Por que válvulas de retenção de aço inoxidável baratas vazam: material, classe de vazamento da sede e o que especificar

Quando uma válvula de retenção de aço inoxidável barata vaza, a causa costuma ser algo ignorado antes da instalação: o material adequado para a água, uma sede com acabamento correto, ou um tamanho e um tipo adequados à linha. Indique no pedido de compra o certificado de material (MTR), a classe de vazamento da sede e as condições de instalação, e inclua o tempo de parada na comparação de preços.

A escolha entre uma válvula de retenção e uma válvula esfera é tratada em nosso guia válvula de retenção vs válvula esfera. Este artigo trata da etapa seguinte: a válvula vai ser instalada e você quer que ela vede bem.

Principais conclusões

• O 304 e o 316 têm aparência idêntica. O 316 contém cerca de 2 a 3% de molibdênio, que é o que resiste à corrosão por pites causada por cloretos. O certificado e o código do modelo indicam o que foi pedido; um teste de toque com reagente de molibdênio ou uma verificação com espectrômetro (PMI) indica o que chegou.
• “Testada sob pressão” não significa “não vaza”. A ISO 5208 classifica a estanqueidade da sede de Rate A a Rate G, e a API 598 lista uma tolerância separada para válvulas de retenção com sede metálica. A especificação deve indicar a norma e a classe, e não apenas pedir um teste.
• Uma válvula de retenção tipo portinhola fecha por gravidade, portanto pertence a um trecho horizontal ou a um trecho vertical com fluxo ascendente, e o Fundamentals Handbook do Departamento de Energia dos EUA sobre ciência mecânica desaconselha seu uso em fluxo pulsante. Uma válvula de retenção com mola fecha pela mola e tolera mais orientações, ao custo de um pouco de pressão para abri-la.
• Vazão baixa desgasta a válvula de retenção antes do tempo: o disco nunca chega à abertura total, oscila e desgasta a sede. Um comunicado de 1986 da U.S. Nuclear Regulatory Commission registra essa falha, e uma válvula superdimensionada cria a mesma condição de vazão baixa.
• Custo anualizado de propriedade = (preço da válvula + mão de obra de substituição + perda por parada) ÷ anos de serviço esperados + manutenção anual. Faça esse cálculo para cada posição antes de comparar as cotações.

Uma válvula de retenção vaza onde ela fecha

A maioria das válvulas de retenção não tem alavanca. O fluxo empurra o disco para abrir; a gravidade, a contrapressão ou uma mola o empurram para fechar. Como todo o trabalho depende de um único movimento, o disco assentando na sede, os caminhos de vazamento são previsíveis.

1. A face da sede. Uma sede que não foi retificada até ficar plana, uma sede riscada por detritos ou uma sede com pites causados por cloreto vazam aqui.
2. A junta do castelo ou da tampa. Material de junta ruim ou carga desigual nos parafusos causa vazamento para o exterior.
3. O pino da articulação. Um pino desgastado ou corroído deixa o disco torto, de modo que ele nunca assenta por inteiro.
4. A própria peça fundida. Inclusões de areia e microrrechupes vazam sob pressão. Um artigo de 2014 da Steel Founders' Society of America e da University of Iowa descreve um lote de 22 corpos de válvula fundidos em aço inoxidável em que 9 vazaram na face da junta após a usinagem; o corte seccional mostrou microporosidade que a radiografia não havia detectado.

Esses quatro pontos também são onde uma válvula de baixo custo economiza: retífica da sede, material da junta, material do pino, inspeção da fundição. Nada disso aparece por fora, e a válvula funciona no primeiro dia; o problema começa depois de alguns meses em serviço.

O restante deste artigo se concentra nas válvulas de retenção tipo portinhola e com mola, porque são os dois tipos que fundimos. Como escolher entre elas para uma determinada linha é tratado no artigo válvula de retenção vs válvula esfera, por isso não é repetido aqui.

Material da válvula de retenção em aço inoxidável: o 304 e o 316 têm a mesma aparência

Um dos problemas comuns de uma válvula de retenção inoxidável de baixo custo é o material: uma válvula vendida como 304 que na verdade é 201, ou uma válvula 304 instalada onde a água exige 316. Nenhuma das duas vaza no primeiro dia. Ambas costumam começar com um pite na face da sede e um gotejamento que cresce a partir dele.

O que o 316 acrescenta é molibdênio

Os dois materiais são aços inoxidáveis austeníticos. O 316 acrescenta cerca de 2 a 3% de molibdênio, e o molibdênio é o que aumenta a resistência à corrosão por pites causada por cloretos. Portanto, a pergunta não é se o serviço é “severo”, mas se há cloreto presente.

Alguns pontos de referência. A U.S. EPA estabelece um padrão secundário não obrigatório de 250 mg/L de cloreto na água potável, com base no sabor, e um nível máximo de desinfetante residual de 4.0 mg/L para cloro. A orientação para aço inoxidável varia conforme a fonte: os valores do Nickel Institute citados pela Australian Stainless Steel Development Association (ASSDA) colocam o 304 em cerca de 200 mg/L de cloreto e o 316 em cerca de 1000 mg/L; um artigo da Power Engineering sobre materiais de trocadores de calor, de Buecker e Janikowski, é mais conservador, com 150 mg/L para o 304 e 400 mg/L para o 316. As fontes pressupõem químicas de água e condições de teste diferentes, então trate os números como referências e não como limites. A água municipal comum geralmente fica dentro da faixa do 304. Três serviços a empurram para fora dela:

• Torres de resfriamento. A água de reposição evapora repetidas vezes, e o cloreto se concentra com ela. O mesmo artigo da Power Engineering dá um exemplo: 50 mg/L de cloreto na reposição se tornam 250 mg/L com cinco ciclos de concentração, o que, segundo os autores, geralmente exclui o 304.
• Fábricas litorâneas. A névoa salina se acumula no corpo e nas roscas e provoca pites por fora. Onde a válvula permanece úmida e salgada, especifique 316.
• Água do mar. A água do mar contém cerca de 19,000 mg/L de cloreto, aproximadamente 75 vezes a diretriz de 250 mg/L da EPA para água potável. O 304 não é candidato, e o 316 apenas dura mais; fale conosco antes de instalar qualquer um dos dois em serviço contínuo com água do mar.

Alvejante e soluções de limpeza à base de cloro são um caso à parte. Trata-se de cloro livre, um oxidante, e não de íon cloreto. A mesma orientação do Nickel Institute indica cerca de 2 ppm de exposição contínua a cloro livre para o 304 e cerca de 5 ppm para o 316, e em concentrações mais altas o 316 também corrói. A água potável tratada normalmente contém muito menos que o limite de 4.0 mg/L; a ASSDA indica que o residual habitual é de 0.2 a 0.5 mg/L. Se uma linha transportar sanitizante clorado, informe-nos primeiro a concentração.

O pite é localizado. A válvula pode parecer em bom estado, e um único pite na face da sede basta para impedi-la de vedar.

201 vendido como 304

O material 201 substitui parte do níquel por manganês. Custa bem menos, e a maioria das fontes classifica sua resistência à corrosão abaixo da do 304, especialmente em serviço úmido ou com cloretos. O problema é que ele tem aparência idêntica, e o ímã não ajuda: os aços das séries 200 e 300 recozidos são ambos não magnéticos, e o 304 pode adquirir leve magnetismo após trabalho a frio. Quando a ASM International entrevistou, em 2017, um fabricante com planta na China, ele chamou o 201 de “o falso clássico do 304” e disse que, quando sua empresa começou a testar o metal recebido na China, cerca de dois terços do aço inoxidável eram não conformes ou falsos. Essa é a experiência de uma empresa, não uma pesquisa de mercado, mas é por isso que a verificação do material pertence ao pedido de compra como um item de linha.

CF8 e CF8M são materiais de fundição e descrevem apenas o corpo

O corpo de uma válvula é uma peça fundida, portanto o material no desenho é um material de fundição: CF8 é o 304 fundido e CF8M é o 316 fundido. Verifique se o mesmo material está marcado no corpo. Um corpo CF8M não significa que o disco, a mola e o pino da articulação sejam 316. Leia o certificado do material peça por peça, e não apenas a linha do corpo.

Três verificações na compra: peça o certificado de material (MTR) e leia-o em confronto com a lista de peças; confirme que o código do modelo, o certificado, a cotação e a marca fundida no corpo concordam entre si; e não aceite “deveria ser 304”. Para uma resposta definitiva, envie uma amostra para análise por espectrômetro (PMI) ou use um teste de toque com reagente de molibdênio.

Especificação da válvula de retenção: classe de vazamento da sede e o que um teste de pressão comprova

As válvulas fabricadas conforme as normas usuais são testadas sob pressão antes de serem enviadas, e essas normas permitem que uma válvula de retenção com sede metálica vaze uma quantidade medida e ainda assim seja aprovada. A especificação precisa indicar a norma e a classe.

Como a ISO 5208, a EN 12266-1 e a API 598 classificam uma sede

A ISO 5208, a norma de teste de pressão para válvulas metálicas, classifica o vazamento da sede em dez taxas, de A a G. A Rate A significa nenhum vazamento visível durante o teste. Cada taxa seguinte permite um volume que cresce com o diâmetro nominal DN. Em um teste com líquido, a Rate B permite 0.01 × DN milímetros cúbicos por segundo e a Rate G permite 2 × DN. Uma válvula DN 50 na Rate G pode ser aprovada vazando 6 mililitros por minuto. A EN 12266-1 usa a mesma escala de A a G, sem as taxas intermediárias AA, CC e EE.

A API 598 classifica pelo material da sede. Sedes resilientes (macias) devem apresentar nenhum vazamento visível. As sedes metálicas recebem uma tolerância por tamanho, e as válvulas de retenção têm sua própria coluna, maior: válvulas de retenção com sede metálica de até 2 polegadas podem vazar 6 cc por minuto, e as de 4 polegadas, 12 cc por minuto. Na mesma tabela, uma válvula de 4 polegadas com sede metálica de qualquer outro tipo tem permitidas 8 gotas por minuto, menos de 1 cc. A MSS SP-61 também trata as válvulas de retenção separadamente: o vazamento permitido pode ser quatro vezes o das outras válvulas.

As normas em si são documentos pagos. Os valores acima vêm de várias reimpressões técnicas que concordam entre si. Se um número for entrar em uma especificação de compra, pergunte ao fornecedor a qual edição ele testa.

Sede macia ou sede metálica

Uma sede macia (de PTFE, por exemplo) veda o suficiente para ser aprovada sem nenhum vazamento visível, mas pode ser riscada por detritos e se desgasta. Uma sede metal com metal resiste ao desgaste e ao fluido, mas é permitido que vaze um pouco desde o início, e o desgaste só aumenta isso. Um atalho comum é uma sede metálica que nunca foi retificada, de modo que o vazamento já começa alto.

Cinco linhas na especificação tornam muito menos provável o “testada, mas vazando mesmo assim”:

1. Qual norma: API 598, ISO 5208, EN 12266-1 ou o procedimento próprio da fábrica?
2. Fluido de teste da sede, pressão e tempo de manutenção?
3. Classe de vazamento de aceitação ou vazamento permitido?
4. Todas as válvulas testadas, ou uma amostra? Há relatório disponível?
5. Sede macia ou sede metálica, e qual é o material da sede macia?

Cinco erros que deixam uma válvula de retenção vazando

Nenhum desses cinco é um defeito da válvula. Cada um é uma etapa ignorada na compra ou na instalação, e cada um tem uma correção que você pode aplicar no próximo pedido.

1. Comparar preços unitários sem os certificados

Duas cotações, uma visivelmente mais barata, ambas com “304” na coluna de material. A diferença pode ser que uma vem com certificado de material (MTR) e a outra não. Correção: peça o certificado na fase de cotação, leia-o peça por peça e confirme que modelo, certificado, cotação e marca do corpo concordam.

2. Tratar o teste de pressão como garantia de ausência de vazamento

“Toda válvula é testada” soa tranquilizador, mas as normas permitem que uma válvula de retenção com sede metálica vaze dentro de limites. Correção: coloque na especificação a norma, a classe e “todas as válvulas” ou “amostra”, em vez de “deve passar no teste de pressão”.

3. Dimensionar a válvula de retenção pelo tamanho da tubulação

Um disco precisa de velocidade suficiente para levantar até a abertura total. Abaixo disso, ele fica meio aberto e oscila, desgastando a sede e o pino da articulação. O Information Notice 86-09 da U.S. Nuclear Regulatory Commission registra essa falha: vazão baixa demais para manter os discos levantados, discos vibrando e se desgastando, um prisioneiro de guia quebrado, um disco emperrado parcialmente aberto e incapaz de fechar. Uma válvula superdimensionada cria a mesma condição de vazão baixa. A mesma válvula em uma linha com vazão adequada dura; em uma linha com vazão insuficiente, vaza depois de um período de serviço. Correção: dimensione pela vazão real e pergunte ao fornecedor se um tamanho menor atende à vazão.

4. Tipo errado ou orientação errada

Uma válvula de retenção tipo portinhola fecha por gravidade. Instalada em uma linha vertical com fluxo descendente, nada ajuda a fechá-la; ela espera o fluxo reverso empurrar o disco de volta, fecha tarde e veda mal. Instalada na descarga de uma bomba alternativa ou de um compressor, o disco acompanha a pulsação e golpeia a sede; o U.S. Department of Energy Fundamentals Handbook afirma que válvulas de retenção tipo portinhola não devem ser usadas em fluxo pulsante. Na parada da bomba, uma válvula de retenção tipo portinhola fecha devagar, o fluxo reverso se forma primeiro, e o golpe que se ouve é o disco sendo cravado na sede. Correção: use uma válvula de retenção com mola onde o fluxo pulsa ou a válvula precisa fechar rápido; instale conforme a seta no corpo; confirme a orientação permitida antes de instalar qualquer válvula de retenção em uma linha vertical.

5. Sem filtro a montante, sem peça sobressalente na prateleira, sem registro

Respingos de solda, cavacos e carepa retidos na sede são um motivo comum para uma válvula nova vazar desde o primeiro dia, e nenhum material inoxidável corrige isso. Correção: instale um filtro Y a montante, mantenha uma peça sobressalente para posições críticas, como a descarga de bomba e a entrada de tanque, e registre a data de instalação e o serviço de cada válvula para que o próximo pedido tenha dados por trás.

Custo de propriedade: a diferença de preço raramente é o maior número

Quando uma válvula de retenção falha, a conta pode incluir a bomba girando ao contrário, o golpe de aríete danificando tubulação e instrumentos, a água de jusante voltando para montante e uma linha parada para a troca. Só quando isso é contabilizado aparece a diferença entre uma válvula barata e uma documentada (a “válvula em conformidade” abaixo).

O U.S. EPA Cross-Connection Control Manual registra um caso de refluxo de 1984: em uma escola de ensino médio no Novo México, produto químico anticorrosão de caldeira passou por válvulas de retenção com vazamento nas linhas de alimentação da caldeira para a água potável, e a escola fechou por vários dias. O guia de custo de ciclo de vida de bombas publicado pelo Departamento de Energia dos EUA com o Hydraulic Institute e a Europump faz a observação geral: para bombas de uso intenso, o preço de compra é uma pequena parte do custo total. A mesma aritmética se aplica à válvula de retenção na descarga.

A fórmula

Custo anualizado de propriedade = (preço da válvula + mão de obra de substituição + perda por parada em cada falha) ÷ anos de serviço esperados + inspeção e manutenção anuais

Perda por parada em cada falha = horas paradas × valor da produção por hora + chamada de emergência

Planilha (preencha com seus próprios valores, USD)

Em muitas fábricas, a diferença de preço é menor que um único evento de parada. O que separa as duas colunas são Y e S: uma válvula com Y curto traz consigo o S a cada vez. Onde a parada é cara (descarga da bomba principal, abastecimento de água de processo), a aritmética favorece a válvula documentada. Onde a parada não custa nada (irrigação, uma linha em espera), a válvula barata pode ser a compra certa, desde que o material e o tipo estejam corretos.

Como as válvulas de retenção de aço inoxidável da SZ Valves se enquadram

A SZ Valves fabrica válvulas em Taichung, Taiwan, desde 1995 e funde os corpos em sua fundição própria. Fabricamos três válvulas de retenção: a válvula de retenção tipo portinhola rosqueada SC (1/2″ a 3″, fundida em CF8M, 200 PSI (WOG)), a válvula de retenção com mola 1PC (1/2″ a 2″, fundida em CF8 ou CF8M, roscas PT, NPT ou PF) e a válvula de retenção tipo portinhola flangeada da série C (2″ a 4″, fundida em CF8 ou CF8M, flanges ASME Class 150 ou JIS 10K). As versões padrão são a SC em CF8M com roscas PT, a 1PC em CF8 com roscas PT e a série C em CF8; o outro material e as roscas NPT ou PF são fabricados sob encomenda. As especificações completas estão no artigo fabricante de válvulas de retenção e nas páginas dos produtos; aqui está como elas se alinham com os pontos de material, vedação e dimensionamento acima.

• Material. O corpo da SC é fundido em CF8M; a 1PC e a série C são fundidas em CF8 ou CF8M. As três são vazadas em nossa fundição própria, com o material fundido no corpo. Um certificado de material (MTR) do corpo está disponível sob solicitação. Para posições com alto teor de cloreto, como torres de resfriamento e fábricas litorâneas, especifique a versão CF8M.
• Vedação. Toda válvula é testada contra vazamentos e conferida dimensionalmente antes de sair da fábrica. A válvula de retenção tipo portinhola rosqueada SC também é testada conforme a API 598. O tipo de sede e os detalhes de teste de cada modelo podem ser confirmados ao solicitar uma cotação.
• Tipo e tamanho. A válvula de retenção tipo portinhola rosqueada SC e a válvula de retenção tipo portinhola flangeada da série C fecham em parte pelo peso do disco, portanto informe a orientação da linha e o sentido do fluxo na consulta. A válvula de retenção com mola 1PC fecha pela mola, de modo que não depende da gravidade, e é mais curta de ponta a ponta que a SC no mesmo tamanho, o que se adapta a espaços apertados. Informe também a vazão na consulta, além do tamanho da tubulação.
• Documentos e trabalhos sob medida. Certificados de material (MTR) e relatórios de inspeção dimensional estão disponíveis sob solicitação. Fabricamos conforme desenhos do cliente e fornecemos gravação de marca própria (private label).

Perguntas frequentes

Por que uma válvula de retenção que passou no teste de pressão ainda vaza?

Porque as normas permitem às válvulas de retenção com sede metálica um vazamento medido. A API 598 e a ISO 5208 definem tolerâncias por tamanho; apenas as sedes macias da API 598 e a Rate A da ISO 5208 exigem nenhum vazamento visível. Indicar a norma e a classe na especificação diz mais que “deve passar no teste de pressão”.

Como distinguir uma válvula de retenção 304 de uma 316?

Verifique primeiro o certificado de material (MTR) e o código do modelo, depois confirme o material com um teste de toque com reagente de molibdênio ou uma verificação com espectrômetro (PMI); olhos e ímãs não conseguem distingui-los. O 316 contém cerca de 2 a 3% de molibdênio para resistência à corrosão por pites causada por cloretos. Escolha 316 para torres de resfriamento e névoa salina litorânea, e consulte-nos sobre água do mar; o 304 atende água municipal e ar comprimido.

Uma válvula de retenção pode ser instalada em um tubo vertical?

Depende do tipo. Uma válvula de retenção tipo portinhola fecha por gravidade, portanto serve para um trecho horizontal ou um trecho vertical com fluxo ascendente. Para fluxo descendente, informe o sentido do fluxo na consulta e confirme a adequação conosco antes de pedir. Instale sempre conforme a seta no corpo.

Com que frequência uma válvula de retenção deve ser substituída?

Não há intervalo fixo. Depende do cloreto na água, de a vazão ser suficiente para manter o disco totalmente aberto e de haver um filtro protegendo a sede. Registre a data de instalação e o serviço de cada válvula, e use o tempo que a última realmente durou como valor de planejamento para a próxima.

O que vocês precisam de mim para cotar uma válvula de retenção?

Tipo, tamanho, quantidade, material do corpo, conexão de extremidade (PT, NPT, PF ou a norma do flange) e as condições da linha: fluido, pressão e orientação. Um código de peça, uma ficha técnica ou uma foto da válvula existente também servem; envie-nos e faremos o orçamento.

Em resumo

Material, acabamento da sede e adequação à linha decidem se uma válvula de retenção vedará, e nenhum deles aparece em uma cotação a menos que a especificação peça. Se quiser que indiquemos um modelo para a sua linha, envie a ficha técnica ou uma foto pela página de contato.

Fontes

• U.S. EPA, Secondary Drinking Water Standards (chloride 250 mg/L): epa.gov
• U.S. EPA, National Primary Drinking Water Regulations (chlorine MRDL 4.0 mg/L): epa.gov
• ISO 5208:2015, Industrial valves. Pressure testing of metallic valves: iso.org
• Exal Technology, Leak class tests ENT02-19 Rev. 2 (ISO 5208, EN 12266-1, API 598 and MSS SP-61 compared): exal-technology.com
• U.S. Department of Energy, DOE Fundamentals Handbook, Mechanical Science Vol. 2: energy.gov
• U.S. Nuclear Regulatory Commission, Information Notice 86-09: nrc.gov
• U.S. EPA, Cross-Connection Control Manual (EPA 816-R-03-002): epa.gov
• Monroe, Blair and Beckermann, Reducing Leaks in Cast Pump and Valve Bodies using Solidification Simulation (NACE 2014): uiowa.edu
• ASSDA, Chlorine vs chloride: assda.asn.au
• Euro Inox, Performance of Stainless Steels in Waste Water Installations: worldstainless.org
• Buecker and Janikowski, How much chloride? (Power Engineering): power-eng.com
• ASM International, Advanced Materials & Processes, Nov/Dec 2017, Trust But Verify: asminternational.org
• U.S. Department of Energy, Hydraulic Institute and Europump, Pump Life Cycle Costs: energy.gov