Válvulas De Controle

1 INTRODUÇÃO

A válvula de controle consiste em uma válvula de algum dos tipos já estudados, conectada a um atuador que é capaz de modificar a posição do obturador em resposta a um sinal externo. A interface entre o atuador e o sinal externo é executada por um terceiro elemento, chamado posicionador.

O atuador deve ser capaz não apenas de movimentar o obturador para a posição desejada e mantê-lo lá, mas também de executar o movimento dentro dos limites máximos aceitos de tempo decorrido e força aplicada. Além disso, deve ser capaz de mover o obturador para uma posição predeterminada em caso de falha. Os três tipos básicos de atuador em uso no momento são: diafragma, pistão e eletromagnético.

O posicionador deve ser capaz de compensar, sempre que possível, deficiências mecânicas do atuador, devidas a características construtivas, desgaste, etc. Os posicionadores em uso no momento são do tipo pneumático, eletro pneumático e eletrônico.

2 CARACTERÍSTICAS DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE

2.1 Curvas características

A curva em que o eixo das abscissas é a abertura de uma válvula de controle e o eixo das ordenadas é a vazão resultante é chamada curva característica da válvula. Em geral, ambos os termos são tomados como percentuais do valor máximo. A curva pode ser levantada em laboratório, mantendo-se a pressão constante entre os pontos imediatamente antes e depois da válvula (característica de vazão inerente) ou instalando-se a válvula no local de utilização e permitindo-se que essa pressão varie livremente (característica de vazão instalada). Os catálogos dos fabricantes sempre trazem a primeira curva. As válvulas podem ser classificadas em três tipos, de acordo com a curva característica de vazão:

1. linear, cuja curva característica é, aproximadamente, uma linha reta

2. de igual porcentagem, cuja curva característica é, aproximadamente, uma parábola com a concavidade voltada para cima

3. de abertura rápida, cuja curva característica é, aproximadamente, uma parábola com a concavidade voltada para baixo.

A válvula com característica de vazão linear possui a propriedade de a vazão ser diretamente proporcional à abertura. A válvula com característica de vazão igual porcentagem possui a propriedade de a variação na vazão ser diretamente proporcional à variação na abertura. Esta última presta-se melhor às aplicações de controle regulatório, pois apresenta a faixa de operação mais extensa, consegue trabalhar mesmo quando ligeiramente sub-dimensionada ou superdimensionada, e apresenta melhor repetibilidade para pequenas aberturas.

Uma outra curva característica é a chamada assinatura da válvula, que relaciona a intensidade do sinal aplicado ao posicionador com a abertura resultante. Usualmente, a curva contempla um ciclo completo de abertura e fechamento. Ao contrário da curva característica de vazão, a assinatura da válvula tende a mudar com o tempo, devido ao desgaste. Assim, o levantamento periódico dessa curva constitui uma prática recomendável de manutenção.

2.2 Classes de vazamento

Um dos maiores problemas que afligem as válvulas de controle é o vazamento, decorrente principalmente do fato de essas válvulas estarem sempre parcialmente fechadas. A norma ANSI/FCI 70-2 estabelece uma classificação das válvulas de acordo com o vazamento medido em testes específicos. Para cada classe de vazamento são definidos os testes que devem ser realizados.

Classes de vazamento

Classe Vazamento máximo permitido Procedimento de teste

I - Nenhum

II 0.5% da capacidade nominal Ar ou água a pressão de 3 a 4 barg (a)

III 0.1% da capacidade nominal Ar ou água a pressão de 3 a 4 barg

IV 0.01% da capacidade nominal Ar ou água a pressão de 3 a 4 barg

V 5 x 10-4 ml • minuto-1 • polegada-1 (b) • psid-1 (c) Água a pressão máxima prevista de serviço

V 4,7 ml • minuto-1 • polegada-1 • psid-1 Ar ou nitrogênio a 3.5 barg

VI De acordo com a tabela anexa Ar ou nitrogênio a 3.5 barg

Observações:

(a) 1 barg = 1 bar de pressão manométrica = 100k Pa de pressão manométrica

(b) Polegada de diâmetro do corpo da válvula

(c) 1 psid = 1 psi de pressão diferencial = 6894 Pa

Vazamentos para classe VI

Diâmetro da sede (polegadas) Vazamento máximo permitido (ml/minuto)

≤ 1 1

1.5 2

2 3

2.5 4

3 6

4 11

6 27

8 45

2.3 Coeficiente de vazão

Para as válvulas de controle com característica de vazão linear, pode-se falar de um coeficiente que correlaciona a abertura da válvula e a vazão resultante, sob determinadas condições de pressão e temperatura. Esse coeficiente é chamado de coeficiente de vazão. A norma IEC 60534-1 define um coeficiente (Ng) que relaciona a vazão resultante, em US gpm(a), e a abertura, em %, à temperatura de 60 °F(b) e pressão diferencial de 1 psi(c). São usados também um coeficiente (Ns) que usa as unidades m3/h para a vazão resultante e bar para a pressão diferencial, considerando a temperatura como sendo 20 °C.

(a) 1 US gpm = 0.000063 m3/s (b) 60 °F = 15,5 °C (c) 1 psi = 6.894k Pa

A relação entre esses coeficientes de vazão é dada por

3 DIMENSIONAMENTO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE

3.1 Geral

Dimensionar uma válvula de controle significa especificar os parâmetros dimensionais relevantes para que a válvula atenda uma determinada aplicação. Esses parâmetros são os seguintes:

1. Coeficiente de vazão

2. Tamanho