Tot i quevàlvules de plàsticde vegades es consideren un producte especial, la primera opció per a les persones que fabriquen o dissenyen productes de canonades de plàstic per a sistemes industrials o que han de tenir equips ultranets; és breu suposar que aquestes vàlvules no tenen molts usos generals. De fet, les vàlvules de plàstic actuals tenen una àmplia gamma d'usos, perquè els tipus de materials continuen expandint-se i els bons dissenyadors que necessiten aquests materials fan que hi hagi cada cop més maneres d'utilitzar aquestes eines multifuncionals.

PROPIETATS DEL PLÀSTIC

Els avantatges de les vàlvules termoplàstiques són amplis: resistència a la corrosió, als productes químics i a l'abrasió; parets interiors llises; pes lleuger; facilitat d'instal·lació; llarga vida útil; i menor cost del cicle de vida. Aquests avantatges han portat a una àmplia acceptació de les vàlvules de plàstic en aplicacions comercials i industrials com ara la distribució d'aigua, el tractament d'aigües residuals, el processament de metalls i productes químics, aliments i productes farmacèutics, centrals elèctriques, refineries de petroli i altres. Les vàlvules de plàstic es poden fabricar amb diversos materials diferents que s'utilitzen en diverses configuracions. Les vàlvules termoplàstiques més comunes estan fetes de clorur de polivinil (PVC), clorur de polivinil clorat (CPVC), polipropilè (PP) i fluorur de polivinilidè (PVDF). Les vàlvules de PVC i CPVC s'uneixen habitualment als sistemes de canonades mitjançant extrems de casquet cimentats amb dissolvent o extrems roscats i brides; mentre que el PP i el PVDF requereixen la unió dels components del sistema de canonades, ja sigui mitjançant tecnologies de calor, fusió a topall o electrofusió.

Les vàlvules termoplàstiques excel·leixen en ambients corrosius, però són igual d'útils en el servei general d'aigua perquè no contenen plom1, són resistents a la deszincificació i no s'oxiden. Els sistemes de canonades i vàlvules de PVC i CPVC s'han de provar i certificar segons la norma 61 de la NSF [National Sanitation Foundation] pel que fa als efectes sobre la salut, inclòs el requisit de baix contingut de plom de l'annex G. L'elecció del material adequat per als fluids corrosius es pot fer consultant la guia de resistència química del fabricant i comprenent l'efecte que la temperatura tindrà sobre la resistència dels materials plàstics.

Tot i que el polipropilè té la meitat de la resistència del PVC i el CPVC, té la resistència química més versàtil perquè no hi ha dissolvents coneguts. El PP funciona bé en àcids acètics i hidròxids concentrats, i també és adequat per a solucions més suaus de la majoria d'àcids, àlcalis, sals i molts productes químics orgànics.

El PP està disponible com a material pigmentat o no pigmentat (natural). El PP natural es degrada greument per la radiació ultraviolada (UV), però els compostos que contenen més del 2,5% de pigmentació de negre de carboni estan adequadament estabilitzats als raigs UV.

Els sistemes de canonades de PVDF s'utilitzen en una varietat d'aplicacions industrials, des de la farmacèutica fins a la mineria, a causa de la resistència del PVDF, la temperatura de treball i la resistència química a les sals, els àcids forts, les bases diluïdes i molts dissolvents orgànics. A diferència del PP, el PVDF no es degrada per la llum solar; tanmateix, el plàstic és transparent a la llum solar i pot exposar el fluid a la radiació UV. Si bé una formulació natural i sense pigment de PVDF és excel·lent per a aplicacions interiors d'alta puresa, afegir un pigment com ara un vermell de grau alimentari permetria l'exposició a la llum solar sense cap efecte advers sobre el medi fluid.

Els sistemes de plàstic presenten reptes de disseny, com ara la sensibilitat a la temperatura i l'expansió i contracció tèrmiques, però els enginyers poden dissenyar i han dissenyat sistemes de canonades duradors i rendibles per a entorns generals i corrosius. La principal consideració de disseny és que el coeficient d'expansió tèrmica dels plàstics és superior al del metall; per exemple, els termoplàstics són de cinc a sis vegades superiors als de l'acer.

A l'hora de dissenyar sistemes de canonades i tenir en compte l'impacte en la col·locació de les vàlvules i els suports de les vàlvules, una consideració important en termoplàstics és l'elongació tèrmica. Les tensions i forces que resulten de l'expansió i la contracció tèrmiques es poden reduir o eliminar proporcionant flexibilitat als sistemes de canonades mitjançant canvis freqüents de direcció o la introducció de bucles d'expansió. En proporcionar aquesta flexibilitat al llarg del sistema de canonades, la vàlvula de plàstic no haurà d'absorbir tanta tensió (Figura 1).

Com que els termoplàstics són sensibles a la temperatura, la pressió nominal d'una vàlvula disminueix a mesura que augmenta la temperatura. Els diferents materials plàstics tenen una disminució corresponent amb l'augment de la temperatura. La temperatura del fluid pot no ser l'única font de calor que pot afectar la pressió nominal d'una vàlvula de plàstic: la temperatura externa màxima ha de formar part de la consideració del disseny. En alguns casos, no dissenyar per a la temperatura externa de la canonada pot causar un afluixament excessiu a causa de la manca de suports de canonada. El PVC té una temperatura màxima de servei de 140 °F; el CPVC té un màxim de 220 °F; el PP té un màxim de 180 °F; i les vàlvules de PVDF poden mantenir una pressió de fins a 280 °F (Figura 2).

A l'altre extrem de l'escala de temperatura, la majoria dels sistemes de canonades de plàstic funcionen força bé a temperatures sota zero. De fet, la resistència a la tracció augmenta en les canonades termoplàstiques a mesura que disminueix la temperatura. Tanmateix, la resistència a l'impacte de la majoria dels plàstics disminueix a mesura que baixa la temperatura i apareix fragilitat en els materials de canonada afectats. Sempre que les vàlvules i el sistema de canonades adjacent no es pertorbin, no estiguin compromesos per cops o cops d'objectes, i les canonades no caiguin durant la manipulació, es minimitzen els efectes adversos sobre les canonades de plàstic.

TIPUS DE VÀLVULES TERMOPLÀSTIQUES

Vàlvules de bola,vàlvules de retenció,vàlvules de papallonai les vàlvules de diafragma estan disponibles en cadascun dels diferents materials termoplàstics per a sistemes de canonades a pressió de la classe 80, que també tenen una multitud d'opcions d'acabat i accessoris. La vàlvula de bola estàndard sol ser un disseny d'unió veritable per facilitar l'extracció del cos de la vàlvula per al manteniment sense interrompre la canonada de connexió. Les vàlvules de retenció termoplàstiques estan disponibles com a vàlvules de retenció de bola, vàlvules de retenció oscil·lant, vàlvules de retenció en Y i vàlvules de retenció en con. Les vàlvules de papallona s'acoblen fàcilment amb brides metàl·liques perquè s'adapten als forats dels cargols, als cercles dels cargols i a les dimensions generals de la classe ANSI 150. El diàmetre interior llis de les peces termoplàstiques només augmenta el control precís de les vàlvules de diafragma.

Diverses empreses nord-americanes i estrangeres fabriquen vàlvules de bola de PVC i CPVC en mides d'1/2 polzada a 6 polzades amb connexions de femella, roscades o brides. El veritable disseny d'unió de les vàlvules de bola contemporànies inclou dues femelles que es cargolen al cos, comprimint els segells elastomèrics entre el cos i els connectors finals. Alguns fabricants han mantingut la mateixa longitud de col·locació de la vàlvula de bola i les rosques de les femelles durant dècades per permetre la fàcil substitució de les vàlvules més antigues sense modificar les canonades adjacents.

Les vàlvules de bola amb segells elastomèrics de monòmer d'etilè propilè diè (EPDM) han de tenir la certificació NSF-61G per al seu ús en aigua potable. Els segells elastomèrics de fluorocarboni (FKM) es poden utilitzar com a alternativa per a sistemes on la compatibilitat química és una preocupació. El FKM també es pot utilitzar en la majoria d'aplicacions que impliquen àcids minerals, amb l'excepció del clorur d'hidrogen, les solucions salines, els hidrocarburs clorats i els olis de petroli.

Figura 3. Una vàlvula de bola amb brida connectada a un dipòsit. Figura 4. Una vàlvula antiretorn de bola instal·lada verticalment. Les vàlvules de bola de PVC i CPVC, d'1/2 polzada a 2 polzades, són una opció viable per a aplicacions d'aigua calenta i freda on el servei màxim d'aigua sense xoc pot ser de fins a 250 psi a 73 °F. Les vàlvules de bola més grans, de 2-1/2 polzades a 6 polzades, tindran una pressió nominal més baixa de 150 psi a 73 °F. Utilitzades habitualment en el transport de productes químics, les vàlvules de bola de PP i PVDF (figures 3 i 4), disponibles en mides d'1/2 polzada a 4 polzades amb connexions de femella, roscades o amb brida, solen tenir una pressió nominal de servei màxim d'aigua sense xoc de 150 psi a temperatura ambient.

Les vàlvules de retenció de bola termoplàstica es basen en una bola amb una gravetat específica inferior a la de l'aigua, de manera que si es perd pressió al costat aigües amunt, la bola s'enfonsarà contra la superfície de segellat. Aquestes vàlvules es poden utilitzar en el mateix servei que vàlvules de bola de plàstic similars perquè no introdueixen nous materials al sistema. Altres tipus de vàlvules de retenció poden incloure molles metàl·liques que poden no durar en ambients corrosius.

Figura 5. Una vàlvula de papallona amb revestiment elastomèric. La vàlvula de papallona de plàstic en mides de 2 a 24 polzades és popular per a sistemes de canonades de diàmetre més gran. Els fabricants de vàlvules de papallona de plàstic adopten diferents enfocaments per a la construcció i les superfícies de segellat. Alguns utilitzen un revestiment elastomèric (Figura 5) o una junta tòrica, mentre que altres utilitzen un disc recobert d'elastòmer. Alguns fabriquen el cos d'un sol material, però els components interns humits serveixen com a materials del sistema, és a dir, un cos de vàlvula de papallona de polipropilè pot contenir un revestiment d'EPDM i un disc de PVC o diverses altres configuracions amb termoplàstics i segells elastomèrics que es troben habitualment.

La instal·lació d'una vàlvula de papallona de plàstic és senzilla perquè aquestes vàlvules es fabriquen en forma de "oblea" amb segells elastomèrics dissenyats al cos. No requereixen l'addició d'una junta. Col·locada entre dues brides d'acoblament, el cargolat d'una vàlvula de papallona de plàstic s'ha de manejar amb cura augmentant el parell de cargol recomanat en tres etapes. Això es fa per garantir un segellat uniforme a tota la superfície i que no s'apliqui cap tensió mecànica desigual a la vàlvula.

Figura 6. Una vàlvula de diafragma. Els professionals de vàlvules metàl·liques trobaran familiars les millors vàlvules de diafragma de plàstic amb la roda i els indicadors de posició (Figura 6); tanmateix, la vàlvula de diafragma de plàstic pot incloure alguns avantatges diferents, com ara les parets interiors llises del cos termoplàstic. De manera similar a la vàlvula de bola de plàstic, els usuaris d'aquestes vàlvules tenen l'opció d'instal·lar el disseny d'unió veritable, que pot ser especialment útil per a treballs de manteniment de la vàlvula. O bé, un usuari pot seleccionar connexions amb brida. Gràcies a totes les opcions de materials del cos i del diafragma, aquesta vàlvula es pot utilitzar en una varietat d'aplicacions químiques.

Com passa amb qualsevol vàlvula, la clau per accionar vàlvules de plàstic és determinar els requisits de funcionament, com ara pneumàtics versus elèctrics i alimentació de CC versus CA. Però amb el plàstic, el dissenyador i l'usuari també han d'entendre quin tipus d'entorn envoltarà l'actuador. Com s'ha esmentat anteriorment, les vàlvules de plàstic són una gran opció per a situacions corrosives, que inclouen entorns externament corrosius. Per això, el material de la carcassa dels actuadors per a vàlvules de plàstic és una consideració important. Els fabricants de vàlvules de plàstic tenen opcions per satisfer les necessitats d'aquests entorns corrosius en forma d'actuadors recoberts de plàstic o carcasses metàl·liques recobertes d'epoxi.

Com demostra aquest article, les vàlvules de plàstic ofereixen avui dia tot tipus d'opcions per a noves aplicacions i situacions.