Válvulas industriais e emissões fugitivas. Um tema, o da interação entre esse componente e o ambiente externo, que nos acompanha com surpreendente regularidade há mais de 30 anos, despertando grande interesse e debate, a ponto de ainda hoje não haver congresso científico em que o assunto não esteja presente com participação significativa.
Após um primeiro período caracterizado por diretrizes nem sempre claras, no qual fabricantes de válvulas e de vedações começaram a lidar com o problema, o arcabouço normativo de Baixas Emissões (Low Emission) consolidou-se. Atualmente, os requisitos dos produtos e os ensaios a serem realizados estão bem definidos e, juntamente com o protocolo LDAR – Leak Detection and Repair – que monitora o desempenho emissivo das válvulas nas plantas, constituem um Reasonably Achievable Control of Technology (RACT) para reduzir e conter as emissões de VOCs e HAPs.
Após tanto tempo e no início desta nova fase, em que a redução do impacto ambiental e a busca por maior sustentabilidade assumem importância crescente, torna-se oportuno analisar o cenário atual e identificar os possíveis vetores de melhoria para todos os atores envolvidos (produtores de O&G e químicos, EPCCs, fabricantes de válvulas e sistemas de vedação).
O quadro normativo dos testes de Baixas Emissões para válvulas e gaxetas
Diversas publicações recentes ilustraram e compararam os principais padrões de ensaio Low Emission (LE) aplicáveis às válvulas e às gaxetas de haste. Um breve resumo é útil para contextualização.
O ensaio ISO 15848, tanto em fase de protótipo quanto de produção, é voltado às válvulas, mas na prática aprova o conjunto válvula + vedação. Ele não qualifica diretamente a gaxeta, cujos requisitos são definidos pelas normas ASTM F2168, F2191 e EN 14772 seção 6.7.
O ensaio API Std 622 é destinado à qualificação de gaxetas, utilizando um dispositivo simulador, e define requisitos físico-químicos por meio dos Packing Materials Test, referenciando também a MSS SP-120.
A atribuição do status LE às válvulas com gaxetas aprovadas segundo a API 622 requer os testes API Std 624 e API Std 641. O teste TA LUFT VDI 2440 aprova tanto gaxetas quanto válvulas.
Os diferentes padrões também variam quanto às combinações de temperatura e pressão e outros aspectos técnicos.
A associação IOGP publicou em 2019 as especificações S-562 e S-511, adotando ISO 15848, ASTM F2168/F2191 e EN 14772 como referência. A tendência atual é a harmonização com API 622, 624, 641 e MSS SP-120, levando os fabricantes a buscar todas as aprovações.
Aspectos-chave dos testes Low Emission: oxidação, temperatura e ciclos mecânicos
A grafite “pura” não é capaz de superar testes LE sem tratamentos específicos. Em gaxetas trançadas, apenas o Type III (Flexible Graphite) é adequado. A permeabilidade da grafite expandida e seu elevado coeficiente de atrito comprometem os resultados.
A impregnação é necessária para corrigir esses fatores, mas altera o equilíbrio químico e pode aumentar riscos de corrosão. Acima de determinadas temperaturas, ocorre colapso dos agentes impregnantes, resultando em perda de peso e redução da carga de vedação.
O ensaio TGA ilustra esse comportamento, evidenciando perdas iniciais e posterior oxidação controlada.
Além disso, é essencial que a temperatura real da câmara da gaxeta não ultrapasse limites críticos.
O API 622 estabelece aplicabilidade entre –29 °C e +538 °C, incluindo testes de perda de massa, corrosão e conteúdo de contaminantes. O ensaio LE é conduzido a 260 °C na câmara da gaxeta.
Projetar gaxetas que atendam simultaneamente aos requisitos LE e à operação a 538 °C é, em muitos casos, tecnicamente conflitante.
Quanto aos ciclos mecânicos, o API 622 prevê 1510 ciclos, o ISO 15848 até 1500, e o TA Luft cerca de 200. Esses ciclos acelerados impõem condições severas, incentivando a redução extrema do coeficiente de atrito.
No ISO 15848, o ensaio ocorre à pressão nominal da válvula, aumentando ainda mais as cargas e o atrito.
Surge então a questão: deve-se projetar a gaxeta para passar no teste ou para maximizar o desempenho em operação real?
Desempenho emissivo das válvulas em operação
Os dados de campo são gerenciados pelos responsáveis LDAR, mas há poucos dados agregados disponíveis.
A publicação API 1997 analisou dados de sete refinarias californianas (1991–1996). A frequência de vazamentos foi de cerca de 1,0% para 500 ppmv e 0,25% para 10.000 ppmv.
Esses valores são muito inferiores às estimativas da EPA dos anos 1980.
Dados recentes confirmam que a Leak Frequency raramente supera 1% em condições agregadas.
O cluster de vazamentos inclui válvulas com operação frequente, altas temperaturas (>260 °C), altas pressões (>600 psi) e hastes móveis. Válvulas de quarto de volta apresentam taxas mínimas.
A principal área de melhoria está na resolução dessas condições críticas.
Conclusão
A estratégia de Baixas Emissões para válvulas industriais baseia-se na qualificação de produtos especificamente projetados (válvulas e gaxetas) e no monitoramento LDAR.
Com o avanço da gestão de dados, será possível identificar antecipadamente válvulas com maior probabilidade de vazamento já na fase de projeto e aquisição.
Por fim, é desejável que os padrões de ensaio esclareçam pontos conflitantes, visando à melhoria contínua da qualidade dos produtos e da segurança operacional.