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Carlos Alvarez
VÁLVULAS DE CONTROLE
INSTRUMENTAÇÃO & AUTOMAÇÃO
2
(Leite)
(Leite)
Malha de Controle
Elemento Final de Controle
Conceitos Fundamentais
3
Conceitos Fundamentais
Elemento Final de Controle
FY
Malha de Controle
4
Elemento Final de Controle
Conceitos Fundamentais
Transmissor
Controlador
Conversor I/P
5
Conceitos Fundamentais
Transmissor
Controlador
Conversor
Elemento Final de Controle
6
Conceitos Fundamentais
Transmissor
Controlador
Elemento Final de Controle
Inversor de Frequência
7
VálvulaMotor
Damper
Resistência
Elemento Final de Controle
8
Válvula de Controle
9Calor
√
√
Malha de Controle
Válvula de Controle
10
De forma genérica pode-se dizer que se trata de um dispositivo cuja finalidade é a de provocar uma obstrução na tubulação com o objetivo de permitir maior ou menor passagem de fluido por esta.
Esta obstrução pode ser parcial ou total, manual ou automática.
Seu objetivo principal é a variação da razão do fluxo.
Essencialmente, a válvula de controle é um componente que dissipa energia hidráulica de maneira controlada.
Válvula de Controle
11
Apesar de nem sempre receber a devida atenção, a escolha do elemento final de controle mais adequado é de grandeimportância para o bom desempenho de uma malha de controle, pois ela é a responsável pela modificação de valoresda variável manipulada, para que a variável sob controle seja mantida no valor desejado.
Válvula de Controle
12
As válvulas são utilizadas largamente na indústria como mecanismos instalados em tubulações e se destinam a diferentes propósitos, tais como:
• Garantir a segurança da instalação e dos operadores,
• isolar sistemas a fim de permitir a realização de manutenções e, principalmente,
• estabelecer e controlar a pressão e vazão de escoamento de fluidos em tubulações.
Válvula de Controle
13
Compete á válvula de controle responder ao sinal de atuação do controlador.
O sinal padrão oriundo do controlador é aplicado ao atuador da válvula, que o converte em uma força, que movimenta a haste, em cuja extremidade está o obturador, o qual varia a área de passagem do fluido pelo corpo da válvula.
A válvula de controle manipula a vazão do agente de controle, pela alteração de sua abertura, a fim de atender às necessidades do processo.
Válvula de Controle
Malha de Controle
14
Válvula de Controle
15
Classificação das Válvulas de Controle:
Válvula de Controle
16
Válvula de Controle
Obturador Excêntrico Globo
Tipos de Válvulas de Controle.
17
Válvula de Controle3 a 15 PSI
Fluxo
Válvula de Controle Tipo
Globo
Sinal de Correção originado do Controlador
18
Válvula de Controle3 PSI
Controlador
Funcionamento
Set Point
PV
Grande Vazão
Sinal de Correção
0 %
IP
19
Válvula de Controle9 PSI
Controlador
Funcionamento
Set Point
PV
Alguma Vazão
Sinal de Correção
50 %
IP
20
Válvula de Controle15 PSI
Controlador
Funcionamento
Set Point
PV
Nenhuma Vazão
Sinal de Correção
100 %
IP
21
Válvula de Controle3 a 15 PSI
Fluxo
22
Válvula de Controle
p1 p1
p2
Fluxo
23
As válvulas de controle lineares tipo globo são constituídas de 3 (três) partes principais:
• AtuadorFornece a força necessária para funcionamento da válvula.
• CasteloLiga o atuador ao corpo e em alguns modelos, serve como guia para a haste.
• CorpoParte que fica ligada a tubulação, em contato com o processo, e onde ocorre a regulagem do fluxo.
Válvula de Controle
24
Válvula de Controle
Atuador
Castelo
Corpo
25
Válvula de Controle
26
É a parte da válvula que fornece a força necessária para o seu funcionamento.
Atuador
27
Classificação:
1. Quanto ao tipo de atuação.
a) Manualb) Automático
2. Quanto ao movimento provocado no obturador.a. Linearb. Rotativo
3. Quanto a fonte de energia.a. Pneumáticob. Elétricoc. Hidráulico
Atuador
28
AtuadorManuais
Cujo funcionamento ocorre pela ação do operador.
29
AtuadorAutomáticos
Cujo funcionamento ocorre pela ação do próprio fluido de processo (auto-operados) ou pelo sinal originado do controlador.
30
AtuadorLineares
Cujo movimento resultante de sua ação é linear ou retilíneo.
RotativosCujo movimento resultante de sua ação é angular.
31
Atuador Rotativo
32
PneumáticosUtiliza o ar comprimido como fonte de energia para o seu funcionamento.
Atuador
Elétricos
Utiliza energia elétrica para funcionar.
Hidráulicos
Utiliza energia de um fluido hidráulico para operar.
33
AtuadorAtuador Pneumático tipo Mola e Diafragma.
Este atuador possui um diafragma preso entre duas tampas, que formam as câmaras: superior e inferior.
A força produzida pelo ar, na área do diafragma, é balanceada pela força de uma mola, localizada dentro do atuador.
Este tipo de atuador transforma a pressão do ar em movimento.
Ele recebe a pressão vinda diretamente de um controlador ou através de um posicionador instalado na válvula em questão.
34
Atuador Mola e Diafragma
35
Atuador Mola e DiafragmaAção do Atuador
Basicamente, há duas lógicas de operação do atuador pneumático com o conjunto diafragma e mola:
1. Ar para Abrir - mola para fechar. (sinal pneumático)2. Ar para Fechar - mola para abrir. (sinal pneumático)
Outras nomenclaturas para a ação das válvulas são:
Falha Aberta (Fail Open - FO), que equivale a ar para fechar em válvulas pneumáticas e Falha Fechada (Fail Close - FC), que equivale a ar para abrir em válvulas pneumáticas.
36
Atuador Mola e DiafragmaCondição de Falha ou Segurança de uma Válvula.
Atuador Pneumático Atuador Pneumático, Hidráulico e Elétrico
Ar Abre Falha Fecha -FF Fail Close - FC Normal
Fechada - NF
Ar Fecha Falha Abre - FA Fail Open - FO Normal Aberta -NA
Estas condições de falha ou segurança está relacionada ao sinal (pneumático, elétrico ou hidráulico) que aciona a válvula.
37
Atuador Mola e Diafragma
Existem outros tipos de posição de falha ou posição de segurança de uma válvula de controle, tais como:
• Posição indefinida.
• Posição de falha pré-definida. (necessita de acessórios específicos/especiais).
Todas as condições de falha ou segurança de uma válvula discutidas até aqui, podem ser aplicadas a outros tipos de atuadores. Para isto, deve-se avaliar caso a caso.
Condição de Falha ou Segurança de uma Válvula.
38
Atuador Mola e DiafragmaAção do Atuador
39
Atuador Mola e DiafragmaAção do Atuador
40
Atuador Mola e DiafragmaAção do Atuador
41
Atuador Mola e DiafragmaA escolha do atuador deve se basear em alguns critérios, tais como:
• Atender à condição de segurança: válvula de controle Falha Aberta – FA ou Falha Fechada – FF.
• O atuador deve ter força suficiente para vencer a força da mola e a força devida à pressão diferencial do fluido sobre o obturador.
• Deve ter deslocamento suficiente para atender ao curso total do obturador da válvula etc.
42
Atuador Mola e DiafragmaÉ possível instalar um dispositivo auxiliar de operação manual para permitir operar a válvula, em emergências, ou limitar o deslocamento da haste, geralmente, isto é feito através de umvolante montado no topo ou na lateral da válvula.
43
Atuador Mola e DiafragmaComponentes do Atuador
Motor: O diafragma do atuador é construído em tela de algodão ou “nylon” com uma capa de neoprene (ou outra borracha) em ambos os lados, possuindo uma resistência a ruptura até 135 PSI.
O sinal de pressão que atua na superfície do diafragma desenvolve uma força suficiente para promover o deslocamento da haste e obturador.
Haste do Atuador: Transmite mecanicamente o deslocamento do atuador ao obturador.
44
Atuador Mola e DiafragmaComponentes do Atuador
Torre: Faz parte do atuador, o garfo-suporte, cuja função é assegurar o alinhamento perfeito entre o atuador, o castelo e o corpo da válvula. Este alinhamento deve ser observado com maior atenção no caso de válvulas com haste deslizante no qual o atuador é ligado a haste do obturador.
O desalinhamento acarretará emperramento, desgaste excessivo nas gaxetas e nas guias.
O material do garfo-suporte é confeccionado em ferro fundido, ou aço dando-se preferência ao aço por possuir maior resistência ao choque.
45
Atuador Mola e DiafragmaComponentes do Atuador
Mola: A mola tem a função de opor-se à força provocada pela pressão de ar que atua sobre a área efetiva do diafragma.
Diafragma
Haste do Atuador
MolaTorre
46
Atuador Mola e DiafragmaIndicador de Curso
A plaqueta de indicação de curso, indica o deslocamento da haste do atuador e, conseqüentemente, o deslocamento do obturador dentro do corpo da válvula.
Também indica quando a válvula está totalmente aberta ou fechada.
Indicador de Curso
47
TIPODE
ATUADORVANTAGENS DESVANTAGENS
Mola e Diafragma
• Baixo custo.• Simplicidade.• Posição de segurança por
falha é inerente.• Necessidade de baixa
pressão de ar de suprimento.
• Ajustabilidade.• Facilidade de manutenção.• Capacidade de operação
sem a necessidade do uso de posicionador.
• Resposta rápida.• Seguro em aplicações
eletricamente perigosas.
• Torques limitados.• Limitação quanto à
temperatura.• Inflexibilidade para
alterações das condições de serviço.
Atuador Mola e Diafragma
48
Atuador Cilindro e Pistão
O atuador é simplesmente um pistão que desliza em um cilindro, sendo o espaço existente entre o pistão e o cilindro selado por intermédio de anéis.
Este selo, que pode ser um simples o-ring, aumenta a resistência que deve ser vencida durante o posicionamento da válvula. O atrito resultante insere uma histerese no sistema de controle.
Presa a este êmbolo, encontra-se uma haste ligada ao obturador. A força atuante pode ser produzida a partir do ar comprimido ou de óleo, neste caso, o atuador é considerado hidráulico.
49
Atuador Cilindro e PistãoPodem-se encontrar atuadores com molas destinadas a retornar o pistão à sua posição original, no entanto, o procedimento mais comum é o uso de duas pressões atuando sobre ambos os lados do pistão, sendo uma delas empregada como uma “mola de ar”.
50
Atuador Cilindro e Pistão
51
Atuador Cilindro e Pistão
52
Atuador Cilindro e Pistão
53
Atuador Cilindro e PistãoOs atuadores de pistão são atuadores pneumáticos que procuram cobrir as limitações do atuador diafragma. São projetados para oferecer longos cursos e operar a altas pressões, necessárias para desenvolver grandes forças.
54
TIPODE
ATUADORVANTAGENS DESVANTAGENS
Cilindro e Pistão
• Capacidade de torque elevado.
• Compacticidade.• Menor peso.• Adaptabilidade às altas
temperaturas do meio ambiente.
• Adaptabilidade às variações dos requisitos de torque da válvula.
• Resposta rápida.• Seguro em aplicações
eletricamente perigosas.
• Posição de segurança por falha, requer acessórios opcionais (dupla ação).
• Necessidade do uso do posicionador para aplicações em controle modulado.
• Maior custo que o atuador tipo mola e diafragma.
• Necessidade de alta pressão de ar de suprimento.
Atuador Cilindro e Pistão
55
Atuador ElétricoO atuador elétrico pode ser um solenóide, que permite posicionar o obturador em duas posições, em um controle on-off (válvulas direcionais) ou um motor elétrico reversível, que coloca o obturador na posição de abertura proporcional ao sinal enviado pelo controlador (controle modulante).
Os atuadores elétricos tipo solenóides são mais utilizadas para automação pneumática ou hidráulica de máquinas específicas. Para o controle de processos industriais, o atuador elétrico normalmente utilizado é o motor elétrico.
Neste caso, as válvulas solenóides são utilizadas como acessório das válvulas de controle.
56
Atuador ElétricoO atuador elétrico é constituído por um motor elétrico reversível, que coloca o obturador na posição de abertura, proporcional ao sinal enviado pelo controlador (controle modulante).
57
Atuador Elétrico
Os atuadores elétricos ou eletromecânicos mais utilizados nas válvulas para controle de processos industriais, consistem de um sistema de moto-redução, acoplado à haste da válvula.
Este tipo de atuador normalmente dispõe dos acessórios necessários para que sejam cumpridas as determinações do sistema de controle e segurança.
Tais acessórios (como chaves limites de curso, chaves limite de torque, dispositivos de destravamento do acionamento manual, reversão, dispositivos de proteção por carga térmica, etc) fazem com que o conjunto assim formado torne -se muito caro e pesado.
58
Atuador ElétricoO fato deste tipo de atuador ser bastante lento é uma de suas características.
No entanto, em função da sua robustez, alto torque desenvolvido, e devido ao fato deste ser de acionamento elétrico, não impondo limites práticos de distância para o elemento gerador de sinal, faz com que este atuador tenha um segmento de mercado bastante definido e fiel. Na verdade, existem aplicações em que não há outra possibilidade de atuação.
As aplicações mais comuns desse tipo de atuador em indústrias de extração e transporte de petróleo e minérios devido as grandes distâncias existentes entre os locais de extração e de processamento dessas matérias-primas.
59
Atuador Elétrico
Motor
60
Atuador Elétrico
Motor
61
Atuador Elétrico
62
Atuador Elétrico
63
Atuador Elétrico
TIPODE
ATUADORVANTAGENS DESVANTAGENS
Elétrico
• Compacto (p/ pequenas potências).
• Aptidão para aplicações remotas.
• Alta precisão de posicionamento.
• Alto custo.• Falta de posição de
segurança por falha.• Habilidade limitada
para sistemas de controle modulado.
• Resposta lenta.
64
Atuador HidráulicoEstes atuadores são muito pouco usados em função dos inúmeros dispositivos e acessórios de que necessita. Consistem em um conjunto formado por reservatório de óleo hidráulico, bomba de sucção e um conjunto de válvulas interligadas de maneira a desviar e selecionar o fluxo de óleo para uma ou outra câmara de um cilindro. Dessa forma, o cilindro que agirá sobre a válvula desenvolve o curso necessário.
Assim como no caso anterior, os atuadores hidráulicos são robustos, pesados e desenvolvem alto torque. Porém, são limitados à distância de atuação e por manipularem pressões mais elevadas de óleo, sendo mais susceptíveis a vazamentos. Seu campo de atuação está restrito a locais onde, por qualquer motivo, não é disponível outra fonte de energia.
65
Atuador Hidráulico
66
Atuador Hidráulico
TIPODE
ATUADORVANTAGENS DESVANTAGENS
Hidráulico
• Capacidade de altíssimo torque.
• Ótima rigidez construtiva.• Excelente estabilidade
dinâmica contra as forças do fluído.
• Resposta rápida.
• Alto custo.• Complexidade.• Grande peso e
tamanho.• Posição de segurança
por falha requer acessórios opcionais.
67
Atuador
Castelo
Corpo
Castelo
68
CasteloO castelo é a parte da válvula de controle que serve de conexão entre o atuador e o corpo.
O castelo é portanto um subconjunto do corpo na maioria das válvulas de controle, embora existem tipos de válvulas como as rotativas (borboleta, esfera e excêntrica) e a bipartida, nas quais o castelo é parte integral ao corpo, não constituindo-se portanto, de parte independente.
O castelo tem por finalidade proporcionar a estanqueidade necessária ao redor da haste e permitir o seu deslocamento com um mínimo de atrito para evitar a histerese.
Nele se encontra a caixa de gaxetas e o lubrificador externo.
69
Castelo - Partes
Gaxetas
Lubrificador
HastePrensa Gaxeta
Mola
71
Castelo - Tipos
Quanto à aplicação, o castelo se classifica nos seguintes tipos:
• Castelo Normal
• Castelo Alongado
• Castelo Aletado
• Castelo com Fole
72
Castelo - TiposCastelo Normal:
É o castelo padrão utilizado para as aplicações comuns nas quais a temperatura inferiores a 200ºC. Esta limitação é devido ao material da gaxeta, já que sua localização está bem próxima do flange superior do corpo e portanto bem próxima ao fluido.
Castelo Alongado:
É usado para temperaturas inferiores a -5oC e deve ser suficiente longo para que a temperatura das gaxetas não atinja valores abaixo de -25oC, a fim de evitar o congelamento das mesmas.
73
Castelo - TiposCastelo Aletado:
É usado quando a temperatura do fluido for superior a 200oC. A função das aletas é permitir a dissipação do calor (radiador), mantendo a temperatura baixa, a fim de proteger as gaxetas.
Se a válvula estiver operando com vapores condensáveis, as aletas não devem reduzir a temperatura abaixo do ponto de saturação do líquido, pois, se isto ocorrer, haverá condensação do vapor e o líquido fluirá para a tubulação, sendo substituído por uma outra porção de vapor de temperatura mais elevada.
74
Castelo - TiposCastelo com Fole:
É usado como selo (para garantir vedação total) em fluidos corrosivos, tóxicos, radioativos, ou caros.
O fole é confeccionado com uma liga resistente à corrosão e soldado à haste da válvula, fazendo uma selagem metálica para o líquido de processo.
Com esta configuração, exige-se mais força do atuador.
75
Castelo - Tipos
Castelo Normal
Castelo Alongado
76
Castelo - Tipos
Castelo AletadoCastelo c/ Fole
77
A caixa de gaxetas faz parte do castelo, e sua finalidade é proporcionar a estanqueidade do fluido, além de servir como guia da haste.
Deve comportar uma altura de gaxeta equivalente a 6 (seis) vezes o diâmetro da haste.
Castelo – Caixa de Gaxetas
78
Castelo – Caixa de Gaxetas
Caixa de Gaxetas
Mola
Gaxeta
Prensa Gaxeta
Sobreposta
Parafuso Estojo
79
Castelo - Gaxetas
A gaxeta é o elemento de vedação da haste da válvula, a fim de evitar que o produto que circula dentro da válvula, venha a ter contato com o meio externo, devido ao movimento da haste.
O emprego de uma gaxeta adequada é muito importante em uma válvula de controle, especialmente quando se trata de fluidos corrosivos.
O uso de gaxetas inadequadas poderá provocar vazamentos, ou danificar a haste da válvula, cujo diâmetro é rigorosamente dimensionado e sua superfície é retificada e polida.
80
Castelo - GaxetasGaxetas:
Gaxetas
Lubrificador
HastePrensa Gaxeta
Mola
81
Castelo - GaxetasOs materiais geralmente empregados para confecção de gaxetas são:
Teflon
É o mais usado, pois é inerte em relação a todas as substâncias químicas, com exceção do sódio líquido. É usado para temperaturas entre -100oC para castelo comum, e até430°C com castelo aletado.
Pode ser aplicado na forma de teflon puro, moído ou prensado em anéis, e em cordões, composto com amianto. O formato mais adequado é o anel de teflon em “ V “.
82
Castelo - Gaxetas
Amianto
Para serviços em hidrocarbonetos com propriedades lubrificantes, água e vapor, operando em temperaturas até 400°C.
Amianto Grafitado
Para serviços em hidrocarbonetos não lubrificantes, operando em temperaturas até 400°oC com castelo comum e até 540°C com castelo aletado.
83
Castelo - GaxetasGrafoil
São gaxetas ou juntas de grafite puro, sem resinas ou componentes orgânicos. Este material substitui o amianto e amianto grafitado, que estão descontinuados.
Características:
- Boa resistência à corrosão;- Resistem a altas e baixas temperaturas;- Não é abrasivo;- São auto-lubrificantes.
84
Castelo - EngaxetamentoEngaxetamento: Anéis em V
85
Castelo - EngaxetamentoEngaxetamento: Anéis de Grafite
86
Castelo - EngaxetamentoEngaxetamento Duplo
• Possibilidade de pressurizar
• Aplicações em vácuo
• Alto atrito
87
Castelo - Lubrificador
Quando se usam gaxetas de amianto ou amianto grafitado, a caixa de gaxetas possui um anel de lubrificação que tem a função de distribuir o lubrificante ao redor da haste. Para lubrificar as gaxetas, há dois tipos de lubrificadores:
O lubrificador comum é usado em válvulas que operam em baixa pressão, dispensando por isto a válvula de isolação. O lubrificador com válvula de isolação é usado em válvulas que operam em alta pressão.
O lubrificador também é conhecido como graxeiro.
88
Castelo - Lubrificadores
Lubrificador Comum Lubrificador com Válvula Isoladora
89
Atuador
Castelo
Corpo
Corpo
90
CorpoO corpo é a parte da válvula de controle que entra em contato com o fluido a ser controlado.
Nele encontram-se os elementos responsáveis pela regulagem do fluxo (obturador e sede).
É o tipo de corpo que determina a classificação das válvulas de controle, portanto são disponíveis vários tipos adequados a aplicações específicas, tais como:
- Válvula globo- Válvula esfera- Válvulas “saunders”- Válvula borboleta- Válvula guilhotina etc
91
Corpo – Acoplamento das HastesHaste do Atuador
Haste do Atuador
Haste do Obturador
Haste do Obturador
92
Válvula Globo
Válvula de deslocamento linear, corpo de duas vias, com formato globular, de passagem reta, internos de sede simples ou de sede dupla.
É a que tem maior uso na indústria e o termo globo é oriundo de sua forma, aproximadamente esférica.
Sua conexão com a linha pode ser através de flanges rosca ou solda.
Ela será de sede simples ou dupla, de acordo com o número de orifícios que possua para a passagem dofluído.
93
Válvula Globo - Modelos
94
Válvula Globo – Sede Simples
É a válvula que permite ao fluido escoar por uma única passagem.
É usada sempre que necessita de uma estanqueidade perfeita (0,01% da máxima capacidade da válvula).
95
Válvula Globo – Sede Simples
96
Válvula Globo – Sede Simples
Quando for possível, a válvula de sede simples deve ser instalada de tal forma que a vazão tenda a abrir a válvula, a fim de se obter uma operação suave e silenciosa.
Se a válvula for instalada com a vazão tendendo a fechar, haverá instabilidade e trepidação entre a sede e o obturador, ocorrendo um martelamento contra a sede.
97
Válvula Globo – Sede Simples
O corpo da válvula globo pode ser irreversível ou reversível. O corpo reversível permite inverter a ação da válvula de controle.
Corpo ReversívelCorpo Irreversível
98
Válvula Globo – Sede Simples
99
Válvula Globo – Sede Simples
100
Válvula Globo – Sede DuplaÉ a válvula que permite ao fluido escoar por duas passagens.
Esta válvula é chamada válvula de equilíbrio de pressão pois, o fluido desenvolve forças em sentidos opostos sobre o obturador.
Este tipo de válvula é bastante usado devido à sua maior sensibilidade ao sinal pneumático, sendo necessária uma pequena diferença de pressão no diafragma do motor, para movimentar o obturador.
Existe uma relação de 1/16” a 1/8” entre os diâmetros do orifício das sedes, a fim de permitir a montagem do obturador.
101
Válvula Globo – Sede Dupla
102
Válvula Globo – Sede DuplaComo desvantagem, as válvulas sede dupla, apresentam um vazamento, quando totalmente fechadas de no máximo 0,5% da sua máxima capacidade de vazão.
103
Válvula Globo – Sede Dupla
Fluxo
104
Válvula Globo – Sede Dupla
105
Válvula Globo – Sede Dupla
106
Válvula GloboAplicação:
107
Conjunto Obturador / Sede:
Válvula Globo – Internos
108
Conjunto Obturador / Sede:
Válvula Globo – Internos
109
Tipos de Obturadores:
Válvula Globo – Internos
110
Válvula Globo – Internos
Obturador e Sede para trabalhar com Gaiola:
111
Tipos de Gaiolas:
Válvula Globo – Internos
112
Válvula Globo – InternosVálvula com Gaiola:
113
Válvula Globo – Internos
Válvula com Gaiola:
114
Componentes da Válvula:
Válvula Borboleta
Corpo
115
Posição da Borboleta na Válvula:
Válvula Borboleta
Válvula Aberta 100%
Válvula Aberta 50%
Válvula Fechada
100%
Paralela a Tubulação
Inclinada em Rel. a Tubulação
Perpendicular a Tubulação
116
Posição da Borboleta na Válvula:
Válvula Borboleta
Válvula Aberta 100%
Válvula Aberta 50%
Válvula Fechada
100%
Borboleta Paralela a Tubulação
Borboleta Inclinada em Rel.
a Tubulação
Borboleta Perpendicular a Tubulação
117
Posição da Borboleta na Válvula:
Válvula Borboleta
Borboleta Paralela a Tubulação
Borboleta Inclinada em Rel.
à Tubulação
Borboleta Perpendicular à Tubulação
118
As válvulas de borboleta foram originalmente concebidas como válvulas de regulagem, mas devido ao aprimoramento da sede pode também trabalhar como válvulas de bloqueio.
É utilizada principalmente em sistemas de adução e de distribuição de água bruta ou tratada, e em estações de tratamento de água e de esgotos e ainda é utilizada na indústria química, petroquímica, farmacêutica e alimentícia.
Podem ser usadas em serviços de alta corrosão pois existem válvulas com revestimento anticorrosivo tanto no corpo como na haste e no disco de fechamento.
Válvula Borboleta
119
São utilizadas em tubulações contendo líquidos, gases, inclusive líquidos sujos ou contendo sólidos em suspensão, bem como para serviços corrosivos.
As vantagens de uma válvula borboleta são muitas, como a facilidade de montagem, construção compacta, robusta e leve ocupando pequeno espaço, excelentes características de escoamento com alta capacidade de vazão, baixo custo e boa performance como válvula de regulagem e de controle.
Válvula Borboleta
120
Válvula Borboleta
121
Válvula Borboleta
122
Válvula Borboleta
123
Válvula Borboleta
124
É o tipo de válvula cujo obturador é uma esfera que gira em torno de seu eixo de modo a alinhar a sua abertura com as aberturas do corpo.
Com apenas um quarto de volta se faz a abertura ou o fechamento total da válvula e o fluxo é sempre suave e ininterrupto.
É a válvula que até pouco tempo representava a minoria das válvulas instaladas mas que à partir do final da década de 80 passou a ganhar o espaço perdido pelas válvulas de gaveta, por serem mais eficientes e de menor custo.
Válvula Esfera
125
Válvula Esfera
126
Válvula Esfera
127
Válvula Esfera
128
Posição da Esfera na Válvula:
Válvula Esfera
Válvula Aberta
Válvula Fechada
129
Sua principal característica é a mínima perda de carga para os modelos de passagem plena e a baixa perda de carga para os outros modelos (segmental, passagem reduzida, etc) devido à pequena obstrução do fluxo quando totalmente abertas.
Essas válvulas são também adequadas para fluidos que tendem a deixar depósitos sólidos por arraste, polimerização, coagulação etc. A superfície interna lisa da válvula dificulta a formação desses depósitos.
Válvula Esfera
130
Características:
• Apta para trabalhar com fluidos viscosos e fluidos com sólidos e fibras em suspensão.
• Requer atuadores de grande tamanho.
• Precisão de posicionamento.
• Devem ser extraídas da linha para manutenção.
• Rangeabilidade de 50:1
Válvula Esfera
131
Engaxetamento: Anéis de Grafite
Válvula Esfera
132
Válvulas - Instalação
133
Cv (Coeficiente de Vazão)
É um índice da capacidade da válvula.
É definido como o número de galões (US) de água a 60 °F, que flui através da válvula em um minuto com uma queda de pressão de 1 PSI.
Características de Vazão
Coeficiente adotado em 1962 pelo Fluid Controls Institute (FCI 62-1) com o objetivo da padronização da expressão da capacidade de vazão de válvulas de controle. Em 1975 foi normalizado pelo ISA (ISA-S39.1), e em 1977 homologada pela ISA-S75.01.
A característica de vazão determina como o coeficiente de vazão (CV) varia em resposta a uma mudança na posição da válvula.
134
É a relação existente entre a fração do curso do obturador da válvula e a correspondente vazão que escoa através da mesma.
Por outro lado, como a vazão que escoa através de uma válvula varia com a pressão diferencial através dela, portanto tal variação da pressão diferencial afeta a característica de vazão.
Assim sendo, definem-se dois tipos de característica de vazão:
• Característica Inerente e• Característica Instalada.
Características de Vazão
135
Característica de Vazão Inerente:
É definida como sendo a relação existente entre a vazão queescoa através da válvula e a variação percentual do curso, quando se mantém constante a pressão diferencial através da válvula.
Em outras palavras, poderíamos dizer que se trata darelação entre a vazão através da válvula e o correspondente sinal do controlador, sob pressão diferencial constante, através da válvula.
Características de Vazão
136
Característica de Vazão Instalada:
É definida como sendo a real característica de vazão, sob condições reais de operação, onde a pressão diferencial não é mantida constante.
As características de vazão fornecidas pelos fabricantes das válvulas de controle são inerentes, já que não possuem condições de simular toda e qualquer aplicação da válvula de controle.
A característica de vazão inerente é a teórica, enquanto que, a instalada é a prática.
Características de Vazão
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A característica de vazão é proporcionada pelo formato do obturador (caso das válvulas globo convencionais), ou pelo formato da janela da gaiola (caso das válvulas tipo gaiola) ou ainda pela posição do elemento vedante em relação à sede (caso das válvulas borboleta e esfera).
Existem basicamente quatro tipos de características de vazão inerente:
a) Linear;b) Igual porcentagem (50:1);c) Parabólica modificada ed) Abertura rápida.
Características de Vazão
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Rangeabilidade
Por definição, a rangeabilidade da válvula de controle é arelação matemática entre a máxima vazão sobre a mínima vazão controláveis com a mesma eficiência.
É desejável se ter alta rangeabilidade, de modo que a válvula possa controlar vazões muito pequenas e muito grandes, com o mesmo desempenho.
Na prática, é difícil definir com exatidão o que seja controlável com mesma eficiência e por isso os números especificados variam muito (de 10 a 1000%).
Características de Vazão
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Em inglês, rangeabilidade (rangeability) é também chamada de turn-down. A rangeabilidade realmente dá a faixa utilizável da válvula.
Características de Vazão
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1. Característica de vazão inerente tipo linear:
É a característica pela qual iguais incrementos de curso determinam iguais variações da vazão.
A característica linear produz uma vazão diretamente proporcional ao valor do deslocamento da válvula ou da posição da haste. Quando a posição for de 50%, a vazão através da válvula é de 50% de sua vazão máxima.
A válvula com característica linear possui ganho constante em todas as vazões. O desempenho do controle é uniforme e independente do ponto de operação.
Sua rangeabilidade é media, cerca de 10:1.
Características de Vazão
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Características de VazãoLinear
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2. Característica de vazão inerente tipo igual porcentagem:
Este tipo de válvula se caracteriza pelo fato de que acréscimos iguais no curso da haste produzem porcentagens iguais de acréscimo em relação à vazão do momento.
Em números:
Uma variação de 10% de abertura, entre 50 a 60% do máximo, varia a vazão de 14 a 21% da vazão máxima.
Os mesmos 10% de abertura, na mesma válvula, entre 80 a 90%, varia a vazão de 46 a 69%.
Características de Vazão
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Características de VazãoIgual Porcentagem
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Características de VazãoCaracterística Inerente x Instalada:
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3. Característica de vazão inerente tipo parabólica modificada:
Trata-se de uma característica de vazão intermediária entre a linear e a igual porcentagem.
Não possui uma definição exata, como as características anteriores, pelo fato de ser uma característica modificada.
Características de Vazão
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Características de VazãoParabólica Modificada
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4. Característica de vazão inerente tipo abertura rápida:
Trata-se de uma característica que produz uma máxima variação da vazão através da válvula com o mínimo curso. Este tipo de válvula possibilita a passagem de quase que a totalidade da vazão nominal com apenas uma abertura de 25% do curso total.
A válvula de abertura rápida possui característica oposta à da válvula de igual percentagem.
A curva é basicamente linear para a primeira parte do deslocamento com uma inclinação acentuada (grande ganho).
Características de Vazão
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4. Característica de vazão inerente tipo abertura rápida:
Ela não é adequada para controle continuo, pois a vazão não é afetada para a maioria de seu percurso.
Tipicamente usada para controle liga-desliga, batelada e controle seqüencial e programado.
Sua rangeabilidade é pequena, cerca de 3:1.
Válvula típica de abertura rápida é a Saunders.
Características de Vazão
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Características de VazãoAbertura Rápida
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Características de Vazão
%
Q
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Características de Vazão
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Características de VazãoCurva de Vazão de Válvula Borboleta
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Características de Vazão
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Características de VazãoObturador x Característica de Vazão
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Tipos de Gaiolas:
AberturaRápida
Linear Igual Percentagem
Características de Vazão
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Características de VazãoObturador x Característica de Vazão
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Características de Vazão
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Características de Vazão
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Características de Vazão
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Válvula Auto-Operada
Tipo de válvula que apresenta elemento sensor integrado.
A auto-operação pode ser feita através de sensores integrados à válvula, transmitindo energia ao elemento controlador, ou através do próprio elemento controlador que se desloca sobre efeito direto das condições controladas. (NBR. 10285:2003)
Obs: Essa válvula é utilizada para manter as condições operacionais de acordo com o ponto de ajuste estabelecido.
Não tem como função promover segurança.
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Válvula Auto-Operada
Fluxo
Sensor
Atuador
Corpo
Capilar
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Válvula Auto-Operada
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Válvula Auto-Operada
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Válvula Solenóide
Sinal Elétrico12 Vcc
24Vcc / Vac120 Vcc / Vca240 Vcc / Vca
Bobina (Solenóide)
Mola de Retorno
Obturador Corpo da Válvula
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Válvula Solenóide
Sinal Elétrico24 Vcc
Válvula Solenóide
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Ar Comprimido
Vent
24 V
2 13
3
21
(atm)
Condição Inicial:Desenergizada
Válvula Solenóide
Tensão de Comando:
Ar Comprimido
Aplicação de Válvulas Solenóides
Válvula de Controle On-Off
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24 Vcc
Pressostato
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Válvula SolenóideSinal Elétrico
24 Vcc Aplicação com válvula de controle
Válvula Solenóide
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PosicionadorO posicionador é um dispositivo que retransmite a pressão de carga ao atuador, permitindo posicionar a haste da válvula no valor exato determinado pelo sinal de controle.
Ele compara o sinal que recebe do controlador com a posição da haste da válvula através do seu braço de realimentação.
Se a haste não está corretamente posicionada, então ele manda para o atuador mais ar (ou retira mais ar) até que acuse a correta posição da haste.
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Posicionador - Pneumático
Palheta e Alavanca de Realimentação
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Posicionador - Eletropeumático
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Posicionador - Instalação
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Posicionador - Aplicação
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Posicionador - LigaçãoVálvula operando sem posicionador.
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Posicionador - LigaçãoVálvula operando com posicionador.
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Carlos Alvarez
Declaração de copyright
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