josé carlos costa pinto -...
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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
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
VVáálvula de controlelvula de controle
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
VVáálvula de controlelvula de controle
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
VVáálvula de controlelvula de controle
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.
VVáálvula de controlelvula de controle
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.
VVáálvula de controlelvula de controle
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)
Atuadores PneumAtuadores Pneumááticotico
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.
VVáálvula de controlelvula de controle
nn ForForçças atuantes em uma vas atuantes em uma váálvula de controlelvula de controle
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
Atuadores PneumAtuadores Pneumááticotico
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.
Atuadores PneumAtuadores Pneumááticotico
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)
VVáálvula de controlelvula de controle
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.
VVáálvula de controlelvula de controle
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).
VVáálvula de controlelvula de controle
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)
VVáálvula 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.
VVáálvula de controlelvula de controle
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.
VVáálvula de controlelvula de controle
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 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 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
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.
Corpo e InternoCorpo e Interno
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.
Corpo e InternoCorpo e Interno
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
VVáálvula Globolvula Globo
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
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,,
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 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
VVáálvula Globolvula Globo
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
VVáálvula Globolvula Globo
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 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.
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..
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,
VVáálvula Borboletalvula Borboleta
n Vantagens:
n Baixa perda de cargan Fornecer controle liga-desliga e contínuon Manipular grandes vazões de água, líquidos
contendo sólidos e gases sujos.
VVáálvula Borboletalvula Borboleta
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 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.