José Carlos Costa Pinto - api.ning.comapi.ning.com/files/wxa5Bnc76*QCyWeDkgex2aru2YuJzRvLCUJ8lg7stSOrkd6... · nAfeta dinâmicamente o ganho da malha de controle nÉ o elemento mais

VVáálvula de controlelvula de controle

JosJoséé Carlos Costa PintoCarlos Costa Pinto

ImportImportâânciancia dda a ValvulaValvula de Controlde Controleenn Parte dParte do o sistemasistema de de instrumentainstrumentaççãoãonn Parte dParte do o sistemasistema de tubde tubulaulaççãoãonn AfetaAfeta dinâmicamentedinâmicamente o ganho da malha de controleo ganho da malha de controlenn ÉÉ o elemento mais caro da malhao elemento mais caro da malhann ManipulaManipula a a energenergííaa ddo o proceprocessso, consso, consoome me pepeçças de as de

reposireposiççãoãonn Toda a Toda a inteliginteligêênciancia ddo o sistemasistema de controlde controlee éé levada ao levada ao

proceprocessso so atravesatraves deladela. . ConseConsequentemente quentemente afetaafeta a a produtividadprodutividadee ddoo proceprocesssoso

nn PorPor ttuudo do isisto to éé gegeralmralmenteente o o elementoelemento mmais ais difdifíícilcil de de especificarespecificar




Termos,

Tipos e

Parâmetros de Seleção

CLASSIFICACLASSIFICAÇÇÃO DA VÃO DA VÁÁLVULA LVULA SEGUNDO SEU PRINCSEGUNDO SEU PRINCÍÍPIO DE PIO DE

ACIONAMENTOACIONAMENTO

nn ManualManualA operaA operaçção da abertura e fechamento a ser realizada ão da abertura e fechamento a ser realizada éé feita feita

pelo homem.pelo homem.nn AutoAuto--reguladorareguladora

A operaA operaçção de abertura e fechamento ão de abertura e fechamento éé realizada utilizando a realizada utilizando a energia contida no fluido.energia contida no fluido.

nn Controle Controle UtilizaUtiliza--se uma forse uma forçça auxiliar para operaa auxiliar para operaçção e, o ão e, o acionamento acionamento éé feito de acordo com os sinais feito de acordo com os sinais provenientes dos controladores provenientes dos controladores


AAs s vváálvulaslvulas de controlde controlee se se pareceparecem no m no papelpapel, , mas mas existeexistemm grandesgrandes diferendiferençças as entreentre elaselas


Componentes de uma vComponentes de uma váálvula de lvula de controlecontrole

nn AtuadorAtuadornn Corpo e internosCorpo e internosnn Castelo e Castelo e engaxetamentoengaxetamento


Control Valve

Actuator

Valve Body Assembly

Valve Bonnet

Valve Body

A3899

Figure 1-1. Control Valve Assembly

Corpo

Atuador

O 3o elemento sãoos acessórios.Entre eles os maisimportantes são osPOSICIONADORES.

AtuadoresAtuadores

nn PneumPneumáático tico àà mola ou diafragma;mola ou diafragma;nn PneumPneumáático tico àà pistão;pistão;nn ElEléétrico;trico;nn ElEléétricotrico--hidrahidraúúlicoliconn HidrHidrááulico ulico nn ManuaisManuais

AtuadoresAtuadoresnn Componente da vComponente da váálvula que recebe o sinal de controle e o lvula que recebe o sinal de controle e o

converte em abertura modulada da vconverte em abertura modulada da váálvula lvula nn A atuaA atuaçção da vão da váálvula pode serlvula pode ser

nn 1. manual1. manualnn 2. autom2. automááticatica

nn O atuador pode ser classificado, dependendo do tipo do O atuador pode ser classificado, dependendo do tipo do dispositivo mdispositivo móóvel,Comovel,Comonn 1. linear1. linearnn 2. rotativo.2. rotativo.

nn Outra classificaOutra classificaçção ão úútil do atuador til do atuador éé quanto quanto àà fonte de potência, fonte de potência, que pode serque pode sernn 1. pneum1. pneumáática,tica,nn 2. el2. eléétricatricann 3. hidr3. hidrááulica ulica

AtuadoresAtuadores


n Operação Manual ou Automátican A atuação manual pode ser local ou remota.n A atuação local pode ser feita diretamente por

volante, engrenagem, corrente mecânica ou alavanca.

n A atuação manual remota pode ser feita pela geração de um sinal elétrico ou pneumático, válvula.


n Atuação automática significa sem a intervenção direta do operador, o que pode ser conseguido com os seguintes acessórios;

n 1. atuador pneumático ou hidráulico para operação continua ou de liga-desliga,

n 2. solenóide elétrica para operação de liga-desliga,n 3. motor elétrico para operação continua ou de liga-

desliga.

Atuador Pneumático

n Constituído de um diafragma ou pistão, é o mais usado. Independente do tipo, o princípio de operação éo mesmo.

n Responsável pela conversão do sinal pneumático padrão do controlador em força-movimento-aberturada válvula.

n O diafragma recebe sinal do controlador pneumático e o converte numa força que irá movimentar a haste da válvula.

Atuadores PneumAtuadores Pneumááticotico


n A função do diafragma éa de converter o sinal de pressão em uma força

n A função da mola é a de retornar o sistema àposição original, totalmente aberta ou fechada

n Válvula globo com movimento linear (haste)


n O sinal de controle se opõe á força da mola e deve superar ;

n 1. a força da mola,n 2. a força apresentada pelo fluido do processo,n 3. os atritos existentes entre a haste e o

engaxetamento.


nn ForForçças atuantes em uma vas atuantes em uma váálvula de controlelvula de controle

Forças atuantes na válvula

PosiPosiçção de falha do atuadorão de falha do atuador

AAçção do Ar ão do Ar –– VVáálvulas NA / NFlvulas NA / NF

nn Atuador de aAtuador de açção direta : vão direta : váálvulas lvulas normalmente abertasnormalmente abertas

nn Atuador de aAtuador de açção reversa : vão reversa : váálvulas lvulas normalmente fechadasnormalmente fechadas

nn Molas calibradas: normalmente Molas calibradas: normalmente faixa 3 a 15 faixa 3 a 15 psigpsig ou 6 a 30 ou 6 a 30 psigpsig..

nn PressãoPressão de de alimentaalimentaççãoão: 20 : 20 ouou 35 35 psigpsig..

Ação Direta

Ação Reversa


n O atuador pneumático deve satisfazer basicamente as seguintes exigências:

n 1. operar com o sinal de 20 a 100 kPa (3 a 15 psig),n 2. operar sem posicionador,n 3. ter uma ação de falha segura quando houver

problema no sinal de atuação,n 4. ter um mínimo de histerese, n 5. ter potência suficiente para agir contra as forças

desbalanceadas,n 6. ser reversível.


n Ação do Atuador

n 1. ar para abrir - mola para fechar,n 2. ar para fechar - mola para abrir,n 3. ar para abrir – ar para fechar. ( Pouco

utilizado)


n Certas aplicações exigem um válvula controle com um diafragma especial,modo que a falta o ar de suprimento ao atuador faca a válvula se manter na última posição de abertura; tem-se a falha-últimaposição.


n Escolha da Açãon O que a válvula deve fazer, quando faltar o

suprimento da alimentação?

1. falha-fechada (FC - fail close),2. falha-aberta (FO - fail open),3. falha-indeterminada (FI – fail indetermined),4. falha-última-posição (FL - fail last position).


n Posição da válvula no caso de falha no atuador depende ,n Forças do fluido do processo atuando no interior da

válvula n Construção da válvula.

1. vazão-para-abrir (FTO - flow to open),2. vazão-para-fechar (FTC - flow to close),3. ficar na última posição ( Last position)

Simbologia VSimbologia Váálvula de Controlelvula de Controle


n Mudança da Ação

n 1. Troca da posição do atuador,n 2. Alteração do obturador + sede da válvula.n 3. Alteração do modo de controle, no próprio

controlador.


n Dimensionamento do Atuador

n O diafragma deve ter área suficiente para permitir o fechamento contra a pressão da linha e uma mola com elasticidade suficiente para posicionar o obturador da válvula.


n Efetivamente o tamanho do atuador depende de,n 1. pressão estática do processo,n 2. curso da haste da válvula,n 3. deslocamento da mola do atuador n 4. sede da válvula.

Ao atuadores são dimensionados pelos fabricantes das válvulas

Atuador PneumAtuador Pneumáático a Pistãotico a Pistão

nn PrincPrincíípio de funcionamento idêntico ao tipo mola e pio de funcionamento idêntico ao tipo mola e diafragma, a diafragma, a úúnica diferennica diferençça a éé a troca do diafragma por a troca do diafragma por um pistãoum pistão

nn Existem dois tipos bExistem dois tipos báásico de atuadores sico de atuadores àà pistão:pistão:nn ATUADOR ATUADOR ÀÀ PISTÃO COM DESLOCAMENTO PISTÃO COM DESLOCAMENTO

LINEARLINEAR

nn ATUADOR ATUADOR ÀÀ PISTÃO COM DESLOCAMENTO PISTÃO COM DESLOCAMENTO ROTATIVOROTATIVO

Atuador PneumAtuador Pneumáático tico àà PistãoPistão

Atuador PneumAtuador Pneumáático a Pistãotico a Pistão

Atuador PneumAtuador Pneumáático a pistãotico a pistão

nn Utilizado para Utilizado para vváálvulas lvulas onon offoff ¼¼voltavolta

nn Pode ser adaptado Pode ser adaptado fim de curso e fim de curso e sinalizasinalizaçção de ão de posiposiççãoão




Atuador PneumAtuador Pneumáático tico àà pistão com pistão com cilindro cilindro busterbuster

Atuador ElAtuador Eléétricotrico

nn Quando Quando éé requerido torque requerido torque elevadoelevado

nn AplicaAplicaçções em adutoras, ões em adutoras, oleodutos, grandes distância oleodutos, grandes distância

nn Algumas aplicaAlgumas aplicaçções em controles ões em controles modulantesmodulantes

nn Bastante utilizado com interligaBastante utilizado com interligaçção ão em redeem rede



Atuador Atuador ElEléétricotrico--hidrahidraúúlicolico

nn Ideal para locais Ideal para locais isolados onde não isolados onde não existe suprimentos existe suprimentos de ar de instrumentode ar de instrumento

ComparaComparaçção entre atuadoresão entre atuadores

Atuadores manuaisAtuadores manuais

Atuadores manuaisAtuadores manuais

nn Para vPara váários diâmetros rios diâmetros de vde váálvulas globo e lvulas globo e rotativasrotativas

nn Possibilidade de ter Possibilidade de ter indicaindicaçção local atravão local atravéés s de dialde dial

nn Mais barato do que Mais barato do que os automos automááticosticos

Corpo e InternoCorpo e Interno

n O corpo ou carcaça é a parte da válvula que é ligada àtubulação

n Contem o orifício variável da passagem do fluido. n Pode ter uma ou duas sedes, onde se assenta o plug

(obturador), que está na extremidade da haste.n A posição relativa entre o obturador e a sede,determina

o valor da vazão do fluido que passa pelo corpo da válvula.


n Estão inclusos no corpo das válvulas;n A sede,n O obturador,n haste, guia da haste,engaxetamento e selagem de

vedação.

Chama-se TRIM todas as partes da válvulaque estão em contato com o fluido doprocesso ou partes molhadas, exceto ocorpo, castelo, flanges e gaxetas.


n A seleção do trim esta relacionado com;

n 1. abertura, fechamento e modulação da vazãon 2. característica da válvula (relação entre a abertura e

a vazão que passa através da válvula)n 3. capacidade de vazão (Cv) da válvula n 4. fatores para minimizar os efeitos da erosão,

cavitação, flacheamento (flashing) e corrosão.

ClassificaClassificaçção das Vão das Váálvulas lvulas Conforme Tipo do CorpoConforme Tipo do Corpo

nn Deslocamento linearDeslocamento linear

nn Globo ConvencionalGlobo Convencionalnn Globo Três viasGlobo Três viasnn Globo GaiolaGlobo Gaiolann Globo AngularGlobo Angularnn DiafragmaDiafragmann Bi partidoBi partidonn GuilhotinaGuilhotina

ClassificaClassificaçção das Vão das Váálvulas lvulas Conforme Tipo do CorpoConforme Tipo do Corpo

nn De deslocamento rotativoDe deslocamento rotativo

nn Borboleta;Borboleta;nn Esfera;Esfera;nn Obturador Excêntrico;Obturador Excêntrico;nn Segmento de Esfera.Segmento de Esfera.

VVáálvula Globolvula Globo

n A válvula globo é assim chamada porque possui um corpo com cavidade esférica (globo),

n Pode ser com sede simples ou dupla,n Ter obturador guiado pela haste ou pela gaiola n A modulação da vazão é conseguido por ou

plug que é movido por uma haste contra a sede



n O interior do corpo da válvula globo de sede simples ou sede dupla

n Sede simples oferece somente uma passagem do fluido pela sede .

n Válvula com sede simples é muito mais usada que a de sede dupla,

VVáálvula Globo Sede Simpleslvula Globo Sede Simples

n VantagensDisponibilidade de grande variedade de configurações,

inclusive trims especiais Melhor capacidade de vedaçãoMenos susceptível à vibração devida à massa reduzida

do plugMaior facilidade de manutenção

VVáálvula Globo Sede Simpleslvula Globo Sede Simples

n Desvantagem

n Requer maior força de atuação e maior atuador

VVáálvula globo com sede simpleslvula globo com sede simples

VVáálvula globo com sede simpleslvula globo com sede simples

n Alternativa para guia do Plug

n Hasten Topon Pelo topo e pelo fundo (pouco usado)

GuiaMeio através do qual o plug é alinhado com a sede e mantido estável através de seu movimento. O guia é mantido rigidamente no corpo ou no castelo

VVáálvula globo com sede duplalvula globo com sede dupla

nn Guiada no topo e no Guiada no topo e no fundofundo

nn Corpo reversCorpo reversíívelvelnn Por ser balanceada Por ser balanceada

requer atuador requer atuador pequenopequeno

nn Baixa Baixa estanqueidadeestanqueidade, , classe IIclasse II

VVáálvula Globo Tipo Gaiolalvula Globo Tipo Gaiola

n A mais utilizada hoje na indústria. n As principais vantagens são:n Facilidade de Manutençãon Grande flexibilidade de alterar o plug, permitindo

resolver problemas de cavitação e ruído.n Grande robustez n A gaiola pode ser utilizada para guiar o plug, n A gaiola possui aberturas que determinam a

característica de vazão da válvula

Corpo e internosCorpo e internosVVáálvula globo interno tipo gaiola ,não lvula globo interno tipo gaiola ,não

balanceadabalanceada

VVáálvula Globo lvula Globo –– Internos Internos BalanceadosBalanceados

nn ObturadorObturador balanceadobalanceadonn MinimizaMinimiza ForForççasas ResultantesResultantesnn CondiCondiççõesões estestááticatica e e dinâmicasdinâmicas

nn DiâmetroDiâmetro de haste de haste menormenornn MenorMenor atritoatrito com com gaxetasgaxetas

nn MenorMenor tamanhotamanho de de atuadoratuadornn ReduzReduz forforççaa necessnecessááriaria

nn Alta Alta perdaperda de de cargacargann EstabilidadeEstabilidade de de controlecontrolenn OperaOperaççãoão suavesuavePP11 –– PressãoPressão de de

entradaentrada

PP22 ––PressãoPressão de de saidasaida

PP11 –– ressãoressãode de entradaentrada

OrificiosOrificiosde de balanceabalanceamentomento,,

VVáálvula Globo Sede Duplalvula Globo Sede Dupla

P1 P2


VVáálvula globolvula globo

CorpoCorpo -- ValvulaValvula GloboGlobo

Packing Flange

Valve Plug Stem*

Actuator Yoke Locknut

Packing Box

Valve Plug*

Cage*

Seat Ring Gasket

Seat Ring*

Packing Flange Nut

Bonnet

Gaskets

Valve Body

Packing

essolid

*Valve Trim Components

Figure 1-2. Sliding Stem Control Valve Components

VVáálvula globo de três viaslvula globo de três vias

nn Pode ser convergente Pode ser convergente ou divergenteou divergente

nn adaptaadaptaçção das ão das vváálvulas globo lvulas globo convencionais, para convencionais, para utilizautilizaçção em ão em aplicaaplicaçções de mistura ões de mistura ou separaou separaçção de ão de fluidos fluidos

nn Vazamento classe IIVazamento classe II

VVáálvula três viaslvula três vias

VVáálvula globo sede simples guiada lvula globo sede simples guiada no topono topo

nn Bastante utilizadaBastante utilizadann Empregada para Empregada para

flufluíídos limposdos limposnn Vazamento menor Vazamento menor

do que as de sede do que as de sede dupla dupla

VVáálvula angularlvula angular

nn Comumente utilizada Comumente utilizada em em áágua de alimentagua de alimentaçção ão de caldeirade caldeira

nn Em serviEm serviçços onde os os onde os espaespaçços são restritos e a os são restritos e a vváálvula pode ser utilizada lvula pode ser utilizada com curvacom curva

nn Para altas perdas de Para altas perdas de cargacarga


n Vantagensn Simplicidade do atuador mola diafragma –n Disponibilidade de variedade de características

de vazãon Disponibilidade de materiais diferentes para

atender aplicações com erosão, corrosão, altas temperaturas e altas pressões

n Relação linear entre sinal de controle e o movimento da haste


n Desvantagensn Maior custon Menor capacidade de vazão, para o mesmo

diâmetro do corpon Maior probabilidade de vazamentos para o

exterior.

n Coking servicen b. Solids carried in suspensionn c. Severe flashing servicesn d. Bottoms servicen e. Drainsn f. Cavitating servicesn g. High pressure drops

VVáálvula borboleta com atuador tipo lvula borboleta com atuador tipo pinhão cremalheirapinhão cremalheira

nn Corpo tipo anel circular, Corpo tipo anel circular, nn A sede A sede éé a pra próópria pria

parede interna do corpo. parede interna do corpo. nn O seu corpo na maioria O seu corpo na maioria

dos desenhos dos desenhos éé sem sem flange ,conhecido tipo flange ,conhecido tipo ““waferwafer””,,

VVáálvula borboleta disco excêntricolvula borboleta disco excêntrico

VVáálvula lvula plugplug excêntrico rotativoexcêntrico rotativo

n Requer baixo torque n O centro do eixo é deslocado para obter um bom

contato no fechamento. n A porção da sede do plug tem a forma de um segmento

esférico que é girado de 50º para a abertura máximan Característica linear. n A sua capacidade está entre a capacidade da válvula de

sede dupla e a borboleta de alto desempenho.



VVáálvula Borboletalvula Borboleta

n Consiste de um disco ( borboleta), com aproximadamente o mesmo o diâmetro interno do corpo da válvula,

n A borboleta gira em torno de um eixo horizontal ou vertical, perpendicular à direção da vazão.

n Válvula aberta , Borboleta na posição paralela à direção da vazão,

n Válvula fechada Borboleta na posição perpendicular àdireção da vazão.

Formato da BorboletaFormato da Borboleta


VVáálvula borboleta com atuador lvula borboleta com atuador excêntrico.excêntrico.

nn DisponDisponíível de 2vel de 2”” atatéé 2424““, e , e atatéé 6060”” flangeadaflangeada

nn Revestimento interno com Revestimento interno com elastômeroelastômero

nn Assento Assento metal/metal;Metal/metal/metal;Metal/elastômeroelastômero

nn AplicaAplicaçção ão tighttight--shutshut--offoffnn Atuador pinhão cremalheira.Atuador pinhão cremalheira.

nn Utilizada para controle e Utilizada para controle e onon--offoff..

Atuador RotativoAtuador Rotativo

VVáálvulas borboletaslvulas borboletas

nn O torque aumenta rapidamente a O torque aumenta rapidamente a partir da abertura de 40partir da abertura de 40ºº alcanalcanççando ando um mum mááximo aproximadamente a 70ximo aproximadamente a 70ºº..

nn Restringir a utilizaRestringir a utilizaçção para controle ão para controle em cursos de 0 a 60em cursos de 0 a 60ºº de abertura, de abertura,

VVáálvulas borboletaslvulas borboletas--ForForçças atuantes as atuantes no atuadorno atuador

VVáálvulas borboletaslvulas borboletas


n Vantagens:

n Baixa perda de cargan Fornecer controle liga-desliga e contínuon Manipular grandes vazões de água, líquidos

contendo sólidos e gases sujos.


n Desvantagens

n A vedação da válvula borboleta é relativamente baixa, a não ser que seja usado selo especial..

n Requerem grandes forças de atuação e são geralmente limitadas à baixa pressão.

n Quando usam materiais elastoméricos na sede, há limitação de temperatura.

VVáálvula tipo diafragmalvula tipo diafragma

nn Utilizada no controle de Utilizada no controle de fluidos corrosivos, fluidos corrosivos, llííquidos altamente quidos altamente viscosos e lviscosos e lííquidos com quidos com ssóólidos em suspensãolidos em suspensão

nn baixo custobaixo custonn Boa Boa estanqueidadeestanqueidade

quando fechada, jquando fechada, jáá que o que o assento assento éé composto, composto,

nn facilidade de manutenfacilidade de manutençção ão

VVáálvula tipo diafragmalvula tipo diafragma

VVáálvula Esferalvula Esfera

n Possui um obturador esférico,n Quando o eixo de abertura coincide com o eixo

da vazão,tem-se a máxima vazão. n Quando o eixo da abertura é perpendicular à

tubulação,válvula está fechada.

VVáálvula Esferalvula Esfera

n Caracterização da esferan Corte em Vn Corte em Un Parabólica

Posições da válvula esfera caracterizada

Grande esfera e corpo arredondado criaum fluxo de passagem aerodinâmico

Assembly with ball at 50 degrees from closed.

Assembly wi th ba l l a t 90 deg rees f rom c losed .

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José Carlos Costa Pinto - api.ning.comapi.ning.com/files/wxa5Bnc76*QCyWeDkgex2aru2YuJzRvLCUJ8lg7stSOrkd6... · nAfeta dinâmicamente o ganho da malha de controle nÉ o elemento mais