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 sistemas hidráulicos. Válvulas com esta construção ativam o elemento de vedação diretamente através do sistema magnético (fig. 1). A vedação, geralmente um disco, 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 retornar 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 para aplicação com alta pressão é a construção compacta, fabricadas em latão ou aço inox. Atualmente, válvulas solenóide servo-assistidas são usadas 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 fechar. Quando o solenóide é energizado a diferença de pressão na saída diminui e a pressão de entrada atua diretamente no pistão de vedação 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. Conexões de 1/8 até 1 G2.
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 vedação principal. Se a diferença de pressão atingir valores abaixo do mínimo especificado a operação da válvula pode ficar comprometida. Estas válvulas podem ser empregadas 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 proporcionam uma ampla gama de aplicações. Devido à crescente consciência ambiental e à novas tecnologias o consumidor tem exigido aplicações de alta pressão cada vez mais específicas. Válvulas para indústria automotiva e equipamentos de abastecimento têm se destacado. Fabricantes de equipamentos de abastecimento, por exemplo, exigem válvulas que possam operar à pressões cada vez mais altas, visando a diminuição do tempo do abastecimento. As válvulas usadas para gás natural e hidrogênio, requerem um rigoroso controle de vazamento e longa duração dos componentes individuais. Estas exigências podem ser alcançadas pelo aperfeiçoamento das técnicas de fabricação e pelos ajustes da geometria das válvulas, por exemplo: ajustes especiais 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 desenvolvimento, 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 exigências 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 melhoradas o tempo todo, e novos materiais têm sido empregados. A mudança do modo de operação das válvulas de ação direta para servo-assistida tornou possível o uso de solenóides substancialmente pequenos. Valores em Cv bem altos podem ser atingidos agora, através da geometria otimizada das válvulas. Materiais combinados com o respectivo meio e pressão de operação demonstram a grande flexibilidade destes tipos de válvula. A fim de minimizar o atrito e estender o tempo de duração, um revestimento especial é utilizado no núcleo. Isto previne que o hidrogênio danifique a válvula. Aplicação demonstrativa: proteção efetiva contra o fogo pela tecnologia water-mist: A companhia FOGTEC é especialista em sistemas water-mist, operando com água pura pulverizada à pressão de 80 a 200 bar. Elas não apenas são ambientalmente corretas, como também são geralmente mais efetivas 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 sistemas 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 resíduos nos cabos e no chão são quase imperceptíveis. 500 bicos especiais, alimentados por 6 bombas com pressão de 120 bar e 21 válvulas de alta pressão agora ativam diretamente na área de perigo, quando os detectores de fogo sinalizam um aumento na temperatura. Desta maneira, o fogo é extinguido no ato do despejo efetivamente. As válvulas série 2/240 empregadas 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 hidráulicos. Sprinkler convencionais não são apropriados para incêndios em túneis de cabos do tipo descrito. A grande quantidade de água que liberam causariam enormes Fig. 3
danos aos componentes eletrônicos, 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 tecnologia de extinção de incêndio, não têm efeito de resfriamento, e podem apenas ser utilizados em lugares completamente 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 detectores de incêndio sinalizarem um aumento na temperatura, o sistema water-mist de alta pressão é borrifado imediatamente, 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 especiais de alta qualidade são usados para a construção da válvula, externamente e internamente 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. 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 criam exigências extremas quanto ao funcionamento, controle de vazamento, e também na segurança das válvulas solenóide empregadas (fig. 6). Para o último aspecto em particular, a qualidade da manufatura e escolha dos materiais são decisivas. Fig. 5 Sistema da névoa em duto de cabos. 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 componentes individuais 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 incluem, além de ser 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 qualidade, especialmente 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 apropriadas para meios agressivos.
Fig 6: Estação de abastecimento de gás natural, utilizando válvulas de alta pressão. Devido à sua construção compacta, é possível utilizar estas válvulas montadas em bloco. No momento, blocos de três e seis posições foram implementadas nas estações de abastecimento de gás (fig. 7). Válvulas anti-retorno, filtros e válvulas de controle de fluxo a j u s távei s p o d em s er integradas nos blocos. Uma versão especial esta disponível para aplicações de alta temperatura. Neste caso, as especificações da válvula devem suportar as condições do processo. Orifícios de 6 a 25 mm de diâmetro nominal, disponível em modelos espigão e socket de 1/8 a 1 ou com rosca NPT esta válvula atende as 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 aplicação, 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 ser empregadas para o hidrogênio. A fim de satisfazer as exigências do mercado, especificamente nesta área de altas pressões, constantemente tem se desenvolvido novas soluções e válvulas de alta qualidade. Fig 7: a) Bloco de montagem de válvulas tripla, com filtros integrados. B) Bloco de seis válvulas.