Como são feitas as válvulas?
Uma válvula de paragem a ser operada manualmente.
Foto Desligar a água com uma válvula de isolamento. Virar esta alavanca através de noventa graus fecha uma válvula de esfera no meio do tubo, cortando a água a passar. A maioria das casas tem válvulas como esta na “alimentação” da água fria de entrada e dos tubos que entram e saem dos tanques de água. As válvulas de isolamento são muito úteis durante uma emergência (tal como um tubo de água rebentado) ou para a realização de manutenção de rotina. Uma vez fechada a válvula, é possível efectuar reparações em segurança sem que o fluido inunde.
Válvulas são normalmente feitas de metal ou plástico e têm várias partes diferentes. A parte exterior chama-se sede e tem frequentemente um invólucro exterior de metal sólido e uma válvula de vedação de borracha ou plástico interior macio faz um fecho que é absolutamente estanque. A parte interior da válvula, que abre e fecha, é chamada de corpo e cabe no assento quando a válvula é fechada. Há também alguma forma de mecanismo para abrir e fechar a válvula – seja uma alavanca manual ou roda (como numa torneira ou numa torneira de paragem) ou um mecanismo automático (como num motor de automóvel ou num motor a vapor).
É muitas vezes extremamente importante para as válvulas que são desligadas para não permitir absolutamente nenhuma fuga de líquido ou gás através de um tubo para evitar acidentes, explosões, poluição, ou a perda de químicos valiosos (mesmo uma torneira a pingar pode ser cara se a sua água for medida). É por isso que a vedação de uma válvula tem de ser perfeitamente segura e uma válvula que esteja desligada tem de estar bem fechada. Desligar um fluxo de alta pressão de líquido ou gás, obstruindo-o com uma válvula, é um trabalho fisicamente difícil: por outras palavras, é preciso usar muita força em toda a válvula. É por isso que algumas válvulas são operadas por alavancas (como a que foi fotografada aqui, mas algumas podem ser muito mais longas para lhe dar mais força de viragem) ou rodas grandes (como na foto de cima neste artigo). Se válvulas realmente grandes requerem demasiada força para serem fornecidas por um humano, são operadas por cilindros hidráulicos.
Escolhendo o material certo
Nem todas as válvulas são grandes, poderosas, coisas de força industrial feitas de metal. Olhe cuidadosamente para os recipientes de alimentos na sua cozinha e encontrará bastantes válvulas neles. As garrafas de água (como a que imaginei acima) têm frequentemente válvulas de gatilho em vez de tampas de rosca. O topo do frasco de comida que fotografei em baixo é outro exemplo realmente engenhoso de uma válvula, feita de um elastómero elástico (na prática, um elástico, sintético, borracha de silicone). Veda um frasco de distribuição de alimentos que normalmente se senta de cabeça para baixo, por isso, em teoria, os alimentos podem simplesmente pingar para a mesa por baixo! Esta válvula engenhosa é o que a impede. O material emborrachado tem quatro fendas para deixar passar o alimento, mas também é bastante firme, pelo que só se abre quando se aperta o boião. A pressão que fornece quando espreme força a comida através das quatro fendas, que se abrem. Quando se liberta a pressão, a elasticidade da válvula faz com que as fendas voltem a rebentar e a vedação do frasco volte a abrir-se. É tão simples e mundano que provavelmente nunca reparou, mas é uma engenhosa parte de engenharia que depende de uma selecção muito cuidadosa do material exacto.
P>Foto: Uma válvula elastomérica de vedação de alimentos. Esquerda: Olhando de baixo para a válvula selada. Meio: Olhar de cima para a mesma válvula selada. Direita: Olhando de baixo para a mesma válvula selada: Olhando de cima com o dedo para cima para revelar como funciona o mecanismo de fenda auto-vedante.(Se estiver interessado, creio que esta é uma válvula de fenda SimpliSqueeze® feita pela Aptar, e pode ler todos os detalhes técnicos de como funciona no seu US10287066B2: Dispensing valve.)
E escolher materiais para válvulas não é apenas uma questão de pensar como funcionarão durante a sua vida útil, mas o que lhes acontece depois disso. Com as embalagens de alimentos, por exemplo, a reciclagem é uma consideração cada vez mais importante. Pegue nas pequenas válvulas que encontra nos sacos de café. Depois do café ser torrado e enfiado em sacos, poderá ter de se sentar numa prateleira de loja durante um ano, período durante o qual continua a emitir gás carbónico. Sem uma válvula no saco, ele incharia e potencialmente rebentaria na loja (ou na sua cozinha), atirando café para todo o lado. Assim, os sacos de café têm estas engenhosas válvulas de “desgasificação” unidireccionais feitas de membranas que se abrem quando a pressão se acumula no interior. É por isso que pode “acordar e cheirar o café” sem realmente abrir o saco. Quando o ar tenta empurrar do exterior, a membrana é achatada e o saco é fechado hermeticamente. Até agora, tudo bem, mas e a reciclagem? Se começar a colocar válvulas de plástico complicadas nos sacos, torna os sacos muito mais difíceis de reciclar. Qual é a resposta? Os fabricantes estão agora a fazer sacos de café e válvulas inteiramente de bioplásticos compostáveis para eliminar o problema da eliminação de resíduos.
P>Foto: Como funcionam as válvulas de café. Fila superior: esquerda: Uma válvula típica no interior de um saco de café. Meio: Esta válvula bioplástica compostável (fabricada pela empresa Swiss Wipf) tem um assento exterior fixo (preto) e um corpo interior (vermelho) com um respiradouro de gás. À direita: Desmonte-a e verá que também tem uma membrana de plástico no interior (azul). A ilustração abaixo mostra como estas três partes funcionam em conjunto. A membrana flecte para cima para deixar escapar o CO2, depois achata-se para baixo para impedir a entrada de ar e vapor de água.
Tipos de válvulas
Artwork: Oito tipos comuns de válvulas, muito simplificadas. Chave de cor: a parte cinzenta é o tubo através do qual flui o fluido; a parte vermelha é a válvula e o seu manípulo ou controlo; as setas azuis mostram como a válvula se move ou gira; e a linha amarela mostra para que lado se move o fluido quando a válvula está aberta.
Os muitos tipos diferentes de válvulas têm todos nomes diferentes. As mais comuns são a borboleta, o pénis ou o obturador, a comporta, o globo, a agulha, o boneco, e o carretel:
- Ball: Numa válvula de esfera, uma esfera oca (a esfera) assenta firmemente no interior de um tubo, bloqueando completamente o fluxo do fluido. Quando se roda a pega, a bola gira em noventa graus, permitindo que o fluido flua pelo meio.
- Butterfly> Butterfly: Uma válvula borboleta é um disco que se senta no meio de um tubo e gira lateralmente (para admitir o fluido) ou direito (para bloquear completamente o fluxo).
- Cock ou plug: Numa válvula de torneira ou de obturador, o fluxo é bloqueado por um obturador em forma de cone que se afasta quando se vira uma roda ou uma manivela.
- Portão ou eclusa: Válvulas de comporta abrem e fecham canos que atravessam portões de metal. A maioria das válvulas deste tipo são concebidas para serem totalmente abertas ou totalmente fechadas e podem não funcionar correctamente quando estão apenas parcialmente abertas. Os tubos de abastecimento de água utilizam válvulas como esta.
- Globo: Torneiras (torneiras) de água são exemplos de globevalves. Quando se vira a pega, aparafusa-se uma válvula para cima ou para baixo e isto permite que a água pressurizada flua para cima através de um cano e para fora através da tubagem. Ao contrário de uma comporta ou eclusa, uma válvula como esta pode ser regulada para permitir a passagem de mais ou menos fluido.
- Agulha: Uma válvula de agulha usa uma agulha longa e deslizante para toregular o fluxo de fluido precisamente em máquinas como carburadores de motores de automóveis e sistemas de aquecimento central.
- Poppet: As válvulas nos cilindros dos motores dos automóveis são poppets. Este tipo de válvula é como uma tampa sentada em cima de um tubo. De vez em quando, a tampa levanta-se para libertar ou admitir líquido ou gás.
- Spool: Válvulas de distribuição regulam o fluxo dos sistemas hidráulicos in-hidráulicos de fluidos. Válvulas como esta deslizam para trás e para a frente para fazer fluir o fluxo de fluido numa ou noutra direcção em torno de um circuito de tubos.