slides instrumentacao valvulas

PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAO

INSTRUMENTAO - VLVULASTIC

BE

Sp

ScG

Spv

Eng. Marcelo Saraiva Coelho


INSTRUMENTAO - VLVULAS

Os tipos de vlvulas classificam-se em funo dos respectivos tipos de corpos, e portanto, quando estivermos falando de tipos de vlvulas deve-se subentender tipos de corpos. Uma vlvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: Corpo Atuador

TIPOS DE VLVULAS


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INSTRUMENTAO - VLVULASFUNCIONAMENTO DA VLVULA

Sinal de sada do regulador (3 psi)

Sinal de sada do regulador (15 psi)

Motor ou Atuador Diafragma Mola Haste Indicador Castelo Obturador Escape

Corpo

Sede

Vlvula Aberta

Vlvula FechadaEng. Marcelo Saraiva Coelho


INSTRUMENTAO - VLVULASABERTA (AFA) FECHADA (FFA)

POSIO DE FALHA DA VLVULA ATUADOR OBTURADOR (tipo de montagem)

DIRETO

INVERSO

INVERSO

DIRETO

POR CIMA

POR BAIXO

POR CIMA

POR BAIXO

POSIO DE SEGURANA POR FALHA

ESQUEMA


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INSTRUMENTAO - VLVULASCABEOTE MEMBRANA

ATUADOR Constitui-se no elemento responsvel em proporcionar a necessria fora motriz ao funcionamento da vlvula de controle. Sendo parte integrante do sistema de controle, deve proporcionar vlvula meios de operacionalidade estveis e suaves, contra a ao varivel das foras dinmicas e estticas originadas na vlvula atravs da ao do fludo de processo. Instrumentao Dependendo basicamente do meio de produo da fora motriz, o atuador utilizado emaplicaes de controle modulado, classifica-se em cinco tipos principais: Pneumtico mola e diafragma; Pneumtico a pisto; Eltrico; Eltrico-hidrulico e Hidrulico.

PRATO MOLA

CORPO




VANTAGENS Baixo custo Simplicidade Posio de segurana por falha inerente Necessidade de baixa presso de ar de suprimento Ajustabilidade Facilidade de manuteno Capacidade de operao sem a necessidade do uso de posicionador Resposta rpida Seguro em aplicaes eletricamente perigosas DESVANTAGENS Torques limitados Limitao quanto temperatura Inflexibilidade para alteraes das condies de servio

ATUADOR TIPO PNEUMTICO MOLA E DIAFRAGMA


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VANTAGENS Compacticidade Aptido para aplicaes remotas DESVANTAGENS Alto custo Falta de posio de segurana por falha Habilidade limitada para sistemas de controle modulado Resposta lenta Falta de ajustabilidade

ATUADOR TIPO ELTRICO




VANTAGENS Capacidade de torque elevado Compacticidade Menor peso Adaptabilidade s altas temperaturas do meio ambiente Adaptabilidade s variaes dos requisitos de torque da vlvula Resposta rpida Seguro em aplicaes eletricamente perigosas DESVANTAGENS Posio de segurana por falha, requer acessrios opcionais Necessidade do uso do posicionador para aplicaes em controle modulado Maior custo que o atuador tipo mola e diafragma Necessidade de alta presso de ar de suprimento Eng. Marcelo Saraiva Coelho

ATUADOR TIPO PNEUMTICO PISTO

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VLVULA DE DESLOCAMENTO LINEARDefine-se por vlvula de deslocamento linear, a vlvula na qual a pea mvel vedante descreve, um movimento retilneo, acionada por uma haste deslizante. Para cada tipo de processo ou fludo sempre temos pelo menos um tipo de vlvula que satisfaa os requisitos tcnicos de processo, independente da considerao econmica. Cada um desses tipos de vlvulas possuem as suas vantagens, desvantagens e limitaes que dependem do tipo de processo.




Os tipos de vlvulas classificam-se em funo dos respectivos tipos de corpos, e portanto, quando estivermos falando de tipos de vlvulas subentenderemos tipos de corpos. Uma vlvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: Corpo Atuador

VLVULA DE DESLOCAMENTO ROTATIVO


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INSTRUMENTAO - VLVULASDefinio da Classe

Classe de Vazamento CLASSE I CLASSE II CLASSE III CLASSE IV CLASSE V

Tipos de Vlvulas Vlvulas listadas nas classes II, III e IV Vlvulas Globo Sede Dupla, Vlvulas Globo Gaiola balanceadas. Superfcie de assentamento metal metal Vlvulas listadas como pertencentes a classe II, porm possuindo uma maior fora de assentamento Vlvulas Globo Sede Simples com assentamento metal metal. Vlvulas de Obturador Rotativo Excntrico Vlvulas instaladas na classe IV, porm utilizadas com atuadores superdimensionado para aumentar a fora de assentamento. Vlvulas Globo com assentamento composto ( soft seat ). Vlvulas borboletas revestidas com sedes de elastmeros ou com anis de vedao. Vlvulas esferas com anis de TFE. Vlvulas diafragmas. Vlvulas de obturador rotativo excntrico com assentamento composto

CLASSE VI

Qualquer vlvula pertencente as classes II, III ou IV, porm mediante acerto entre fabricante e usurio no h necessidade de teste Vazamento de at 0,5 % da capacidade mxima de vazo Vazamento de at 0,1 % da capacidade mxima de vazo Vazamento de at 0,01 % da capacidade mxima de vazo Vazamento de at 5 x 10-4 cm3 por minuto de gua, por polegada de dimetro de orifcio, por psi de presso diferencial ou 5 x 10-12 m3 por segundo de gua, por mm de dimetro do orifcio por bar de presso diferencial Dimetro Vazamento Mximo Permissvel Nominal do Bolhas / min cm3 / min orifcio de passagem em 1 O,15 1 1 0,30 2 2 0,45 3 2 0,50 4 3 0,90 5 4 1,70 11 6 4,00 27 8 6,75 45




1) Globo Convencional ; 2) Globo Tres vias; 3) Globo Gaiola; a) Dedeslocamento linear 4) Globo Angular ; 5) Diafragma; 6) Bi partido; 7) Guilhotina. 1) 2) b) Dedeslocamento rotativo 3) 4) Borboleta; Esfera; Obturador Excentrico; Segmento de Esfera.


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INSTRUMENTAO - VLVULASVLVULAS GLOBO

Vlvula de deslocamento linear, corpo de duas vias, com formato globular, de passagem reta, internos de sede simples ou de sede dupla. a que tem maior uso na indstria e o termo globo oriundo de sua forma, aproximadamente esfrica. Sua conexo com a linha pode ser atravs de flanges rosca ou solda. Ela ser de sede simples ou dupla, de acordo com o nmero de orifcios que possua para a passagem do fludo.



INSTRUMENTAO - VLVULASVLVULAS GLOBO SEDE SIMPLES

Uma vlvula globo sede simples reversvel o obturador guiado na base, no topo e/ou em sua saia e sua montagem faz com que a vlvula fecha ao descer a haste. A fig., mostra os mesmos componentes montados de tal forma que a vlvula abra ao descer a haste. Este tipo de corpo fabricado em tamanhos de 1/2 at 12 e em valores de presso ASA de 600 PSI. Valores de presso de 900 a 1.500 PSI so fabricados em tamanhos menores.


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VLVULAS GLOBO SEDE DUPLASe as 2 sedes forem do mesmo dimetro, as presses que atuam no obturador sero equilibradas na posio fechada e teoricamente pouca fora ser requerida para abrir e fechar a vlvula. Na realidade, os orifcios so construdos com 1/16 a 1/8 um maior que o outro, no dimetro. Esta construo chamada semi-balanceada e usada para possibilitar que o obturador menor passe atravs do orifcio maior na montagem. fabricada normalmente em dimetros de 3/4 a 14. Como desvantagem, apresentam um vazamento, quando totalmente fechadas de no mximo 0,5 % da sua mxima capacidade de vazo, conforme norma ANSI B16.104 a vlvula tipo standard, possui um ndice de vazamento Classe II. Eng. Marcelo Saraiva Coelho



VLVULAS GLOBO TIPO GAIOLAVlvula de concepo antiga onde possui seus internos substancialmente diferente da globo convencional. Seu sucesso est fundamentado nos seguintes aspectos: -facilidade de remoo das partes internas, pela ausncia de roscas o que facilita bastante a operao na prpria instalao; --capacidade vazo da ordem de 20 a 30% maior que a globo convencional; -menor peso das partes internas, resultando assim um menor vibrao horizontal consequentemente menor rudo de origem mecnica do que as vlvulas globo duplamente guiadas; -no possuindo flange inferior a vlvula algo mais leve que as globo convencionais. Eng. Marcelo Saraiva Coelho

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VLVULAS GLOBO TIPO GAIOLA SEDE SIMPLESPor no possuir flange inferior, seu corpo no pode ser reversvel, e assim a montagem dos seus internos do tipo entra por cima. A drenagem do fludo quando necessria, pode ser realizada atravs da parte inferior do corpo, por meio de um tampo rosqueado. Neste tipo de vlvula o fludo entra por baixo do anel da sede, passando pelo orifcio e pelas janelas da gaiola, onde a fora do fludo tende a abrir a vlvula, no balanceada e por isso apresenta o mesmo inconveniente de precisar de uma grande fora de atuao. Eng. Marcelo Saraiva Coelho



VLVULAS GLOBO TIPO GAIOLA ANGULAR SEDE SIMPLESEste tipo de vlvula apresenta uma configurao especial, para determinadas aplicaes nas quais haja necessidade de uma auto-drenagem do fludo, ou em aplicaes com fludos lamacentos ( slurries ), j que possibilita uma passagem menos obstruda que os outros tipos de vlvula globo convencional ou gaiola. Recentemente tem-se recomendado a utilizao deste tipo de vlvula em aplicaes erosivas, j que neste tipo de vlvula o choque das partculas slidas sobre as partes internas muito diminudo, e em aplicaes sob efeito de flashing (vaporizao do lquido na vlvula). Eng. Marcelo Saraiva Coelho

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VLVULAS TIPO DIAFRAGMAEste tipo de vlvula, cuja configurao totalmente diferente das outras vlvulas de controle, utilizada no controle de fludos corrosivos, lquidos altamente viscosos e lquidos com slidos em suspenso. A vlvula de controle tipo diafragma consiste de um corpo em cuja parte central apresenta um encosto sobre o qual um diafragma mvel, preso entre o corpo e o castelo, se desloca para provocar o fechamento. Possui como vantagem um baixo custo, total estanqueidade quando fechada, j que o assento composto, e facilidade de manuteno. Como desvantagem no apresenta uma boa caracterstica de vazo para controle, alm de uma alta e no uniforme fora de atuao que faz com que praticamente este tipo de vlvula seja limitado em dimetros de at 6 para efeito de aplicao em controle modelado. Outra desvantagem que devido ao material do seu obturador (diafragma de neoprene ou Teflon ), a sua utilizao limitada pela temperatura do fludo em funo do material do diafragma.




VLVULAS TIPO BI-PARTIDATrata-se de uma vlvula desenvolvida para aplicaes altamente corrosivas, principalmente em plantas de processos qumicos, aplicaes nas quais torna-se necessria uma freqente inspeo ou substituio dos internos da vlvula. Devido a ser uma vlvula utilizada em fludos altamente corrosivos, o material do corpo bastante especial e portanto caro, padronizando-se a utilizao de flanges tipo encaixe, soldados ao corpo. Estes flanges, podem ser em ao carbono comum mesmo que o corpo seja de material superior. Uma desvantagem deste tipo de vlvula a no possibilidade de uma fixao na linha por meio de solda (pois neste caso as metades do corpo no poderiam ser separadas para a remoo do anel da sede). Eng. Marcelo Saraiva Coelho

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VLVULAS TIPO GUILHOTINATrate-se de uma vlvula originalmente projetada para a indstria de papel e celulose, porm, hoje em dia a sua aplicao tem atingindo algumas outras aplicaes em indstrias qumicas, petroqumicas, acareiras, abastecimentos de gua, etc. Contudo, a sua principal aplicao continua sendo em controle biestvel com fludos pastosos, tais como massa de papel. Fabricada em dimetros de 2 at 24 com conexes sem flanges para ser instalada entre par de flanges da tubulao.




Vlvula de deslocamento rotativo, corpo de duas vias de passagem reta, com internos de sede simples e elemento vedante constitudos por um disco ou lmina de formato circular acionados por eixo de rotao axial. So muito usadas em tamanhos maiores que 3 e so fabricadas em tamanhos to pequenos quanto 1. A vlvula borboleta consiste de um corpo cilndrico com um disco solidrio a um eixo instalado perpendicularmente ao eixo do cilindro. O corpo cilndrico pode ser flangeado em ambas as extremidades, ou fabricado na forma de um anel slido.

VLVULAS TIPO BORBOLETA


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Devido ao seu sistema de assentamento, proporciona uma vedao estanque, constituindo-se numa das poucas vlvulas de controle que alm de possuir timas condies de desempenho de sua principal funo, (isto , prover uma adequada ao de controle modulado) permite, ainda uma total estanqueidade quando totalmente fechada. O corpo da vlvula e do tipo bipartido (para possibilitar a montagem dos internos), sendo que a esfera gira em torno de dois anis de Teflon (construo padro) alojados no corpo e que fazem a funo de sede. Possibilita a passagem do fludo em qualquer direo sem problemas dinmicos, e possui um curso total de 90. Eng. Marcelo Saraiva Coelho

VLVULAS TIPO ESFERA



Possui corpo, com extremidade sem flanges, classe 600 lbs, sendo fabricada em dimetros de 1 at 12 . O curso do obturador de 50 em movimento excntrico da parte esfrica do obturador. possibilitando uma reduo do torque de atuao permitindo uma operao mais estvel com o fludo entrando na vlvula em qualquer sentido. Apresenta, quando totalmente fechada, um ndice de vazamento de 0,01% da sua mxima capacidade de fluxo, sendo uma vlvula de nvel de vazamento Classe IV conforme a ANSI B16.104 .

VLVULAS TIPO EXCENTRICO ROTATIVO


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Globo sede Simples a) Fabricadas geralmente como padres em tamanhos de 1 e menores b) Geralmente usada onde se deseja uma vedao mais estanque c) Em tamanhos de 1 1/2 e maiores, deveremos considerar o desbalanceamento de foras no obturador em relao ao atuador normalmente fornecido. Globo sede dupla: a) Tamanho de 1 a 16 b) No deve ser especificado se um vazamento mnimo de 1% da capacidade mxima no for tolervel c) Para servios severos deve-se escolher guias na base e no topo d) Guia na saia menos custoso para servios tudo ou nada

Borboletas: a) Usada geralmente para pequenas quedas de presso b) Econmica em grandes tamanhos c) Adequada para operar misturas slidos-lquidos Diafragma ou Saunders: a) Adequada para substncia corrosivas e pastosas b) Inadequada para altas presses c) Produz fechamento estanque d) Usada geralmente em controle tudo ou nada Vlvula de trs vias: a) Usar sede simples para servios de mistura b) Usar sede dupla para servios de diviso ou proporo





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CASTELOGeralmente uma parte separada do corpo da vlvula que pode ser removida para dar acesso as partes internas das vlvulas, definido como sendo "um conjunto que inclue, a parte atravs da qual uma haste do obturador de vlvula movese, e um meio para produzir selagem contra vazamento atravs da haste". Ele proporciona tambm um meio para montagem

o castelo padro utilizado para as aplicaes comuns nas quais a temperatura est entre 18C 232C. Esta limitao devido ao material da gaxeta, j que sua localizao est bem prxima do flange superior do corpo e portanto bem prxima ao fluido. Eng. Marcelo Saraiva Coelho

CASTELO NORMAL



utilizado quando a temperatura do fluido controlado superior a 200C. Deve ser suficiente para reduzir a temperatura ao valor indicado ou no mximo 250C de resfriamento. Caso a vlvula opere com vapores condensveis o aletamento no reduzir a temperatura abaixo do ponto de saturao do lquido, pois uma vez atingida esta temperatura haver condensao de vapor e o lquido fluir para a tubulao, sendo substituda por uma outra poro de vapor com temperatura mais elevada.

CASTELO ALETADO

So utilizados para impedir o congelamento das gaxetas em aplicaes de baixas temperaturas. Devem ser utilizadas para temperatura inferiores a 5C e devem ser suficientemente longos para que a temperatura das gaxetas sejam mantidas a 25C ou acima.

CASTELO ALONGADO


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INSTRUMENTAO - VLVULASServio Presses Lubrificao

Material da Gaxeta Teflon

Tipo de Castelo Norm. Longo Extralongo -18 -45 -268 232C 430C 430C

Limitado queles fluidos no atacam o teflon e ao inox tipo 3/6 (material da mola da gaxeta).

Lquidos e Gases secos 1500 psi Vapor 250 psi

No

Amianto com Teflon

Todo excepto Lquidos e Gases Alcalis secos quentes e 6500 psi cido hidrofluordric Vapor 250 psi o quente. Vapor ou Petrleo Qualquer fluido 6500 psi

opcional, porm recomendada

-18 -45 -268 232C 430C 430C

Amianto grafitado com fios de Inconel

Sim

-18 -45 -45 232C 540C 540C



INSTRUMENTAO - VLVULASCONEXES

As vlvulas so presas tubulao por meio do tipo de conexes localizadas nas extremidades do corpo das vlvulas. Tais tipos podem ser: Rosqueadas; Flangeadas; Sem flanges; Soldadas.


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INSTRUMENTAO - VLVULASCONEXES

As conexes das extremidades do corpo, tipo rosqueadas so limitadas utilizao, em apenas vlvulas de pequeno porte (no mximo at 2 de dimetro) e para servios auxiliares no corrosivos em presses de at 600 PSI. O tipo de conexo rosqueada mais comumente utilizada o normalizado pela ANSI B.2.1 tambm denominada de rosca N.P.T. O tipo de conexo mais amplamente utilizado sem dvida alguma a flangeada, que pode ser executada conforme as normas ANSI, DIN ou ISO, embora prevalea, aqui no Brasil, uma predominncia quase que total dos flanges conforme norma ANSI. Em funo dos limites combinados de presso e temperatura, doravante aqui denominados por apenas classe, as conexes flangeadas das extremidades da vlvula podem ser classe 150, 300, 600, 900, 1500 e 2500 lbs. Entende-se por classe a presso nominal admissvel de trabalho (em PSI), sem choques a uma determinada temperatura.



INSTRUMENTAO - VLVULASDimetro da Vlvula (poleg.) 1/2 3/4 1 1.1/2 2 2.1/2 3 4 6 8 10 12 14 16 Classes 125 lbs (Ferro) 150 lbs (Ao) _ _ 184 222 254 276 298 352 450 542 673 736 889 1016 Classes 250 lbs (Ferro) 300 lbs (Ao) 190 194 197 235 267 292 317 368 473 568 708 774 927 1057

Distncia do Face a Face (mm) Classe 600 lbs (Ao) 203 206 210 251 286 311 337 394 508 610 752 820 972 1108

A distncia do face a face entre os flanges das vlvulas com conexes flangeadas at classe 600 lbs inclusive normalizada pela ISA RP 4.1. , exceo feita s vlvulas tipo Diafragma e Angular. Na tabela so dadas as medidas dessa distncia do face a face conforme Norma

ISA RP 4.1.


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GUIA PRTICO PARA A SELEO DA CARACTERSTICA DE VAZO CARACTERSTICA CONDIES VARIVEL DO DE VAZO A DO PROCESSO A SER UTILIZADA PROCESSO SER CONTROLADA Linear Queda de presso constante Diminuindo a queda de presso com o aumento de vazo: se a queda de presso vazo mxima for maior que 20% da queda de presso vazo mnima Linear

Nvel Lquido

Diminuindo a queda de presso com o aumento de Igual Porcentagem/ Parablica vazo: se a queda de presso vazo mxima for Modificada menor que 20% da queda de presso vazo mnima Aumentando a queda de presso com o aumento de vazo: se a queda de presso vazo mxima for maior que 200% da queda de presso vazo mnima Aumentando a queda de presso com o aumento de vazo: se a queda de presso vazo mxima for menor que 200% da queda de presso vazo mnima

Linear

Abertura Rpida




GUIA PRTICO PARA A SELEO DA CARACTERSTICA DE VAZO VARIVEL DO CONDIES CARACTERSTICA PROCESSO A DO DE VAZO A SER PROCESSO SER UTILIZADA CONTROLADA

Presso

Igual Porcentagem/ Parablica Modificada Gases. Sistemas rpidos: volume pequeno, trecho de menos de 3 metros de tubulao jusante da Igual Porcentagem/ vlvula de controle Parablica Modificada Gases. Sistemas lentos: volume grande ( o processo possue um receptor, sistema de distribuio ou linha de transmisso excedendo 30 metros de tubulao jusante). Linear Diminuindo a queda de presso com o aumento de vazo: se a queda de presso vazo mxima for maior que 20% da queda de presso vazo mnima Lquido Gases. Sistemas lentos: volume grande Diminuindo a queda de presso com o aumento de Igual Porcentagem/ Parablica vazo: se a queda de presso vazo mxima for Modificada menor que 20% da queda de presso vazo mnima


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INSTRUMENTAO - VLVULASCONDIES DO PROCESSOSinal do elemento primrio de medio proporcional ao fluxo. Grandes variaes de fluxo a) Elemento primrio instalado em srie com a vlvula de controle b) Elemento primrio instalado no contorno da vlvula de controle Pequenas variaes ao fluxo, porm grandes variaes da queda de presso com o aumento da vazo. a) Elemento primrio instalado em srie com a vlvula de controle b) Elemento primrio instalado no contorno da vlvula de controle

VARIVEL DO PROCESSO A SER CONTROLADA

CARACTERSTICA DE VAZO A SER UTILIZADA

Linear Linear

Igual Porcentagem/ Parablica Modificada Igual Porcentagem/ Parablica Modificada

Vazo

Sinal do elemento primrio de medio proporcional ao quadrado do fluxo. Grandes variaes de fluxo a) Elemento primrio instalado em srie com a vlvula de controle b) Elemento primrio instalado no contorno da vlvula de controle Pequenas variaes de fluxo, porm grandes variaes de queda de presso com o aumento da vazo a) Elemento primrio instalado em srie com a vlvula de controle b) Elemento primrio instalado no contorno da vlvula de controle

Linear Igual Porcentagem/ Parablica Modificada

Igual Porcentagem/ Parablica Modificada Igual Porcentagem/ Parablica Modificada




O posicionador um dispositivo que transmite a presso de carga ao atuador, permitindo posicionar a haste da vlvula no valor exato determinado pelo sinal de controle. Ele compara o sinal que recebe do controlador com a posio da haste da vlvula atravs do seu brao de realimentao. Se a haste no est corretamente posicionada, ento ele manda para o atuador mais ar (ou retira mais ar) at que acuse a correta posio da haste.


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INSTRUMENTAO - VLVULASPosicionador

Rel

Alimentao 20 psi

Bocal Fole Sinal do Regulador 3 a 15 psi Alavanca de realimentao mecnica (ao mesmo tempo, palheta) Eng. Marcelo Saraiva Coelho

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INSTRUMENTAO - VLVULASinput signal 4 - 20 mA

HART stem feedback pressure feedback based PWB I/P

output pressure

relay



INSTRUMENTAO - VLVULASChaves indicadoras de posio

So utilizadas para indicao remota da posio da haste da vlvula. Essa indicao fornecida pela chave indicadora do tipo duas posies, ou seja, possibilita a indicao, por exemplo, da vlvula fechada e vlvula aberta. So montadas diretamente na torre do atuador (caso seja atuador do tipo deslocamento linear) ou no adaptador (caso seja atuador tipo rotativo).


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Estes dispositivos convertem o sinal eltrico da sada de um controlador eletrnico, em sinal pneumtico compatvel com o atuador pneumtico da vlvula de controle. Esses transdutores tanto podem ser corrente para presso (I/ P), ou voltagem para presso (E/P). O sinal de entrada de corrente aplicado a um eletrom. O campo magntico criado e a corrente produzem uma fora que desloca a palheta, alterando a posio relativa entre a palheta e o bocal, aumentando ou diminuindo o sinal de presso para a vlvula de controle.

Conversores eletropneumticos.





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