e seus mecanismos Tipo Funcionamento Usos e limitações Gaveta Uma gaveta se desloca transversalmente ao escoamento e se recolhe para liberar a passagem. É usada principalmente para bloqueio. Quando totalmente aberta, oferece baixa perda de carga. A operação parcialmente aberta pode causar vibração e desgaste da gaveta e das sedes. Globo O obturador se aproxima ou se afasta da sede em movimento perpendicular à superfície de assentamento. Permite bloquear ou regular o escoamento. A mudança de direção do fluido dentro do corpo costuma produzir perda de carga maior que a de uma válvula de gaveta aberta. Agulha Um obturador fino e cônico penetra em um orifício de pequena seção. Permite ajustes finos de vazão, como os necessários em linhas de instrumentação. Esfera Uma esfera perfurada gira para alinhar ou interromper a passagem entre as vias. É frequente no bloqueio com um quarto de volta. Há modelos próprios para controle de vazão, com passagens ou segmentos de geometria específica. Macho Um obturador cilíndrico ou cônico, atravessado por passagens, gira dentro do corpo. É usado para bloqueio e distribuição entre vias. Variantes de macho excêntrico também permitem regular a vazão. Borboleta Um disco gira sobre um eixo que atravessa a passagem do fluido. Pode bloquear ou regular o escoamento. O disco permanece dentro da passagem mesmo na posição totalmente aberta. Diafragma Uma membrana flexível é pressionada contra a sede ou o fundo da passagem. A membrana separa o fluido do mecanismo de acionamento. Pode ser usada com fluidos corrosivos e suspensões, respeitada a compatibilidade dos materiais. Mangote Um tubo flexível é comprimido externamente até restringir ou fechar sua seção. É usado com polpas e fluidos com sólidos em suspensão. O mecanismo de acionamento fica isolado do fluido. Retenção O próprio escoamento desloca o obturador para permitir a passagem em um sentido. Impede o refluxo. Pode utilizar portinhola, disco ou esfera, com ou sem mola, conforme o projeto.
Uma válvula de diafragma não deve ser confundida com uma válvula de outro tipo movida por um atuador de diafragma. Na primeira, a membrana fecha a passagem do fluido. Na segunda, ela faz parte do mecanismo que movimenta o obturador.
A designação construtiva, por si só, não determina a adequação ao controle de vazão. Uma válvula esfera comum destinada a bloqueio pode sofrer desgaste quando mantida parcialmente aberta, enquanto uma válvula esfera projetada para controle admite esse uso.
Componentes moldura|direita|Diagrama em corte de uma válvula globo aberta:
Em muitos tipos de válvula, o corpo e o castelo são os principais componentes da carcaça que contém o fluido em escoamento.
Corpo O corpo é a carcaça externa que abriga os componentes internos da válvula, também denominados internos ou trim. O castelo é a parte da carcaça atravessada pela haste, quando existente, e na qual se encontram elementos de guia e vedação da haste. Em geral, o castelo é rosqueado no corpo ou fixado a ele por parafusos.
Os corpos das válvulas normalmente são metálicos ou plásticos. Entre os materiais comuns estão latão, bronze, bronze de canhão, ferro fundido, aço, aços-liga e aços inoxidáveis. Em aplicações com água do mar, como instalações de dessalinização, empregam-se aços inoxidáveis duplex e superduplex pela resistência à corrosão em meios que contêm cloretos. A escolha do grau depende das condições de serviço, inclusive da temperatura. A Liga 20 é utilizada em aplicações com ácido sulfúrico, enquanto o Monel é empregado em equipamentos que entram em contato com ácido fluorídrico.
Ligas da família Hastelloy são empregadas em ambientes corrosivos e, conforme o grau, em temperaturas elevadas, incluindo aplicações nucleares. O Hastelloy N, por exemplo, foi desenvolvido para o contato com sais de fluoreto fundidos. Em válvulas para hidrogênio, a seleção dos materiais exige considerar a fragilização por hidrogênio. Não se pode presumir que ligas de níquel, inclusive as da família Inconel, sejam adequadas apenas por sua resistência à corrosão ou a altas temperaturas.
Os corpos plásticos são usados, em geral, sob pressões e temperaturas relativamente baixas. Entre os materiais empregados estão PVC, PP, PVDF e náilon reforçado com fibra de vidro.
Castelo O castelo funciona como uma tampa do corpo da válvula. Geralmente, é rosqueado no corpo ou fixado a ele por parafusos, permanecendo instalado durante a operação. Na fabricação da válvula, os componentes internos são colocados no corpo e o castelo é instalado para completar o conjunto. Sua remoção permite o acesso às peças internas, normalmente para manutenção. Nem todas as válvulas têm castelo: certas válvulas macho e muitas válvulas esfera utilizam outras formas de montagem, como corpos divididos e unidos na região central.
Vias As vias, ou conexões, são as passagens que permitem a entrada e a saída de fluido. O escoamento por essas passagens é controlado pelo obturador, também chamado de disco. A configuração mais comum tem duas vias, mas existem válvulas com numerosas conexões, incluindo modelos de 20 vias usados em instrumentação. Quase sempre, a válvula é ligada a tubos ou a outros componentes por suas vias. Os métodos de conexão incluem roscas, conexões por compressão, adesivos, cimentos solventes, flanges e soldagem.
Nas válvulas de passagem plena, o orifício de escoamento tem aproximadamente a seção interna da tubulação correspondente. Nas de passagem reduzida, esse orifício é menor. Essa diferença, frequente nas válvulas esfera, altera a resistência ao escoamento mesmo quando a válvula está totalmente aberta.
Manípulo ou atuador O manípulo permite controlar manualmente a válvula pelo lado externo do corpo. Válvulas de controle automático muitas vezes não têm manípulo, mas algumas dispõem de um comando manual para sobrepor-se ao funcionamento automático, como ocorre nas válvulas de retenção com bloqueio. Um atuador fornece ou transmite a força ou o torque necessário para movimentar o obturador. Pode ter acionamento manual, elétrico, pneumático ou hidráulico. Algumas válvulas não têm manípulo nem atuador externo, pois funcionam pela ação do próprio fluido. É o caso de muitas válvulas de retenção e válvulas de alívio.
Obturador 150px|direita|miniatura|Disco de uma válvula. O obturador, também denominado disco, é o componente móvel que restringe de maneira ajustável a passagem do fluido no interior do corpo fixo da válvula. Embora tradicionalmente tenha formato de disco, pode apresentar diversas geometrias. Conforme o tipo de válvula, o obturador pode se deslocar linearmente, girar em torno da haste, como em uma válvula borboleta, ou oscilar sobre uma dobradiça ou um munhão, como em certas válvulas de retenção.