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VÁLVULAS DE CONTROLE Neste AULA iremos mostrar o que o engenheiro químico precisa saber, e o que ele precisa enviar ao engenheiro de instrumentação, para o correto dimensionamento das válvulas de controle. Não é somente o cálculo do Cv da válvula que irá determinar a sua correta escolha e sim, o cálculo da real curva de operação da válvula que irá dizer qual a sua faixa de vazão, assim como qual a sua abertura para cada vazão.

Valvulas Controle[1]

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VÁLVULAS DE CONTROLE

• Neste AULA iremos mostrar o que o engenheiro químico precisa saber, e o que ele precisa enviar ao engenheiro de instrumentação, para o correto dimensionamento das válvulas de controle.

• Não é somente o cálculo do Cv da válvula que irá determinar a sua correta escolha e sim, o cálculo da real curva de operação da válvula que irá dizer qual a sua faixa de vazão, assim como qual a sua abertura para cada vazão.

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VÁLVULAS DE CONTROLE

• Definição de Cv

• O Cv é definido como um galão por minuto de água à 60 º F, com uma queda de pressão de 1 psi.

• Para o cálculo do Cv de uma válvula usando unidades usuais temos as fórmulas que se seguem :

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Pd

WCv

.

.16,1

W = vazão de líquido (ton/h)d = densidade relativa do líquido (água = 1,0)P = Perda de carga na válvula (Kgf/cm2)

LÍQUIDOS

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GASES

dPPP

WCv

).21.(

.2,47

W = vazão de líquido (ton/h)d = densidade relativa do gás em relação ao ar (0 Kgf/cm2 g e 0 º F)P = Perda de carga na válvula (Kgf/cm2)P1 = pressão na entrada da válvula (Kgf/cm2 abs)P2 = pressão na saída da válvula (Kgf/cm2 abs)

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• Cada tipo de atuador da válvula tem a sua característica de vazão, a qual descreve a relação entre o Cv da válvula e a sua abertura.

• A vazão passando pela válvula não é só afetada pela característica da válvula mas também pela perda de carga através da válvula.

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VÁLVULAS DE CONTROLE

Page 7: Valvulas Controle[1]

VÁLVULAS DE CONTROLE• Uma válvula operando num sistema que tem uma perda de

carga constante tem uma curva característica bem diferente de uma válvula atuando num sistema com perda de carga variável. Quando uma válvula está operando a perda de carga constante sem levar em conta os efeitos da perda de carga das tubulações e acessórios a sua curva característica é conhecida como Curva Característica Inerente, entretanto se a curva da válvula é construída levando em conta as perdas de carga do sistema (à perda de carga variável) a sua curva característica é conhecida como Curva Característica Instalada. Neste caso temos que criar uma curva de perda de carga versus vazão para o sistema levando em conta todos os seus componentes (linhas, trocadores, filtros, etc).

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• Igual Porcentagem Volumétrica

• Este é o tipo mais especificado. Com a característica de igual porcentagem, as mudanças na vazão por unidade de abertura são diretamente proporcionais à vazão que passava na válvula antes da mudança ocorrer. A curva inerente desta característica mostra uma vazão pequena no inicio da abertura e cresce rapidamente para aberturas maiores.

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Curvas Características Válvulas Controle

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% Abertura

% d

e Va

zão

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VÁLVULAS DE CONTROLE

• Isto dá um bom controle para aberturas de até 50%, e oferece um grande aumento de vazão para aberturas maiores do que 50%.

• A fórmula matemática para a característica igual porcentagem é :

nLeQoQ . nQdL

dQ

Q = vazão da válvulaL = abertura da válvulae = base neperiana (2,718 ....)Qo = vazão mínima controláveln = constante

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VÁLVULAS DE CONTROLE• Característica Linear

• A característica inerente linear é aquela que produz iguais mudanças de vazão para iguais mudanças de abertura, a perda de pressão constante. A característica linear é usualmente especificada em sistemas onde a maior parte da perda de carga ocorre exatamente na válvula de controle.

• A fórmula matemática para a característica linear é:

LKQ . KdL

dQ

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VÁLVULAS DE CONTROLE

Abertura Rápida

•A característica de abertura rápida é exclusivamente usada para válvulas on-off, onde máximas vazões são produzidas logo no ínicio da abertura da válvula.

• Devido à natureza da característica de abertura rápida, as curvas inerente e instalada são similares.

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VÁLVULAS DE CONTROLE

Cálculo da Curva Real InstaladaCurva da Bomba x Sistema

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320

Vazão (m3/h)

He

ad

(m

) e

Efi

c (

%)

Curva da Bomba Curva Sistema

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VÁLVULAS DE CONTROLECálculo da Curva Real Instalada

P 1,52 10061W 100660 Kg/h

dens 0,719P. MOLECULAR 28,74T 150 Cv escolhidoCV calc = 111,6 342CV req = 223,2

Note que o Cv requerido é duas vezes o Cv calculado, para tentar levar a válvula a operar próximo de uma abertura de 50 %.A válvula selecionada neste exemplo é uma globo simples de 6 polegadas com o Cv de 342, por ser o primeiro Cv imediatamente superior ao Cv requerido.

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VÁLVULAS DE CONTROLECálculo da Curva Real Instalada

Curva DP Variável Válvula Controle

y = -1,8435E-10x2 + 3,2487E-07x + 3,2900E+00

R2 = 9,9982E-01

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

3,2

3,6

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000

Kg/h

Kg

f/c

m2

Page 16: Valvulas Controle[1]

VÁLVULAS DE CONTROLECálculo da Curva Real Instalada

Cálculo da Vazão Máxima na Válvula de Controle

É então calculada a vazão máxima que pode passar nesta válvula, fazendo-se o cálculo do Cv coincidir com o Cv selecionado, olhe que deve ser usada a perda de carga real que o sistema tem para esta vazão (olhe a utilidade de termos feito a equação de perda de carga do sistema contra a vazão em Kg/h, pronta para ser utilizada aqui).

Page 17: Valvulas Controle[1]

VÁLVULAS DE CONTROLECálculo da Curva Real Instalada

Cálculo da Curva Real de Operação da Válvula de Controle

Com esta vazão máxima calculada iremos criar uma curva para % de vazão variando de 10 em 10% até a vazão máxima e colocando o Cv calculado dividido pelo Cv selecionado (100 %) em cada ponto que agora representa a curva linear Instalada.

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VÁLVULAS DE CONTROLECálculo da Curva Real Instalada

CURVA REAL DA VÁLVULA = %

0102030405060708090

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% VAZÃO

% A

ber

tura

0102030405060708090100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

LINEAR INERENTE = % Instalada = % INERENTE

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VÁLVULAS DE CONTROLECálculo da Curva Real Instalada

Note que a curva linear instalada (à perda de carga variável) muito se aproximou da curva igual porcentagem inerente (à perda de carga constante).

Fazendo um raciocínio análogo ao anterior é construída a curva igual porcentagem real (a perda de carga variável)

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Valvula de ControleBoa Controlabilidade nas Duas

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% Abertura

Vazã

o

Igual % Instalada Linear Linear Instalada

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Valvula de ControleLinearização da Igual %

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% Abertura

Vazã

o

Linear Igual % Instalada Linear Instalada