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5/11/2018 ENG233 - 07 - Elemento Final de Controle - slidepdf.com
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ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE
Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de Engenharia Mecânica
ENG 233 – Instrumentação e Controle
Fabiano Borges
(71) 8137-1416
E-mail: [email protected]
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE
Definição
Responsável pela modificação de valores diversos para
que a variável sob controle seja mantida no valordesejado.
Tipos de elementos finais de controle:
Resistências elétricas Bombas Motores Válvula de Controle (de maior uso)
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE
Válvula de Controle
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
De forma genérica pode-se dizer que se trata de umdispositivo cuja finalidade é a de provocar umaobstrução na tubulação com o objetivo de permitir maiorou menor passagem de fluido por esta. Esta obstrução
pode ser parcial ou total, manual ou automática. Emoutras palavras é todo dispositivo que através de umaparte móvel abra, obstrua ou regule uma passagematravés de uma tubulação.
Seu objetivo principal é a variação da razão do fluxo
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Classificação segundo o Princípio de Acionamento
MANUAL A operação da abertura e fechamento a ser realizada é feitapelo homem.
AUTO-REGULADORA A operação de abertura e fechamento é realizada utilizando a
energia contida no fluido.
CONTROLEUtiliza-se uma força auxiliar para operação e, o acionamentoé feito de acordo com os sinais vindos dos controladores.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Uma válvula de controle consiste basicamente de doisconjuntos principais:
Corpo
Atuador
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V ÁLVULA DE CONTROLE
Uma válvula de controle consiste basicamente de doisconjuntos principais
Corpo
Parte da válvula que executa a ação de controle permitindomaior ou menor passagem do fluido no seu interior, conformea necessidade do processo. Divide-se basicamente em: Corpo propriamente dito Internos (sede, obturador, etc.) Castelo Flange inferior (para reversão de corpo)
Atuador
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V ÁLVULA DE CONTROLE
Corpo propriamente dito
Deve ser considerado um vaso de pressão em termos deprojeto pois entra em contato direto com o fluido e deve
satisfazer requisitos de pressão, temperatura e corrosão.
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V ÁLVULA DE CONTROLE
Tipos de Corpo
Deslocamento linear Válvula na qual a peça móvel vedante descreve um movimento
retilíneo, acionada por uma haste deslizante.
Deslocamento rotativo Válvula na qual a peça móvel vedante descreve um movimento de
rotação acionada por um eixo girante.
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V ÁLVULA DE CONTROLE
Tipos de Corpo
Deslocamento linear Globo (Convencional, Três Vias, Gaiola e Angular) Diafragma Bipartido Guilhotina
Deslocamento rotativo Borboleta Esfera Obturador Excêntrico Segmento de Esfera
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V ÁLVULA DE CONTROLE
Classe de vedação (vazamento ou estanqueidade) –
Shutoff Class Máximo vazamento permissível que escoa através da válvula
quando esta se encontra na posição fechada (Norma ANSI-
B16-104): Classe I – Vazamento elevado. Classe II – 0,5% da máxima capacidade da válvula. Classe III – 0,1% da máxima capacidade da válvula.
Classe IV – 0,01% da máxima capacidade da válvula. Classe V – 0,5 mm3/minuto por polegada de diâmetro por
pressão diferencial (em psi) de água. Classe VI – Estanque (de 1 a 45 bolhas por minuto).
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V ÁLVULAS DE DESLOCAMENTO LINEAR
Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de Engenharia Mecânica
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Fabiano Borges
(71) 8137-1416
E-mail: [email protected]
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OUTRAS V ÁLVULAS
Válvula Gaveta
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OUTRAS V ÁLVULAS
Válvula Gaveta
Vantagens
Passagem totalmente livre quando aberta (baixa turbulência,perda de carga insignificante) Obturador atua perpendicularmente à linha de fluxo Estanque para quaisquer tipos de fluidos Construção em ampla gama de tamanhos, faixa de
pressão/temperatura Permite fluxo nos dois sentidos.
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OUTRAS V ÁLVULAS
Válvula Gaveta
Desvantagens
Não é indicada em operações freqüentes (manuseio é maislento) Não se aplica a regulagem e estrangulamento do fluxo
(desgaste por erosão, vibração e ruídos indesejáveis) Ocupa grande volume devido ao movimento de translação do
obturador.
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvulas Tipo Globo Sede simples Sede dupla Três vias Gaiola Angular
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Sede Simples
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Sede Simples
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Sede Simples
Características:
Diâmetros: ½” a 4”. Extremidades: rosqueada (até 2”), flangeada e soldada. Classe de pressão: 150 a 2.500 lb. Guiado duplamente ou simplesmente. Possui boa vedação (Classe IV – novas e limpas). Melhora-se a classe de vazamento usando obturador-sede
metal-teflon, metal-borracha (soft-seat). Possui obturador estaticamente não balanceado. Fluido tendendo a abrir a válvula – Golpe de Aríete.
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Sede Dupla
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Sede Dupla
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Sede Dupla
Características:
Diâmetros: ¾” a 14”. Extremidades: rosqueada (até 2”), flangeada e soldada. Classe de pressão: 150 a 1.500 lb. Guiado duplamente. Possui regular vedação (Classe II – novas e limpas). Possui obturador estaticamente balanceado. Corpo reversível. É caro, mas a classe de vazamento também pode ser
melhorada usando obturador-sede soft-seat.
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Três Vias
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Válvula de Controle Globo Três Vias
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Três Vias
Características:
Adaptação para mistura ou separação de fluidos. Tipo convergente e divergente (Deslocamento da haste define
a proporção dos fluidos) Diâmetros: ¾” a 8” (convergente) e ¾” a 12” (divergente). Extremidades: rosqueada (até 2”), flangeada e soldada. Guiado duplamente (superior e anel sede).
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V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Gaiola
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Gaiola
Características:
Facilidade de montagem e alta estabilidade. Capacidade de vazão superior Não reversível porém o fluido de fundo pode ser drenado por
um tampão inferior. Classe de estanqueidade IV (simples ou com assento
diferenciado) ou III (balanceada). Diâmetros: ½” a 6” (simples), ¾” a 16” (balanceada). Classe de pressão: 150 a 600 lb
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Gaiola
Características:
Sede simples, Balanceada e de Baixo Ruído.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Gaiola
Características:
Sede simples, Balanceada e de Baixo Ruído.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Angular
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Globo Angular
Características:
Possuem as mesmas características das válvulas globo,exceto na configuração do corpo, onde as conexões de entradae saída estão dispostas a 90° entre si.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Diafragma ou Saunders
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Diafragma ou Saunders
Características:
Fluidos corrosivos, com sólidos em suspensão e viscosos. Baixo custo e facilidade de manutenção. Não apresenta boas características de controle. Total estanqueidade. Diâmetros: ½” a 6”. Classe de pressão: 125 a 150 lb Limitação pela temperatura do fluido.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Bipartida
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Bipartida
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Válvula de Controle Bipartida
Características: Fluidos altamente corrosivos. Facilidade de manutenção para troca de internos. Flanges tipo encaixe soldados ao corpo da válvula. Guiado simples ou duplamente. Não pode ser soldada à tubulação. Classe de vazamento: IV sem balanceamento hidrodinâmico. Diâmetros: ½” a 12”. Classe de pressão: 150 a 1.500 lb
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Internos
O conjunto dos internos da válvula consiste das partesinternas removíveis e que entram em contato com ofluido de processo. Obturador Anel Sede Conjunto de guias Gaiola (no caso das válvulas tipo gaiola)
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Internos
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Internos
Além disso, são responsáveis pela estanqueidade daválvula quando totalmente fechada e determinam acaracterística de vazão da válvula.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Castelo
Geralmente está separado do corpo da válvula, sendoremovido para dar acesso as partes internas da mesma.
Passagem da haste do obturador de válvula podendoconter elementos de guia
Possui um meio para produzir selagem contravazamento através da haste e um meio para montagemdo atuador.
Sendo uma peça sujeita à pressão do fluido, tem desatisfazer aos mesmos requisitos de projeto que o corpo.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Castelo
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Castelo
Montagem flangeada ou rosqueada (pequenosdiâmetros).
Tipos: Normal: aplicações comuns (Tfluido: -18ºC e 232ºC) Longo: (Tfluido: -45ºC e 540ºC) Extra-longo: Temperaturas criogênicas (T
fluido
: -100ºC e 45ºC) Com fole de selagem: radioativos, tóxicos ou explosivos (é
necessário maior força de atuação)
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Castelo
Gaxetas (elásticas, proporcionarem pouco atrito eresistirem a pressão, temperatura e corrosão do fluidode processo) Teflon (TFE): Não necessita lubrificação Amianto impregnado: Lubrificação opcional Grafoil: Necessita lubrificação
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Flange Inferior
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Flange Inferior
Válvulas de corpo reversível (montagem dos internospor cima ou por baixo)
Guia inferior Drenagem de fluidos e sedimentos Limitação mecânica do curso da haste
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Guias
Alinhamento do Obturador com o Anel-sede
Controle vibracional lateral Absorver forças laterais geradas pela queda de pressão Tipos:
Topo e fundo
Gaiola Sede
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. LINEAR
Guias
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V ÁLVULAS DE DESLOCAMENTO ROTATIVO
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula de Deslocamento Rotativo da Haste
Porque usar? Solução mais econômica Fluido sujo com potencial para obstrução por sólidos em
suspensão Mais compactas e com menor peso Melhor sistema de vedação do eixo
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Borboleta
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Borboleta
Características: Simplicidade Baixo custo Pouco peso Menor espaço de instalação Razoável característica de vazão Com corpo revestido oferece vedação estanque numa faixa de
temperatura e pressão.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Borboleta
Ligação: Soldada: excelente vedação mas péssima manutenção (Socket
weld e Butt weld) Flangeada: tipo “wafer” (2” a 24”) ou com flanges próprias,
facilmente removidas da tubulação. Rosqueada: pequenos diâmetros, mais econômicas. Possui
difícil manutenção e vazamentos.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Borboleta
Ligação Flngeada Tipo “wafer”
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Borboleta
Torque aplicado pelo fluido
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Esfera
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Esfera
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Esfera
Obturador esférico
Alia estanqueidade (dupla sede) e bom desempenho decontrole (antes era usada apenas em controle ON-OFF) Válvula não balanceada com alta tendência de cavitação
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Esfera
Tipos de esfera: Passagem integral: auto-limpante Passagem reduzida: minimiza efeitos de cavitação e vibrações
(redução de até 40% do fluxo)
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Esfera
Tipos de esfera:
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Segmento de Esfera
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Segmento de Esfera
Características: Detalhe em “V” que garante precisão de controle Possui única sede em contato direto com o obturador Auto-limpante Fixação que garante menor influência das oscilações da
variável de processo.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula de Obturador Excêntrico
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – DESL. ROTATIVO
Válvula Segmento de Obturador Excêntrico
Mesmas características da válvula de segmento deesfera mas o obturador não fica em contato direto com asede.
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C ARACTERÍSTICAS DE V AZÃO
Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de Engenharia Mecânica
ENG 233 – Instrumentação e Controle
Fabiano Borges
(71) 8137-1416
E-mail: [email protected]
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Característica de Vazão
O deslocamento do obturador de uma válvula em relaçãoà sede, produz uma área de passagem que possui umarelação característica entre a fração do curso da haste ea correspondente vazão que escoa através do orifício depassagem, relação denominada de “característica devazão da válvula”.
Os valores teóricos são obtidos sob condição de pressãodiferencial constante, o que na prática não ocorre e fazcom que a vazão real seja diferente pois ela depende dovalor da pressão diferencial.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Característica de Vazão
Característica inerente ou intrínseca: Relação existente entre a vazão que escoa através de uma
válvula e a correspondente variação percentual do curso,quando é mantido constante a pressão diferencial através daválvula.
Constatada através de teste em laboratório especial erepresentada através de gráficos específicos. Sua obtenção éconseguida pela caracterização geométrica do obturador daválvula ou pelo formato da janela da gaiola e pode ser do tipoabertura rápida, linear, igual porcentagem ou parabólicamodificada.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Característica de Vazão
Característica efetiva ou instalada: É definida como sendo a característica real de vazão que a
válvula oferece quando instalada no processo e portantosujeita às condições reais de operação onde a pressãodiferencial não é mantida constante.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Abertura Rápida (Quick opening) 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 atotalidade da vazão nominal com apenas uma abertura de25% do curso total.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Abertura Rápida Ganho inicial alto. Ganho final baixo. Controle ON-OFF.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Linear Assim, a vazão varia do valor mínimo ao máximo de forma
proporcional à posição da haste da válvula e portanto suaforma gráfica é de uma reta de declive unitário e constanteem qualquer ponto do seu curso, produzindo um ganhoconstante.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Linear Ganho constante. Melhor controle modulado. Difícil de encontrar.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Igual Porcentagem Acréscimos iguais no curso da haste produzem porcentagens
iguais ao acréscimo em relação à vazão do momento (Nãocomeça no ponto de vazão igual a zero).
Q0: Vazão inicial x: Curso
x
x
máx
mín
máx
eQQ.
log
0.
.
.
.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Igual Porcentagem Essa curva característica foi introduzida para compensar o
ganho de sistemas não lineares, porém após sua introduçãoconstatou-se sua eficácia na compensação de variações daqueda de pressão que ocorrem nas válvulas de controleinstalada.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Igual Porcentagem Ganho crescente.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Parabólica Modificada 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.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Inerente
Parabólica Modificada Ganho crescente.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Instalada
Instalada a válvula de controle no processo, a suacaracterística de vazão inerente sofre profundas
alterações. O grau de alterações depende do processo emfunção do tipo de instalação, resistências relativas aofluido, etc. Linear tende a abertura rápida.
Igual porcentagem e parabólica modificada tendem a linear
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Instalada
21 L LV
V
R
PPP
PP
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE
Curvas Características de Vazão Instalada
21 L LV
V
R
PPP
PP
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A TUADORES
Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de Engenharia Mecânica
ENG 233 – Instrumentação e Controle
Fabiano Borges
(71) 8137-1416
E-mail: [email protected]
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
O atuador em si, é um dispositivo que em resposta aosinal enviado pelo controlador, produz a força motriznecessária para movimentar o elemento vedante daválvula de controle.
O atuador utilizado em aplicações de controle modulado,baseado no meio de produção de sua força motriz,classifica-se basicamente em cinco principais tipos: Pneumático à mola ou diafragma
Pneumático à pistão Elétrico Eletro-hidrlico Hidráulico
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Pneumático tipo Mola-Diafragma
Este tipo de atuador utiliza um diafragma flexível, sobreo qual age uma pressão de carga variável em oposição à
força produzida por uma mola. O diafragma é alojado entre dois tampos, formando duas
câmaras, uma das quais totalmente estanque, por ondeentra o sinal da pressão de carga.
A força motriz é obtida pelo produto da pressão decarga, que é o sinal proveniente do controlador ou doposicionador, pela área útil do diafragma.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Pneumático tipo Mola-Diafragma
O atuador mola e diafragma pode ter dois modos deação, dependendo da posição de segurança requerida
pelo processo na falha ou falta da pressão de carga:
Ação Direta: onde o aumento da pressão de carga sobre odiafragma empurra a haste para baixo, enquanto a mola
força a haste para cima. Ação Reversa: onde o aumento da pressão de carga sobre o
diafragma puxa a haste para cima, enquanto a mola força ahaste para baixo.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Pneumático tipo Mola-Diafragma
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Pneumático tipo Mola-Diafragma
Definição de Posição de Segurança por Falha
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Pneumático tipo Mola-Diafragma
Vantagens: Custo baixo Simplicidade Ação de falha segura inerente Baixa pressão de suprimento Fácil manutenção
Desvantagens: Grande Pesada
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Pneumático tipo Pistão
Como no tipo mola-diafragma substituindo o diafragmapor um pistão.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Pneumático tipo Pistão
Ação simples (com modo de falha) ou dupla (sem modode falha).
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Pneumático tipo Pistão
Vantagens: Alto torque Leve Atuação rápida Adaptável para altas temperaturas Alta rigidez
Desvantagens: Alto custo Necessita de acessório para ação em caso de falha Requer suprimento de alta pressão
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Elétrico
Os atuadores elétricos consistem de um motor com umconjunto de engrenagens, que disponibiliza uma elevada
faixa de torque de saída, para operação tanto deválvulas com deslocamento linear quanto aquelas dedeslocamento rotativo.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Elétrico
Vantagens Compacticidade Aptidão pata aplicações remotas
Desvantagens Alto custo Falta de posição de segurança por falha Resposta lenta
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Eletro-hidráulico
Funcionamento tipo bico-palheta com a movimentaçãoda palheta através de bobina imantada e óleo como
fluido de alimentação.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Eletro-hidráulico
Vantagens Capacidade de altíssimo torque Ótima rigidez construtiva Resposta rápida
Desvantagens Alto custo Complexidade Grande peso e tamanho Posição de segurança por falha requer acessórios
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ATUADORES
Atuador Manual
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A CESSÓRIOS
Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de Engenharia Mecânica
ENG 233 – Instrumentação e Controle
Fabiano Borges
(71) 8137-1416
E-mail: [email protected]
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
São todos os dispositivos que são utilizados em válvulaspara se obter determinadas adaptações ao sistema decontrole utilizado ou sofisticações quanto dos mesmos.
Os principais tipos de acessórios utilizados são: Posicionador Filtro/ Regulador de pressão Transdutor I/P Válvula solenóide
Chave limite (fim de curso) Booster Transmissor de posição da haste Volante
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Posicionador
Dispositivo que transmite pressão de carga para oatuador, permitindo posicionar a haste da válvula no
valor exato determinado pelo sinal de controle. É usado quando seu tempo de resposta adicionado ao
tempo de posicionamento da haste é menor que o tempode atuação requerido pelo processo.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Posicionador
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Posicionador
Em resumo: Garante a posição da haste da válvula Melhora o tempo de resposta da malha de controle Supera a fricção dos elementos vedantes da haste Auxilia na vedação do conjunto sede-obturador Controle Split Range Evitar o uso em malhas de variáveis rápidas (vazão)
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Posicionador
Pneumático Eletro-pneumático Inteligente
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Posicionador
Pneumático Eletro-pneumático Inteligente
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Posicionador
Pneumático Eletro-pneumático Inteligente
Auto-diagnóstico Pode contar com realimentação magnética ao invés de
mecânica Banco de dados Medição de atrito Velocidade de curso e monitoramento de tempo de resposta Histórico de configuração e calibração
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Booster
Serve para diminuir o tempo de resposta de umaválvula inserida numa malha de controle através da
multiplicação do volume de ar que é inserido na câmarada válvula ou da pressão da mesma.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Válvula Solenóide
Serve para auxiliar uma malha de controle ON-OFF ouem casos de desativação da válvula em caso de falha do
sistema de segurança no qual está inserida.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Válvula Solenóide
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Válvula Solenóide
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Filtro regulador de ar
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Volante
No caso de válvulas de deslocamento rotativo o volantese configura como um componente e não como um
acessório. No caso de válvulas de deslocamento linear o volante
pode ser instalado no topo ou na lateral.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – ACESSÓRIOS
Volante
Universidade Federal da Bahia
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PROBLEMAS
Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de Engenharia Mecânica
ENG 233 – Instrumentação e Controle
Fabiano Borges
(71) 8137-1416
E-mail: [email protected]
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
De acordo com o Teorema de Bernoulli, quando o fluidoé acelerado ao passar pela sede da válvula, a energiacinética será obtida pela conversão da pressão estáticaem pressão dinâmica, resultando daí uma pressão
diferencial, já que a perda da pressão estática não érecuperável.
A velocidade alcança o seu valor máximo no ponto
conhecido por“
vena contracta”
e, portanto, é nesse pontoque a pressão estática será mínima.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
Caso a pressão do ponto de “ vena contracta” estiveracima do ponto de pressão de vaporização do líquido, ofluxo de fluido segue o caminho normal.
Para uma determinada pressão à jusante (P2), a pressãona “ vena contracta” (PVC), alcança a pressão devaporização (P V) do líquido. Nesse ponto inicia-seteoricamente a vaporização do líquido, formando-se o
que chamamos de cavidades ou bolhas.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
Na realidade, o início da formação desta vaporizaçãocomeça um pouco antes de atingirmos a pressão devaporização do líquido em virtude, de sempre termos
junto ao líquido gases dissolvidos, os quais começam a
desprender-se do líquido formando as cavidades oubolhas. Esse ponto denomina-se de cavitação incipiente.
Após o surgimento das primeiras bolhas de vapor, o
aumento da vazão não é mais obtido de formaproporcional ao aumento da queda de pressão atravésda válvula.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
Vazão Bloqueada (Chocked Flow):
Para decréscimos de P2, haverá uma maior vazão na válvulacomo conseqüência do maior diferencial de pressão formado.
Haverá uma pressão a jusante onde, abaixo deste valor, nãohaverá acréscimo de vazão devido a fatores geométricos,contribuindo somente para a formação de maiores bolhas devapor.
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ENG233 – INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
Cavitação:
As bolhas de vapor após a passagem pelo ponto de “ vena
contracta” e em função da recuperação de pressão na parte
referente à saída da válvula, atingem a uma pressão interiorcontidas nas bolhas de vapor, e estas implodirão liberandoenormes tensões que são responsáveis pelos efeitos dedestruição na válvula e na tubulação à jusante dela, além deproduzir ruído e vibração.
A formação das bolhas (1º estágio), e o colapso das mesmas(2º estágio) é um fenômeno conhecido por cavitação, que devesempre que possível ser evitado.
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V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
Cavitação:
O seu início e a sua extensão são afetados por diversosfatores, tais como: Geometria interna da válvula Pressão de vaporização do líquido e velocidade do fluxo Tensão superficial, densidade e viscosidade do fluido Quantidade de gás dissolvido no líquido e os minúsculos núcleos
sólidos no interior do líquido.
No processo da cavitação o líquido não se vaporizatotalmente, pois, diante de diversas experiências realizadas,demonstrou-se, que o líquido consegue permanecer duranteum pequeno tempo como líquido em estado desuperaquecimento.
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V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
Flashing:
A medida que a pressão P2 vai baixando, vai alterando ogradiente da recuperação da pressão.
A partir de um determinado ponto, onde P2 < P V, deixa deexistir o fenômeno da cavitação como um todo, permanecendoapenas o efeito do primeiro estágio dela, ou seja, a formaçãode vapor e o escoamento à jusante da válvula de um fluxodenominado comumente por “ flashing ” , onde existirá uma
mistura de fases, isto é, líquido-vapor, que constitui-se numadas partes menos pesquisadas na área do dimensionamentode válvulas de controle.
Á
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V ÁLVULA DE CONTROLE – PROBLEMAS
Flashing e Cavitação:
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