Valvola a sfera con sede in PEEK con attuatore pneumatico Veson Brand

Esistono due categorie principali di polimeri utilizzati per le sedi delle valvole a sfera: PTFE (sia vergine che riempita e PEEK. Questi sono materiali popolari per diversi motivi, ma ognuno ha applicazioni a cui sono meglio adattati.  

Valvole a sfera

Le valvole a sfera sono utilizzate per controllare il flusso di acqua, olio, vapore, aria, impasti, e fluidi corrosivi. Possono essere trovati nei sistemi di HVAC, nella lavorazione petrolchimica, nella lavorazione di alimenti, nei sistemi di distribuzione dell'acqua, nei sistemi di combustione automatici, e controllo della strumentazione.  

Mentre vi sono varie parti all'interno di una valvola a sfera (ad esempio, stelo, dado dello stelo, sfera, corpo), una delle parti più cruciali è la sede della valvola a sfera.  Le sedi delle valvole a sfera hanno due funzioni principali: Distribuire uniformemente la sollecitazione della sede e ottenere una tenuta solida; per ottenere questo risultato, devono essere realizzate con il materiale giusto.

Proprietà principali dei materiali della sede della valvola a sfera

Ci sono sei proprietà critiche che qualsiasi materiale per le sedi delle valvole a sfera deve possedere:  

• Basso attrito per ridurre la coppia dello stelo
• Eccellente resistenza all'usura
• Recupero da stress buono
• Elasticità sufficiente per mantenere una tenuta solida
• Stabilità dimensionale
• Compatibilità chimica con i supporti interessati

Se le valvole a sfera vengono utilizzate in applicazioni alimentari, casearie o farmaceutiche, possono richiedere anche materiali approvati dalla FDA. E sebbene vi sia una varietà di materiali polimerici che possono essere utilizzati, PTFE, PTFE riempito e PEEK sono i più comunemente utilizzati.

Proprietà del materiale per ambienti difficili

Sono inoltre in gioco altre considerazioni, molte delle quali dipendono dall'ambiente operativo. Questi possono includere stabilità dimensionale e prestazioni affidabili a temperature estreme (che possono includere criogenia), nonché la capacità di resistere a routine di sterilizzazione che coinvolgono acqua calda, vapore e/o materiali di pulizia caustici. E se l'esposizione all'acqua o all'umidità è estesa, una sede della valvola a sfera deve avere un basso coefficiente di espansione igroscopica. Inoltre, può essere necessario che i materiali siano ignifughi, resistenti al fuoco o adatti per l'uso in ambienti con radiazioni.

Sedi valvola a sfera in PTFE

Il PTFE è da tempo una scelta popolare per i materiali della sede della valvola a sfera ed è disponibile in gradi approvati dalla FDA. Il PTFE vergine ha il coefficiente di attrito più basso di qualsiasi materiale termoplastico esistente e i gradi PTFE riempiti sono disponibili anche con attrito molto basso. Questo polimero è anche in grado di funzionare a secco (e quindi non richiede lubrificanti) e non presenta alcun comportamento di slittamento dell'avambraccio.  

Il PTFE offre un'eccellente resistenza all'usura e un buon recupero delle sollecitazioni, che può essere migliorato dalla scelta corretta di additivi. Possiede una duttilità sufficiente a garantire una buona tenuta, anche in presenza di temperature estreme e di materiali altamente corrosivi. Ha sia un basso coefficiente di espansione termica che un buon coefficiente di dilatazione igroscopica, rendendolo stabile dimensionalmente. È inoltre resistente al fuoco, idrofobico e non bagnante

La compatibilità chimica e le prestazioni ad alte temperature del PTFE lo rendono adatto per applicazioni che richiedono igienizzazione e sterilizzazione. Inoltre, la sua compatibilità chimica funziona bene con un'ampia gamma di terreni, ad eccezione del fluoro e degli alcali liquidi. La gamma di temperature d'esercizio include temperature criogeniche comprese tra -429°F e 400°F. Si noti, tuttavia, che le prestazioni in temperatura del PTFE vergine dipendono fortemente dalla pressione di esercizio.

Tra gli svantaggi del PTFE c'è la sua suscettibilità allo scorrimento a freddo, è migliore per temperature non superiori a 5 ksi, e ha prestazioni limitate in presenza di radiazione a causa di una dose di radiazione massima per tutta la vita di 1×104 rads. Inoltre, è soggetto a problemi di decompressione dopo che è stata altamente pressurizzata e non deve essere esposto a fluttuazioni di temperatura superiori a 167°F.

Sedi valvola a sfera in PTFE riempito

In termini di PTFE caricato, le combinazioni più ben adattate sono grafite di carbonio e riempite di vetro.  Il PTFE rinforzato con grafite di carbonio è scelto rispetto al PTFE vergine quando le alte temperature e pressioni fanno parte del normale ambiente operativo. Offre migliori caratteristiche di usura ed è meno probabile che si raffreddi rispetto al PTFE vergine, mantenendo un coefficiente di attrito piuttosto basso.

Il PTFE rinforzato con fibra di vetro mantiene anche molti degli aspetti positivi del PTFE vergine, offrendo al contempo una migliore resistenza all'estrusione e migliori caratteristiche di usura. Spesso è il materiale della sede della valvola a sfera preferito per l'industria alimentare, casearia e farmaceutica e mantiene ancora un coefficiente di attrito piuttosto basso. A causa delle fibre di vetro, tuttavia, è più probabile che sia abrasiva ed è anche incompatibile con le sostanze chimiche note per attaccare il vetro, come acido e caustici forti. Si noti che il PTFE rinforzato con vetro è ignifugo.

Un'altra opzione è rappresentata dal PTFE rinforzato in acciaio inossidabile composto al 50% di PTFE e al 50% di 316 SS in polvere. Questo particolare grado di PTFE riempito offre un intervallo di temperatura di esercizio leggermente più ampio rispetto al PTFE vergine (fino a 550°F) e può gestire pressioni molto più elevate. Il suo principale inconveniente è che il coefficiente di attrito è significativamente più elevato, il che può portare ad una maggiore usura e ad una coppia elevata dello stelo. Tuttavia, è resistente al fuoco.

Sedi valvola a sfera PEEK

PEEK ha molto in comune con il PTFE, incluso un ampio intervallo di temperatura da -70°F a 600°F, e una buona compatibilità chimica. Il suo coefficiente di attrito non è così basso come il PTFE ma offre prestazioni estremamente buone in applicazioni che richiedono temperature e pressione elevate. Inoltre, è più resistente all'abrasione e più resistente del PTFE.

A differenza del PTFE, offre prestazioni eccellenti quando esposto alle radiazioni, il che lo rende adatto alle applicazioni nucleari e funziona meglio a temperature estremamente elevate che il PTFE non è in grado di gestire, il che lo rende una scelta eccellente per l'industria del petrolio e del gas. È inoltre ignifugo.

PEEK non ha una gamma di compatibilità chimica del tutto ampia come il PTFE e non deve mai essere esposto all'acido solforico o utilizzato in ambienti corrosivi. Tuttavia, funziona bene in situazioni che comportano l'esposizione continua ad acqua calda e vapore così come pressioni di vuoto ultra-elevate. Oltre ad essere significativamente più duro del PTFE, PEEK presenta un comportamento fragile a temperature più basse.

Conclusione

PTFE, PTFE riempito e PEEK sono eccellenti polimeri ad alte prestazioni per sedi di valvole a sfera in un'ampia gamma di applicazioni.