valvulas controle

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    Universidade Federal do Esprito Santo

    Centro TecnolgicoPrograma de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica

    Curso de Ps-Graduao Lato Sensu

    Especializao em Instrumentao eControle de Processos Industriais

    Elementos finais de controle

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    VLVULA DE CONTROLE

    1 - INTRODUO

    Apesar de nem sempre receber a devida ateno por parte dos profissionais das reas deprojeto e de manuteno, a escolha do elemento final de controle mais adequado de grandeimportncia para o bom desempenho de uma malha de controle, pois ele o responsvel pelamodificao de valores diversos para que a varivel sob controle seja mantida no valordesejado. Existem diversos tipos de elementos finais de controle, tais como resistnciaseltricas, bomba, motor, etc., porm, sem dvida a de maior uso e por isto a mais importante a vlvula de controle. Seus tipos, suas caractersticas, seu dimensionamento, etc.; sero objetode estudo nesta apostila.

    2 - VLVULA DE CONTROLE

    2.1 - DEFINIODe forma genrica pode-se dizer que se trata de um dispositivo cuja finalidade a de provocaruma obstruo parcial ou at total na tubulao com o objetivo de permitir maior ou menorpassagem de fluido por esta.Em outras palavras todo dispositivo que atravs de uma partemvel abra, obstrua ou regule uma passagem atravs de uma tubulao. Seu objetivo principal a variao da razo do fluxo.

    2.2-CLASSIFICAO QUANTO AO SEU DE ACIONAMENTOQuanto ao acionamento uma vlvula pode ser classificada em:

    a) ManualA operao da abertura e fechamento a ser realizada feita pelo homem. Em uma vlvula decontrole pode ser feita atravs de um volante , especificado como um opcional.

    b) Auto-reguladoraA operao de abertura e fechamento realizada utilizando a energia contida no fluido. Podeser realizado por vlvula auto-operada ou por vlvula piloto operada.

    c) ControleUtiliza-se uma fora auxiliar para operao e, o acionamento feito de acordo com os sinaisprovenientes dos controladores. Utiliza um tipo de atuador especificado conforme a aplicao.

    3 - TIPOS DE VLVULAS DE CONTROLE3.1 INTRODUOUma vlvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais o corpo e o Umavlvula de controle constituida basicamente de dois conjuntos principais: Corpo e Atuador.

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    O corpo a parte da vlvula que executa a ao de controle permitindo maior ou menorpassagem do fluido no seu interior, conforme a necessidade do processo.Ele pode ser dividido em: corpo,internos ( sede ,obturador , gaiola ) e c) castelo.

    Sendo o conjunto do corpo, a parte da vlvula que entra em contato direto com fluido, devesatisfazer os requisitos de presso, temperatura e corroso do fluido. Trata-se portanto de umvaso de pressoe como tal deve ser considerado.O atuador a parte da vlvula de controle responsvel pelo seu acionamento e portanto pelomovimento relativo dos internos para a obstruo parcial ou total passagem do fluxo .

    3.2 - TIPOS DE CORPOSOs tipos de vlvulas so classificados em funo dos respectivos tipos de corpos, e portanto,quando estivermos falando de tipos de vlvulas subentenderemos tipos de corpos.Podemos agrupar os principais tipos de vlvulas em dois grupos:

    .)7

    ;)6

    ;)5

    ;)4

    ;)3

    ;)2

    ;)1

    )

    Guilhotina

    Macho

    Diafragma

    AngularGlobo

    GaiolaGlobo

    viasseTrGlobo

    alConvencionGlobo

    linearentoDedeslocama

    Esfera.deSegmento5)

    ntrico;eExcObturador4)

    rotativa;Globo3)

    Esfera;2)

    Borboleta;1)

    rotativoentoDedeslocam)b

    Define-se por vlvula de deslocamento linear, a vlvula na qual a pea mvel vedante descreveum movimento retilneo, acionada por uma haste deslizante; enquanto que uma vlvula dedeslocamento rotativo aquela na qual a pea mvel vedante descreve um movimento derotao acionada por um eixo girante.Para cada tipo de processo ou fluido sempre existir pelo menos um tipo de vlvula quesatisfaa os requisitos tericos de processo, independente da considerao econmica. Cadaum desses tipos de vlvulas possuem as suas vantagens, desvantagens e limitaes para esseou aquele processo.No decorrer do curso, ser analisado todos esses aspectos, oferecendo assim uma slida basepara o usurio poder, selecionar / especificar a melhor vlvula para uma aplicao dada.3.3 - VLVULAS DE DESLOCAMENTO LINEAR DA HASTE3.3.1 - Sede simplesA figura 1 mostra vrias montagens da vlvula globo tipo sede simples.Nesse tipo de vlvula, o fluido no interior de corpo passa atravs de um nico orifcio.

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    Na figura 1-a, nota-se que o obturador guiado duplamente, isto , na parte superior e inferior,e ainda um fato muito importante que para a vlvula fechar, o obturador deve movimentar-separa baixo. Tal tipo de montagem denominada de normalmente aberta.Por outro lado, na

    figura 1-b, tem-se a mesma vlvula, s que com o obturador invertido. Nesse caso para avlvula abrir o obturador tem que descer. Essa ,portanto, uma vlvula normalmentefechada.

    Fig. 1 - Vlvula Globo Convencional Tipo Sede Simples

    Na figura 1-c, tem-se uma sede simples um pouco diferente das anteriores. O obturador

    guiado apenas na parte superior e ao descer a vlvula s pode fechar, no existindo apossibilidade do obturador ser instalado em posio invertida ou por baixo.O fato de uma vlvula , na condio de repouso, estar normalmente abertaou fechada umdado muito importante a ser levado em considerao na sua escolha . Isso significa que naposio de descanso, ou seja, sem fora de atuao, a vlvula ficar completamente aberta oucompletamente fechada. Uma vlvula normalmenteabertaficara totalmente aberta em caso defalta de suprimento de energia para operao do atuador, no caso de uma vlvula normalmentefechada ocorrer o inverso.

    As principais caractersticas da vlvula globo sede simples so:

    a) Proporciona uma boa vedao .

    Assim sendo ela admite um vazamento, quando estiver totalmente fechada de, no mximo ate0,01% da sua capacidade de vazo,possui portanto classe de vazamento Classe IV. importante alertar que tal ndice de vazamento sempre considerado para uma vlvula

    conforme sae de fabricao, ou seja, nova e limpa.

    b) Possui obturador estaticamente no balanceado no fato do seu obturador no ser balanceado que reside a principal desvantagem da vlvulasede simples, motivo pelo qual requer uma fora de atuao suficientemente grande paravencer as foras estticas de fluido agindo sobre o obturador, e poder moviment-lo.

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    Fig. 2. - Atuao das Foras Dinmicas Provenientes do fluido agindo contra o obturador de uma vlvula globo sede simples.

    Outro fator de muita importncia nas vlvulas globo sede simples, a direo do fluxo emrelao a posio do conjunto obturador e anel da sede. O fluido deve sempre entrar navlvula tendendo abr-la como mostra a figura 2. Uma flecha estampada no corpo indica osentido de montagem da vlvula na tubulao. Obtem-se com isso o aumento da vida til dasgaxetas e uma operao mais suave da vlvula,evitando-se assim o fenmeno de "chattering.

    Esse fenmeno pode ser facilmente explicado da seguinte forma: caso o fluxo entre navlvula tendendo fech-la, quando o obturador aproxima-se do anel da sede, surge uma foradinmica no balanceada produzida pela reduo da presso, aps a restrio. Essa fora, quetende puxar o obturador de encontro sede, faz o obturador chocar-se continuamente contra asede, devido a proximidade entre ambos, danificando por completo o assentamento da vlvula,alm de ainda produzir o indesejvel rudo, de origem mecnica devido oscilao vertical doobturador.

    Porm pese ao acima mencionado, existem situaes nas quais imperativo a instalao davlvula sede simples com o fluxo tendendo fechar a vlvula. Um exemplo disso o caso dealta presso diferencial.

    Nestes casos devemos agir com critrio e cuidado na especificao dos materiais dos internosno intuito de prolongarmos a sua vida til.

    3.3.2 - Sede duplaA figura 4 mostra duas montagens diferentes da vlvula globo sede dupla, assim denominadapelo fato do fluxo passar atravs de duas passagens ou orifcios.

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    Na figura 4-a, vemos uma vlvula com obturador que desceparafechar enquanto que na figura4-b, a montagem do obturador por baixo, tipo desce para abrir. A vlvula sede dupla eportanto de corpo reversvel.

    fabricada normalmente em dimetros de 3/4 a 14, e com conexes das extremidadesrosqueadas (at 2), flangeadas ou soldadas, nas classes 150, 300, 600, 900 e 1500 lbs. Aprincipal vantagem da vlvula sede dupla o fato dela ser estaticamente quase estvel semnecessitar, portanto, de uma fora de atuao to grande quanto a vlvula sede simples,conforme podemos deduzir com o auxilio da figura 5.

    .Fig. 4 - Vlvula Globo Convencional Tipo Sede Dupla Fig. 5 - Atuao das Foras Dinmicas Provenientes do Fluido

    AgindoContra o Obturador de um Vlvula Globo Sede Dupla.

    Como desvantagem, as vlvulas sede dupla, apresentam um vazamento, quando totalmentefechadas de no mximo 0,5% da sua mxima capacidade de vazo. Conforme a especificaonormativa da ANSI /FCI 70-2, a vlvula globo sede dupla de construo standard", possui umndice de vazamento Classe II.

    Existem possibilidades tcnicas de construir um obturador sede dupla especialmente para altaestanqueidade utilizando-se do sistema de assento composto (metal-teflon, metal-elastmero,etc). Por ser uma adaptao altamente cara, somente utilizada em casos de imperiosanecessidade, fato difcil de acontecer principalmente por existirem sempre mais do que umasoluo teoricamente vivel referente ao tipo de vlvula a ser utilizada.

    3.3.3 - Vlvula de Controle Globo de 3 viasTrata-se de uma adaptao das vlvulas globo convencionais, para utilizao em aplicaes demistura ou separao de fluidos.

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    Fig. 6 - Vlvula Globo de 3 Vias

    Na vlvula tipo convergente, conforme vemos pela figura 6-a, fluidos quaisquer e separadosentram pelas vias (2) e (3), misturando-se numa determinada e desejada proporo, saindopela via (1) j misturados. A proporo da mistura determinada pela posio do obturadorrelativa s duas sedes. Um deslocamento do obturador para cima faz diminuir a entrada dofluido por (2), aumentando simultaneamente a entrada do fluido por (3). fabricada emdimetros de 3/4 at 8 e com conexes nas extremidades rosqueadas (at 2"), flangeadas ousoldadas. Podemos notar neste tipo de vlvula um novo modo de guia dupla: superior e no anelda sede.Na figura 6-b vemos uma vlvula 3 vias tipo divergente, na qual o fluido entra pela via (1) e saiem propores definidas pelas vias (2) e (3). fabricada em dimetros de 3/4" at 12" comextremidades rosqueadas (at 2"), flangeadas ou soldadas.Uma aplicao bastante conhecida da vlvula 3 vias divergente o de desvio de um trocador

    de calor conforme vemos pelo esquema da figura 7.

    Fig. 7 - Vlvula Globo de 3 Vias Tipo DivergenteUtilizada para Desvio de Um Trocador de Calor

    As vlvulas de 3 vias, devido a sua configurao e utilizao, no apresentam vedaocompleta, pois, enquanto fechamos um orifcio, o outro fica completamente aberto.

    3.3.4 - Vlvula Globo Tipo GaiolaTrata-se de uma vlvula de concepo antiga, porm totalmente renovada e aperfeioada nosltimos anos, fato esse que lhe possibilitou uma contnua e crescente utilizao na quasetotalidade dos processos industriais. A vlvula tipo gaiola apresenta uma concepo de internos

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    substancialmente diferente da globo convencional.O amplo sucesso deste estilo de vlvula est totalmente fundamentado nos seguintesaspectos:

    a) facilidade de remoo das partes internas, pela ausncia de roscas o que facilita bastante amanuteno na prpria instalao;b) alta estabilidade de operao proporcionada pelo exclusivo sistema de guia do obturador na

    gaiola, obtendo desta forma uma rea de guia da ordem de 30% superior obtida pela guiasuperior e inferior da vlvula globo convencional;

    c) capacidade de vazo da ordem de 20 a 30% maior que a obtida nas vlvulas globoconvencionais;

    d) menor peso das partes internas, resultando assim numa freqncia natural maior dessaspartes, o que faz com que a vlvula fique menos susceptvel vibrao horizontal doobturador, proporcionando dessa forma menos rudo de origem mecnica do que asvlvulas globo duplamente guiadas;

    e) no possuindo flange inferior a vlvula algo mais leve que as globo convencionais.

    Por no possuir flange inferior, a vlvula tipo gaiola no possui corpo reversvel, e assim amontagem dos seus internos do tipo entra por cima.

    3.3.4.1 - Vlvula Globo tipo Gaiola Sede SimplesNas figuras 8.a e 8.b vemos dois exemplos deste tipo de vlvula. O fluido entra por baixo doanel da sede, passando pelo orifcio e pelas janelas da gaiola. Apresentando apenas guia nagaiola, trata-se de uma vlvula no balanceada como a globo convencional sede simples, poisa fora do fluido tendendo abrir a vlvula, no balanceada e por isso apresenta o mesmoinconveniente de precisarmos de uma grande fora de atuao. Pela figura 8, nota-se tambmque no sendo uma vlvula de corpo reversvel o deslocamento do obturador de cima parabaixo fecha a vlvula, ou seja, desceparafechar.

    Fig. 8 - Vlvula Globo tipo Gaiola Simples

    Apresenta um vazamento de 0,01% da sua mxima capacidade de vazo, quando totalmentefechada e conforme norma ANSI/FCI-70-2, possui classe de vazamento Classe IV.

    3.3.4.2 - Vlvula Globo Tipo Gaiola BalanceadaEsta construo basicamente similar a anterior, conforme vemos pela figura 9. Apenas que,neste caso, o obturador balanceado dinamicamente (como acontece na vlvula globo sededupla) devido ao orifcio interno no obturador, que faz com que a presso do fluido comunique-

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    se com ambos os lados do obturador, formando-se assim um balanceamento de foras.

    Precisamos, portanto, de uma menor fora de atuao neste caso do que no anterior sede

    simples. O fluido neste tipo de construo entra por cima, conforme uma flecha indicativapresa ao corpo da vlvula. Porm, da mesma forma que acontece com a globo convencionalsede dupla, a vlvula tipo gaiola balanceada, no apresenta boa vedao, permitindo umvazamento de at 0,5% da mxima capacidade de vazo da vlvula e conforme especificaonormativa da ANSl / FCI 70-2, possui um nvel de vazamento Classe III. Pode-se obter tambmclasse VI, utilizando-se assento resiliente

    Fig. 9 - Vlvula Globo Tipo Gaiola Balanceada

    fabricada em dimetros de 3/4 at 16 nas classes 150, 300, 600, 900 1500 e 2500 lbs. Asconexes podem ser rosqueadas ( at 2), flangeadas ou soldadas.

    3.3.4.3.- Vlvula tipo Gaiola com Internos de Baixo RudoExistem diversos tipos de vlvulas de controle com internos especialmente projetados paraaplicaes onde haja a necessidade de uma considervel reduo do nvel de rudoaerodinmico (rudo produzido pelo escoamento de gases e vapores a altas velocidades)produzido numa vlvula de controle. Embora, todos esses sistemas de internos paraatenuao do rudo sejam baseados em princpios fsicos diferentes, apresentam porm umfato em comum: produzem uma distribuio do fluxo do gs ou vapor atravs de uma srie de

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    restries localizadas no sistema de internos.

    Na figura 10-a, vemos o sistema de internos tipo gaiola de baixo rudo. Basicamente trata-se de

    vrios anis circulares e concntricos formando um conjunto, como podemos notar pela figura10-b. O nmero de anis utilizados depende das condies de operao e da atenuao derudo requerida.

    Pela figura 10-c, podemos notar melhor o seu funcionamento. O fluido entra, presso Pe,atravs dos orifcios do primeiro elemento, aps o que, distribui-se pelo anel de estagnao,onde perde velocidade antes de entrar nos orifcios do segundo elemento. Repete-se oprocesso no seguinte anel de estagnao e prximo elemento at que o fluido atinja a sadaaps o ltimo elemento, a uma presso, ento, de Ps. O nmero de orifcios, em cada elemento calculado de forma a manter a velocidade mdia de escoamento igual em todos oselementos.

    Fig. 10 - Vlvula Globo Tipo Gaiola com Internos de Baixo Rudo

    3.3.5 - Vlvula de Controle Tipo DiafragmaEste tipo de vlvula, cuja configurao totalmente diferente das outras vlvulas de controle, utilizada no controle de fluidos corrosivos, lquidos altamente viscosos e lquidos com slidosem suspenso. Uma vlvula de controle tipo diafragma conforme vemos na figura 11, consistede 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 da vlvula.

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    Fig. 11 - Vlvula Tipo Diafragma

    A vlvula de controle tipo Diafragma ou Saunders, assim denominada por se tratar de umapatente mundial da Saunders (Inglaterra), possui como vantagens um baixo custo, totalestanqueidade quando fechada, j que o assento composto, e facilidade de manuteno.Entretanto no apresenta uma boa caracterstica de vazo para controle, alm de uma alta eno uniforme fora de atuao que faz com que praticamente este tipo de vlvula seja limitadoem dimetros de at 6" para efeito de aplicaes em controle modulado. Fabricada em classes125 e 150 lbs, e com conexes das extremidades rosqueadas (at 2") e flangeadas.

    Uma outra desvantagem que devido ao material do seu obturador (diafragma de neoprene ouTeflon), a sua utilizao limitada pela temperatura do fluido em funo do material dodiafragma. Possui uma vedao Classe VI. Uma particularidade muito importante e notvel que, devido a forma interna do seu corpo, possvel o revestimento interno das paredes docorpo com materiais, tais como: vidro, ebonite, plstico, chumbo ou Teflon, o que possibilita ouso deste tipo de vlvula mesmo em corpo de ferro fundido, porm revestido, em aplicaescorrosivas.

    3.3.6 - Vlvula de Controle Bi-partidaTrata-se de uma vlvula desenvolvida para aplicaes altamente corrosivas, principalmente emplantas de processos qumicos, aplicaes nas quais torna-se necessria uma freqenteinspeo ou substituio dos internos da vlvula.

    A vlvula de controle de corpo bi-partido conforme vemos pela figura 12, foi desenhada paratais situaes possibilitando uma fcil manuteno devido facilidade de acesso aos internos.Neste tipo de vlvula, o anel da sede preso (ao contrrio da globo convencional onde

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    rosqueado) entre as duas metades do corpo, podendo ser facilmente removido.

    Fig. 12 - Vlvula Tipo Bi-Partida

    Devido a ser uma vlvula utilizada em fluidos altamente corrosivos, o material de corpo 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 materialsuperior.

    A guia do obturador apenas superior ou superior e no anel da sede.

    Uma desvantagem deste tipo de vlvula a no possibilidade de uma fixao na linha por meiode solda (pois neste caso as metades do corpo no poderiam ser separadas para a remoodo anel da modo), j que em tais aplicaes to corrosivas nas plantas qumicas, bastantecomum a normalizao deste tipo de fixao.

    Este tipo de vlvula apenas sede simples, apresentando os mesmos ndices de vazamentoClasse IV, ou seja 0,01% da sua mxima capacidade de vazo, e as limitaes de fora do

    atuao ao desequilbrio das foras dinmicas do fluido contra o obturador.

    normalmente fabricada em dimetros de 1/2 a 12, e com conexes flangeadas nas classes150, 300, 600, 900 e 1500 lbs.

    3.3.7 - Internos de Vlvulas GloboNormalmente costuma-se definir ou representar os internosde uma vlvula de controle como ocorao da mesma.

    Se considerarmos a funo qual se destina a vlvula, realmente as partes denominadas deinternos representam o papel principal da vlvula de controle, ou seja, produzir uma restriovarivel a passagem do fluido conforme a necessidade imposta pela ao corretiva do

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    controlador produzindo assim, uma relao entre a vazo que passa e a abertura da vlvula(afastamento do obturador em relao sede).

    Esta tal relao denominada de caractersticas de vazo da vlvula e podemos por enquantodefini-la como uma relao entre a vazo que passa pela vlvula e o afastamento do obturadorrelativo sede. Este afastamento uma frao de deslocamento linear do obturador entre asposies de abertura e fechamento total da vlvula, deslocamento este, denominado de cursoda vlvula ou curso do obturador.

    No fosse o bastante isso, as partes internas tem que ainda proporcionar a necessriaestanqueidade da vlvula quando totalmente fechada.

    O conjunto dos internos da vlvula consiste das partes internas removveis e que entram emcontato com o fluido de processo. Tal conjunto formado por: obturador, anel da sede, guia egaiola (no caso das vlvulas tipo gaiola), conforme vemos pela figura 13.

    Fig. 13 - Internos da Vlvula Globo: A) Convencional; B) Gaiola

    3.3.7.1 - Internos da Vlvula Globo ConvencionalO obturador o elemento vedante do conjunto dos internos da vlvula (ver figura 14) comformato de disco ou de contorno caracterizado, que se move linearmente no interior do corpo,obstruindo o orifcio de passagem, de modo a formar uma restrio varivel ao fluxo.

    Sua construo geomtrica estabelece uma relao terica entre o percentual de abertura davlvula e seu ganho de vazo, determinando o que chamamos de caracterstica de vazo.

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    Figura 14 - Obturador da Vlvula Globo Convencional

    Existem como mais adiante veremos com maiores detalhes, quatro tipos bsicos decaractersticas de vazo:a)Linear; b) Igual Porcentagem;c) Parablica Modificadae d) Abertura rpida. Na figura 15,temos um esquema do formato aproximado desses tipos de obturadores, assim como umaidia grfica da rea de passagem do fluxo para cada tipo de caracterstica de vazo emdeterminadas porcentagens do curso da vlvula.

    Fig. 15 - Relao entre Formato do obturador, caracterstica de Vazo e Capacidade de Vazo Cursos Iguais.

    O anel sede da vlvula globo convencional rosqueado, possuindo na sua borda superior,orelhas que facilitam a sua remoo. Em casos de fluidos com grandes diferenas detemperatura de servio, o anel soldado ao corpo para evitar o seu afrouxamento, visto que omesmo em conjunto com o obturador determinam a caracterstica de vazo da vlvula.

    Define-se como internos de capacidade reduzida, ao conjunto obturador e sede(s) de rea depassagem inferior nominal para um dado dimetro de vlvula. A utilizao dos internos decapacidade reduzida tem por objetivo:a) obter controle preciso a baixa vazo em processos sujeitos a preestabelecida expanso da

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    sua capacidade, o que far aumentar a vazo atravs da vlvula em questo, quando osistema operar total capacidade.

    b) absorver as vibraes e energia trmica em corpos relativamente maiores, tendo um orifciode passagem do fluxo menor e maior guia do obturador, em relao guia tida por umavlvula com capacidade nominal idntica a capacidade reduzida. Isso ocorre em aplicaescom lquidos sujeitos a flashing, alta velocidade do lquido, alta queda de presso e/ouservio cavitante. O maior volume tido pelo corpo a jusante do orifcio em aplicaes ondehaja o problema da cavitao, que ser definida mais adiante, permite que o orifcio estejaalgo mais afastado das paredes internas do corpo de forma que as bolhas tendam a implodirno meio do percurso ao invs de bem prximo parede do corpo. Mantendo-se o mesmodimetro de guia do obturador, ele mais rgido do que se fosse numa vlvula de internoscom capacidade integral.

    c) reduzir a velocidade de sada de fluidos compressveis (gases e vapores), para nveissubsnicos no interior do corpo da vlvula a jusante do orifcio.

    d) evitar o uso de redues na tubulao.

    A maioria dos fabricantes oferecem internos com reduo da capacidade padronizada 40%da capacidade nominal ou integral, contudo, em vlvulas guiadas superiormente como o casoda micro-fluxo, so disponveis diversas redues.

    3.3.7.2 - Internos da Vlvula Tipo GaiolaA vlvula com internos tipo gaiola, teve seu incio de utilizao por volta de 1940 em aplicaesde alta presso como no caso do produo de leo e gs, alimentao de gua de caldeira etc.

    Os internos tipo gaiola, conforme o desenho que hoje conhecemos, foram produzidos por voltade 1963 e rapidamente alcanaram uma boa parte do mercado.

    Partindo da premissa que a vlvula globo convencional tem sido indiscutivelmente a vlvulamais completa durante muitos anos, correto considerarmos que a vlvula globo tipo gaiolaseja de alguma forma mais completa que a convencional, pois trata-se de uma adaptaodesenvolvida para satisfazer algumas aplicaes que por ventura a globo convencional norealiza com o desempenho desejado.

    Estando nos internos a nica diferena entre as vlvulas globo convencional e gaiola, vamosdeter-nos um pouco mais neste tipo de internos.

    O perfeito tipo do guia do obturador, em conjunto com a possibilidade de balanceamento dasforas de fluido agindo sobre o obturador e uma distribuio uniforme do fluxo ao redor doobturador por meio do sistema do janelas, resulta nas quatro (4) principais vantagens, destetipo de internos:a) Estabilidadedecontrole emqualquerpresso;b) Reduodoesforo lateral e atrito;c) Possibilidade de estanqueidadedegrandes vazes altas pressescom atuadoresnormais;d) Maior vida til do chanfro da sede.

    O chanfro da sede definido como sendo a rea do anel da sede que encosta no obturador,formando o assentamento deste na posio do fechamento. A vida do chanfro da sede

    aumentada eliminando-se a vibrao em baixos cursos e por uma maior distribuio uniformedo fluxo atravs do orifcio do anel da sede, resultando em menor canalizao do fluxo edesgaste por eroso.

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    O desenho de gaiola caracterizada reduz a eroso separando as reas de assentamento e derestrio ou controle fazendo assim com que a sede no esteja numa zona de alta velocidade

    do fluido.O funcionamento da restrio e modulao provida por este tipo de vlvula, mediante osistema da gaiola (que uma pea cilndrica e oca), conforme vemos pela figura 16, em cujointerior desloca-se o obturador, como se fosse um pisto de cilindro. A gaiola possui umdeterminado nmero de passagens ou janelas, as quais distribuem uniformemente o fluxo aoredor do obturador e na maioria dos desenhos deste tipo de vlvula, serve como guia doobturador. Tais janelas apresentam formatos caracterizados sendo elas, em conjunto com aposio relativa do obturador, que proporcionam a caracterstica de vazo, ao invs de ser oformato do obturador como na globo convencional.

    Os dois desenhos mais comuns de internos tipo gaiola so: sede simplese balanceado.

    Fig. 16 - Princpio de Funcionamento da ao de Controle (Modulao eVedao dos Internos Tipo Gaiola: (A) Sede Simples; (B) Balanceada.

    a) Internos sede simplesConforme vemos pela figura 16-a, utiliza uma como guia de obturador, enquanto que excelentedistribuio do fluxo equilibra os esforos laterais sobre o obturador. A caracterstica devazo dada pelo formato das janelas na gaiola, enquanto que o obturador no sendo caracterizado

    age como um pisto.Uma sede tipo metal-metal utilizada neste tipo de desenho de 0,01% da capacidade mximada vlvula, ou seja um ndice de vazamento classe IV, conforme a especificao da ANSIB16.104.

    Neste tipo de construo o sentido do fluxo tal, que entra sempre por baixo do anel da sede,conforme podemos verificar pela figura 16-a.

    b) Internos tipo balanceadosConforme mostra a figura 16-b, apresentam um desenho tipo balanceado, em virtude doequilbrio da fora do fluido, a qual age sobre as duas extremidades do obturador, e em

    sentidos opostos. Obtemos desta forma, um equilbrio de foras semelhantes ao proporcionadopela vlvula globo convencional tipo sede dupla e portanto precisaremos de uma fora deatuao menor, comparada a necessria para operar uma vlvula globo tipo gaiola sede

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    simples. Neste tipo de construo, pelo fato do sentido do fluxo ser por cima do anel sede, avedao do obturador com a gaiola feita por meio de anel de teflon grafitado, para utilizaoem temperaturas de -73 at +232C; ou por meio de anel de grafite, para utilizar em

    temperaturas de -255 593C.

    3.3.8 - Tipos de Guia do Obturador Vlvula Globo atravs do sistema de guias que o obturador alinha-se em relao a sede, possibilitandoassim um perfeito encaixe das superfcies de assentamento.

    As guias devem resistir a todos os esforos laterais sobre o obturador, provenientes das forasexercidas pelo fluido de processo.

    Fig. 17 -Tipos de Guia do Obturador na Vlvula Globo.

    So vrios os tipos de guias do obturador utilizados:

    a) Guia superior: possui uma nica bucha na qual guia o obturador guiado pela partesuperior,veja figura 17-bNormalmente utilizada em vlvulas de pequeno dimetro.

    b) Guia superior e inferior: utilizada com obturadores tipo contorno ou passagem em "V"macio, cujas extremidades so guiadas superior e inferiormente.

    A sua utilizao suporta maiores quedas de presso que a guia apenas superior sendorecomendada para aplicaes com quedas de presso superiores 7 kg/m2. Ver figura 17-a.

    c) Guia na Sede: o obturador guiado apenas na sede por meio da saia do obturador. utilizada em vlvulas cem obturadores de passagem em V ocos e nas vlvulas globo de 3vias, para quedas de presso abaixo de 7 kg/cm2. Este tipo de guia mostrado na figura17-c.

    d) Guia na gaiola: conforme vemos na figura 17-d, a gaiola que guia o obturador. Este tipo deguia recomendado para quedas de presso de moderada a altas. Utilizada em toda alinha de vlvula globo tipo gaiola.

    Outros tipos secundrios de guias so combinaes dos quatro tipos principais dados acimacomo podemos notar pela figura 17-e, onde mostramos um obturador guiado na parte superiore na sede. Este tipo de construo tambm utilizado nas vlvulas tipo micro-fluxo.

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    3.3.9 - Castelo

    O castelo, geralmente uma parte separada do corpo da vlvula que pode ser removida para daracesso as partes internas das vlvulas, definido como sendo "um conjunto que inclue, aparte atravs da qual uma haste do obturador de vlvula move-se, e um meio para produzirselagem contra vazamento atravs da haste". Ele proporciona tambm um meio paramontagem do atuador.

    Sendo uma pea sujeita presso do fluido, tem de satisfazer aos mesmos requisitos deprojeto que o corpo.

    No prprio castelo dispem-se os meios para prender o atuador, conter a caixa de gaxetas epoder ainda conter a bucha de guia superior para guiar o obturador como acontece no casodas vlvulas globo convencionais, conforme podemos notar pela figura 18-a onde mostra-se

    um castelo tipo normal para utilizao nas vlvulas globo convencionais.

    O castelo portanto um subconjunto do corpo na maioria das vlvulas de controle, emboraexistem tipos de vlvulas como as rotativas (borboleta, esfera e excntrica), e a bipartida nasquais o castelo parte integral ao corpo, no constituindo-se portanto, de parte independente.

    Fig. 18 - Tipos de castelos utilizados nas Vlvulas Globo

    Assim sendo, os exemplos de castelos que aqui sero dados servem apenas para aquelasvlvulas nas quais o castelo uma pea separada.Tais tipos de vlvulas das anteriormente citadas so: globo convencional sede simples e dupla,3 vias, e globo tipo gaiola. Na vlvula tipo diafragma a utilizao do castelo praticamenteapenas um meio para fixar o atuador, no contendo a caixa de gaxetas, j que este tipo devlvula no a requer por ser totalmente vedada a possibilidade do fluido penetrar no castelo, amenos que rompa o diafragma obturador. Apenas no caso da vlvula ser utilizada em fluidosaltamente corrosivos ou perigosos (txicos ou inflamveis), que recomenda-se a utilizao decaixa de gaxetas, para proteo adicional caso o diafragma estoure.Normalmente o castelo preso ao corpo por meio de conexes flangeadas e para casos devlvulas globo de pequeno porte, convenciona-se a utilizao de castelo roscado devido ao

    fator econmico, em aplicaes de utilidades gerais como ar, gua, etc., como o caso dasdenominadas vlvulas de controle globo miniaturadas.

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    3.3.9.1 - Tipos de CastelosOs castelos classificam-se em:a) Castelo Normal (CE-1) Fig. 18-a.

    b) Castelo Longo (CE-2). Fig. 18-b.c) Castelo Extra-longo (CE-3). Fig. 18-c.d) Castelo com Fole de Selagem (CE-4). Fig. 18-d.

    a) Castelo Normal o castelo padro utilizado para as aplicaes comuns nas quais a temperatura do fluido estentre -18 a 232C. Esta limitao imposta pelo material da gaxeta j que a sua localizaoest bem prxima do flange superior do corpo e portanto bem prxima do fluido.

    b) Castelo longo semelhante ao anterior, a menos da sua altura que faz com que a caixa de gaxeta fique umpouco mais afastada do fluido.Recomenda-se a utilizao deste tipo de castelo para aplicaes

    com fluidos em temperaturas de -45 540C.

    c) Casteloextra-longo especificado para aplicaes em baixssimas temperaturas ou criognicas como -100 45Cpara evitar que o Teflon das gaxetas congele.

    d) CastelocomfoledeselagemEsse tipo de castelo especificado em casos especiais nos quais seja proibitivo um vazamentopara o meio ambiente atravs da gaxeta. Englobam-se neste tipo de aplicaes especiais, osfluidos radioativos, txicos ou explosivos.Esse tipo de castelo possui no seu interior um fole metlico de ao inoxidvel e soldado de

    modo a formar uma cmara de pressurizao interna, entre a parte do fole e a superfcie dahaste. Evita-se assim, que o fluido (caso seja corrosivo) entre em contato com as paredes docastelo propriamente dito, podendo este ser construdo de simples ao carbono.O fluido no interior do fole produzir uma segunda cmara de pressurizao obtendo-se ofenmeno dos vasos comunicantes. O escoamento do fluido para o interior do fole cessaquando for atingida a equalizao.Entretanto, a utilizao do fole de selagem requer maior fora de operao por parte do atuadorpara vencer o efeito mola do fole. Em caso de necessidade pode-se utilizar um manmetroconectado ao castelo para verificao de um possvel vazamento devido quebra do fole.

    3.3.10 - Conjunto Caixa de GaxetasO propsito do conjunto da caixa de gaxeta o de proporcionar uma selagem contra

    vazamentos dos fluidos do processo.

    Caso no haja boa selagem por meio do conjunto da caixa de gaxetas, haver sempre umvazamento do fluido para o meio ambiente, sempre que a presso do fluido seja superior presso atmosfrica, ou uma entrada de ar, caso a vlvula esteja trabalhando em presses devcuo.O conjunto geral da caixa de gaxetas formado conforme pode ser visto na figura 19; pelosseguintes componentes: flange do prensa gaxetas,prensagaxeta, anisdagaxeta,retentordegraxa, subconjuntodelubrificao, emoladecompresso (caso a gaxeta seja de anis em V"de Teflon). No caso de gaxeta em anis quadrados, como os base de amianto, a mola no necessria, sendo a compresso feita pelo aperto do prensa gaxeta.

    O sistema de lubrificao externa (utilizando caso o material da gaxeta necessite delubrificao) tipo EH-1 especifica-se para vlvulas de dimetro at 4", enquanto que o EH-2(figura 19-c) para dimetros superiores. A vlvula de bloqueio produz uma selagem entre a

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    caixa de gaxeta e o lubrificador evitando assim que o fluido do processo impossibilite aintroduo da graxa lubrificante.

    Fig.19 Tipos de Caixas de Gaxetas Utilizadas nas Vlvulas de Deslocamento Linear da Haste

    3.3.10.1 - GaxetasAs principais caractersticas do material utilizado para a gaxeta, devem ser elasticidade, para

    facilitar a deformao; produzir o mnimo atrito e deve ser de material adequado para resistiras condies de presso, temperatura e corroso do fluido de processo.Os principais materiais de gaxeta so: Teflon e amiantoimpregnado.

    a) Teflon (TFE) o material mais amplamente utilizado devido as suas notveis caractersticas de mnimocoeficiente de atrito, e de ser praticamente inerte quimicamente a qualquer fluido. Devido assuas caractersticas, a gaxeta de Teflon no requer lubrificao externa e a sua principal li-mitao a temperatura, conforme vemos pela tabela 1.

    A gaxeta de Teflon formada de anis em V de Teflon slido, e requer uma constante

    compresso para o seu posicionamento firme e compacto, provida por meio de uma mola decompresso.

    b) Amianto Impregnado: ainda um material de gaxeta bastante popular devido as caractersticas do amiantoadicionadas s de alguns aditivos e facilidade de manuteno e operao. No sendo auto-lubrificante, o amianto utiliza-se impregnado com aditivos tais como Teflon, mica, inconel,grafite, etc. Os limites de uso em funo da temperatura e fluidos para este tipo de gaxeta sodados na tabela 1.Esta gaxeta do tipo quadrada e comprimida por meio do prensa gaxeta. Requer lubrificaoexterna, com exceo ao amianto impregnado com Teflon,

    Recentemente surgiu um novo material de gaxeta denominado de Grafoil. Trata-se de material base de grafite e comercializado em fitas flexveis de vrios tamanhos. um materialpraticamente inerte quimicamente e suporta temperaturas altssimas (o ponto de volatilizao

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    de 3650C). Seu nico inconveniente reside no fato de que produz um certo travamento dahaste, j que por ser fita, ela deve ser enrolada ao redor da haste e socada para compact-laformando diversos anis.

    TABELA 1 -Limite de Temperatura para os Diversos Materiais da Gaxeta, em Funo do tipode Castelo.

    Material da Servio Presses Lubrificao Tipo de CasteloGaxeta Normal Longo Extra-longo

    Teflon Limitado quelesfluidos no atacam oteflon e ao inox tipo3/6 (material da molada gaxeta).

    Lquidos e Gasessecos - 1500 psi

    Vapor - 250 psi

    No -18 232C -45 430C -268 430C

    Amianto comTeflon

    Todo excepto Alcalisquentes e cidohidrofluordrico quente.

    Lquidos e Gasessecos 6500 psiVapor 250 psi

    opcional,pormrecomendada

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

    Amiantografitado comfios de Inconel

    Vapor ou Petrleo Qualquer fluido6500 psi

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

    3.3.11 - Flange InferiorConforme mencionado anteriormente, as vlvulas globo convencionais tipo sede dupla e sedesimples, possuem corpo reversvel e portanto os internos podem ser montados tanto por cima

    como por baixo.

    Para tal ser possvel o corpo deve possuir tambm um flange inferior conforme mostra afigura 20.

    no conjunto do flange inferior que encontramos a bucha inferior para guia do obturador etambm caso necessrio, uma conexo para drenagem. Uma vantagem que possibilita autilizao do flange inferior a sua possibilidade de remover sedimentos, embora isso tambmpossa ser realizado nos corpos fechados embaixo, utilizando-se uma conexo plugada.

    Uma outra vantagem que a utilizao de vlvulas com flange inferior oferece a possibilidadede limitarmos o curso mecanicamente por meio de um conjunto de parafuso e porca. Evitamos

    dessa forma que o obturador feche ou abra totalmente, dependendo de qual a posio de limitede segurana da vlvula. Para produzirmos a devida selagem, utiliza-se um capuz roscado ecom encosto por junta de vedao.

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    Fig. 20 - Conjunto do flange inferior das vlvulas globo convencionais.

    3.3.12 - Tipos de Conexes das Extremidades do Corpo da VlvulaAs vlvulas so presas tubulao por meio do tipo de conexes localizadas nas extremidadesdo corpo das vlvulas. Tais tipos podem ser: a) rosqueadas;b) flangeadas;c) semflangese d)soldadas.

    As conexes das extremidades do corpo, tipo rosqueadas (Figura 21-a) so limitadas autilizao em apenas vlvulas de pequeno porte (no mximo at 2" de dimetro) e paraservios auxiliares no corrosivos em presses de at 600 psi. O tipo de conexo rosqueadamais comumente utilizada o normalizado pela ANSI B 2.1, tambm denominada de roscaN.P.T.

    O tipo de conexo mais amplamente utilizado sem dvida alguma a flangeada, (Figura 21-b)que pode ser executada conforme as Normas ANSI, DIN ou ISO, embora prevalea, aqui noBrasil, uma predominncia quase que total dos flanges conforme Norma ANSI (NormaAmericana).

    Em funo dos limitescombinados depresso etemperatura, doravante aqui denominados porapenas 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 detrabalho (em psi), sem choques a uma determinada temperatura. Para as vlvulas de aocarbono, essa temperatura de 260C para a classe 150 lbs e de 450C para as demaisclasses. Para os flanges de ao liga de ao inoxidvel essas temperaturas variam conforme omaterial, sendo mais altas do que as correspondentes para o ao carbono. A classe do flange

    determinada pelo tipo de servio requerido, material especificado, presso e mximatemperatura do fluido.

    Os vrios tipos de conexes flangeadas apresentam diferentes tipos de acabamento dasfaces dos flanges, no intuito de possibilitar um melhor aperto entre o flange da vlvula e oflange da tubulao, conforme aumente a classe de presso da vlvula. Na figura 21-b vemosesquematicamente os vrios tipos de faceamento das conexes flangeadas.

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    Fig. 21 - Tipos de conexes e de faceamentos das extremidades em vlvulas de controle

    Alguns tipos de vlvulas de recente desenvolvimento tem apresentado um desenho de corposem flangeno intuito de uma maior padronizao e economia. Neste grupo de vlvulas com

    corpo sem flanges, encontramos uma grande parte das vlvulas tipo rotativas. A instalaodestas vlvulas d-se entre o par de flanges da tubulao, conforme pela figura 21(c).Apresentam maior facilidade de instalao j que o alinhamento no um fator to crticoquanto no caso das vlvulas com conexes flangeadas. Utiliza-se normalmente uma juntaplana e os corpos no apresentam acabamento com ressalto. Em aplicaes com fluidos altas presses, altas temperaturas ou grandes flutuaes de temperatura recomenda-se autilizao de conexes das extremidades soldadas.Devem ser tomados os devidos cuidadosde verificao se o material do corpo compatvel, para efeito de solda, com o material datubulao. Existem dois tipos de conexes com extremidades soldadas: solda de encaixe esolda de topo.

    Com solda de encaixe, figura 21(d) conforme Norma ANSI B16.11 so especificadas vlvulas

    de at 2 de dimetro, enquanto que para dimetro superiores, normalmente, utiliza-se a soldade topo (figura 21(d)) conforme Norma ANSI B16.25.

    A distncia do face a face entre os flanges das vlvulas com conexes flangeadas at classe600 lbs inclusive normalizada pela ISA RP 4.1, exceo feita s vlvulas tipo Diafragma eangular. Na tabela 3.2 so dadas as medidas dessas distncias do face a face conforme anorma da ISA RP 4.1.

    Tabela 3.2 - Distncia do Face a Face entre as flanges (ISA RP 4.1)

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    Dimetro daVlvula(poleg.)

    Distncia do Face a Face (mm)

    Classes

    125 lbs (Ferro)150 lbs (Ao)

    Classes

    250 lbs (Ferro)300 lbs (Ao)

    Classe

    600 lbs (Ao)

    1/2

    3/4

    1

    1.1/2

    2

    2.1/2

    3

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    _

    _

    184

    222

    254

    276

    298

    352

    450

    542

    673

    736

    889

    1016

    190

    194

    197

    235

    267

    292

    317

    368

    473

    568

    708

    774

    927

    1057

    203

    206

    210

    251

    286

    311

    337

    394

    508

    610

    752

    820

    972

    1108Tabela 3.2 - Distncia do Face a Face entre as flanges (ISA RP 4.1)

    As conexes flangeadas conforme Normas DIN (Norma Europia) e ISO (Norma Internacional)so tambm executadas embora a distncia do face a face entre os flanges seja o dado para aNorma ANSI.

    Devemos salientar e esclarecer a diferena existente entre as Normas ANSI eDIN. Enquanto que pela Norma ANSI, definimos atravs da classe uma presso nominal detrabalho uma elevada temperatura, a Norma DIN define uma presso nominal de trabalho atemperatura ambiente. Em outras palavras, enquanto que pela Norma ANSl um flange classe300 lbs em ao carbono ASTM A 216 Grau WCB est limitado a uma operao de 19,6 kg/ cm 2de presso a temperatura de 450C a 120C, um flange DIN de classe "equivalente" ou sejaDIN PN 16 limita uma presso de trabalho de 16 kg/cm2, uma temperatura de at 120C. Isso

    nos demonstra que na realidade no h equivalncia entre as classes dos flanges conformenormas ANSI e DIN, pois podemos utilizar um flange classe 300 lbs (ANSI) em presses detrabalho superiores a um flange DIN PN 16 que seria o seu "equivalente".

    Corpos flangeados podem ser removidos facilmente da tubulao. O acabamento das faces determinado pelo tipo de junta a ser utilizada. Um acabamento tipo face com ressalto com umajunta o mais comum para aplicaes com classes at 600 lbs ANSI.

    3.3.13 - Juntas para FlangesEm todas as conexes (extremidades do corpo caso forem flangeadas, flange do castelo eflange inferior se houver), existe sempre uma junta que o elemento de vedao.

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    Quando em servio, a junta est submetida a uma forte compresso provocada pelo aperto dosparafusos, e tambm a um esforo de cisalhamento devido a presso interna da do fluido

    circulante.O material da junta deve ser deformvel e elstico, para compensar as possveisirregularidades das faces dos flanges proporcionando uma vedao perfeita, e para suportaras variaes de presso e de temperatura. O material dever resistir tambm as aes dofluido e as condies extremas de temperatura.

    Em flanges de face com ressaltousam-se juntas em forma de coroa circular, cobrindo apenas oressalto dos flanges, por dentro dos parafusos (figura 22-a). As juntas usadas com flangesde face planacobrem a face completa dos flanges, inclusive a furao dos parafusos figura 22-b). Para os flanges de face parajunta de anel, (RTJ), usam-se juntas de anel metlico macio epara os flanges com faceamento tipo macho e fmea, as juntas so em forma de coroa circular

    estreita.Nas vlvulas de controle tipo globo convencional, serie 900, tanto o flange do castelo quanto oflange inferior possui normalmente faceamento tipo macho e fmea, enquanto que ofaceamento dos flanges das extremidades do corpo pode ser plano, com ressalto, junta de anelou macho e fmea.Na vlvula globo tipo gaiola, utiliza-se no flange do castelo, junta tipo espiralada em aoinoxidvel com enchimento de amianto ou Teflon. O posicionamento desta junta, entre agaiola e o flange do castelo, que sendo normalmente de materiais diferentes apresentamportanto diferentes coeficientes de dilatao trmica. A junta espiralada absorve tais dilataes.

    So os seguintes os tipos usados de juntas para flanges:

    a) Juntas no-metlicas (figuras 22 a e b) so sempre juntas planas, usadas para flangescom faceamento plano, com ressalto, ou tipo macho e fmea. As espessuras variam de 1/32" a1/8" , sendo 1/16" a espessura utilizada para classes at 300 lbs. Os principais materiaisutilizados so, papelo hidrulico para baixas presses e temperatura ambiente, grafitado paraaplicaes de at 400C e 48 kg/cm2.

    b) Juntas metlicas em espiral (figura 22-c) -juntas metlicas, normalmente em aoinoxidvel, torcidas, em espiral e com enchimento de amianto ou Teflon, para serem utilizadasem aplicaes com grandes variaes de presso e temperatura. Caso o enchimento seja deTeflon o uso deste tipo de junta limitado a temperatura de no mximo 232C, enquanto queas com amianto, at uma temperatura de aproximadamente 540C.

    c) Juntas Metlicas Folhadas (figura 22-d) juntas metlicas, normalmente em aoinoxidvel com formato corrugado e enchimento de amianto ou Teflon. Para utilizao emcasos iguais juntas metlicas em espiral.

    d) Juntas metlicas macias (figura 22-e) so juntas metlicas com faces planas ouranhuradas. Usam-se essas juntas com flanges de faceamento com ressalto (para pressesmuito altas), e com flanges de faceamento tipo macho e fmea. Os materiais normalmenteso de ao inoxidvel ou ao carbono, ou outrosconforme a aplicao.Esta junta aplicadas em temperaturas superiores a 540C.e) Juntas metlicas de anel(figur22-f e g) so anis metlicos e macios de seo ovaladaou octogonal, sendo a ovalada a mais comum. As dimenses do anel so padronizadas pela

    ANSI B 16.20. Esses anis so geralmente de ao inoxidvel ou ao carbono ou outrosconforme a aplicao. Este tipo de junta apenas utilizada exclusivamente so os flanges defaceamento para junta de anel classes 900 e 1500 lbs.

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    Fig. 22 Tipos de Juntas para as Conexes Flangeadas

    3.4 VLVULAS DE DESLOCAMENTO ROTATIVO DA HASTENos ltimos anos tem-se notado um substancial aumento no uso das vlvulas denominadas derotativas. Basicamente estes tipos de vlvulas apresentam vantagens e desvantagens. Nasvantagens podemos considerar baixo peso em relao aos outros tipos de vlvulas, desenhosimples, capacidade relativa maior de fluxo, custo inicial mais baixo, etc. Dentre asdesvantagens citamos a limitao em dimetros inferiores a 1" ou 2" e quedas de presso

    limitadas principalmente em grandes dimetros e forte tendncia a cavitao.

    3.4.1 - Vlvulas de Controle Tipo Borboleta talvez a mais comum das vlvulas rotativas utilizadas para controle. A vlvula borboleta,conforme vemos pela figura 23, consiste de um corpo tipo anel circular, no interior do qualoscila entre dois mancais um disco que faz a funo do obturador. A sede nesta vlvula aprpria parede interna do corpo. Nota-se desde j uma enorme simplicidade de desenho. O seucorpo na maioria dos desenhos sem flange ou como mais comumente conhecido tipo wafer,com construo possvel em dimetros de 2 at 24".Para dimetros superior, 30" at 60", o corpo possui flanges conforme a norma especfica.

    Fig. 23 Vlvula Tipo Borboleta

    O desenho de corpo mais comum o tipo "wafer", sendo preso tubulao entre par deflanges conforme mostra a figura 24. Pelo fato do corpo no possuir flanges, no costumeespecificar a vlvula borboleta "wafer"pela classe de presso conforme ANSI, como feito nasvlvulas flangeadas.

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    Convenciona-se especificar a vlvula borboleta "waferpara uma determinada queda mximade presso quando totalmente fechada e a 60 de abertura, posio esta definida como cursomximo para aplicaes em controle modulado.

    Quando adequadamente selecionada, a vlvula borboleta geralmente em dimetros de 4" esuperiores, oferece a vantagem de simplicidade, baixo custo, pouco peso, menor espao deinstalao e razovel caracterstica de vazo. Para temperaturas e presses elevadas, avlvula borboleta com corpo internamente revestido oferece ainda uma vedao estanque.

    Fig. 24 - Montagem da Vlvula Borboleta Tipo Wafer.

    Vamos, da mesma forma que fizemos na vlvula globo, analisar o desempenho da fora dofluido sobre o disco da vlvula borboleta.

    Quando a vlvula esta fechada ou completamente aberta figura 25-a, as foras originarias dapresso do fluido so balanceadas em ambos os lados e portanto no h resultante de foratorsorapara nenhum lado.

    Quando porm, a vlvula est parcialmente aberta como mostra a figura 25-b, no existe maistal equilbrio, surgindo uma fora resultante, que tende fechar sempre a vlvula, qualquer queseja a direo do fluido, fato pelo qual cria-se uma regio de distribuio desigual de pressoatravs de toda a extenso do disco entre uma e outra borda no lado de entrada do fluxo.

    Podemos notar pela figura 25-b, que a resultante das foras atuantes no semi-disco primeiro(vai desde a primeira borda at o centro do disco) maior que a resultante das foras agindono semi-disco segundo (vai do centro do disco at a segunda borda).Essa desigualdade de fora produz um momento torsor que tende fechar a vlvula, e essemomento torsor que limita a presso diferencial de operao da vlvula em diferentes graus deabertura, j que para cada ngulo de abertura teremos uma fora torsora diferente e portanto

    um momento torsor diferente.Do lado do disco jusante temos a formao de foras que aumentam conforme a velocidadedo fluxo.Atravs do grfico da figura 26, podemos ver o desempenho e gradiente do torque resultanteagindo sobre o disco, em funo do grau de abertura da vlvula. Nota-se que o torqueaumenta rapidamente a partir da abertura de 40 alcanando um mximo aproximadamente a70 para depois cair abruptamente indo a zero para 90 de abertura.

    Em funo disso, aconselha-se restringir a utilizao das vlvulas borboleta para controle emcursos de 0 a 60 de abertura, isto , proporcionar a mxima capacidade de fluxo a 60 deabertura. Desta forma podemos utilizar atuadores de tamanho normal.

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    Fig. 26 Grfico do Torque VS abertura da vlvula borboleta.

    Possuindo um corpo cujo formato lhe possibilita a utilizao de revestimento interno comelastmeros, a vlvula borboleta encontra uma ampla faixa de aplicaes, mesmo em fluidoscorrosivos, tornando-se para tais aplicaes uma soluo bastante econmica. Em funo dotipo de assentamento podemos classificar as vlvulas borboleta da seguinte forma:

    a) Vlvula borboleta com corpo revestido internamente. Assento tipo composto, ou seja metal-elastmero, conforme mostra a figura 27-a.

    b) Vlvula borboleta com corpo sem revestimento. Assento tipo composto, conforme mostramas figuras 27-b e 27-c

    c) Vlvula borboleta com corpo sem revestimento e assento tipo metal-metal: conforme mostraa figura 27-d.

    Fig. 27 Tipos de Assentamento das Vlvulas Borboleta

    3.4.1.1 Vlvula borboleta com corpo revestido internamente utilizada em aplicaes, onde a vedao estanque seja uma necessidade, ou ainda emaplicaes com fluidos corrosivos, atravs da seleo de um elastmero quimicamente inerteao fluido, evitando-se assim, o encarecimento da vlvula. Na figura 28 vemos uma vlvula

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    desse tipo, enquanto que a figura 27-a mostra o seu assentamento. A sua construo bastante simples, consistindo de um anel de borracha que forra internamente a parede docorpo e facilmente removvel. A utilizao deste tipo de vlvula, que pertence a categoria

    denominada linha leve, limitada pela reduzida capacidade que tem de suportar a pressodiferencial (no mximo da ordem de 150 psi) e pela limitao do tipo de borracha em funo datemperatura do fluido.

    O disco neste tipo de vlvula pode ser convencional (disco concntrico) ou de duplo efeito(disco excntrico), como podemos ver pela figura 29. O disco tipo de duplo efeito permite ummaior aproveitamento do assento de borracha, prolongando assim a vida til da vlvula.

    A vlvula borboleta de corpo revestido, fabricada em dimetros de 2 at 24 com conexessem flanges e apresenta uma capacidade de vedao estanque classe VI, conforme a NormaANSI B16.104.

    Fig. 28 Vlvula Borboleta com corpo revestido internamente. Fig. 29 Tipos de disco (a) Convencional; (b) duplo efeito.

    Fig. 30 vlvula borboleta com anel de TFE Fig. 31 Vlvula borboleta com assento de encosto.

    3.4.1.2 Vlvula borboleta sem revestimento e com assento composto.

    Trata-se de uma variante da construo anterior, basicamente utilizada em grandes dimetros.

    O anel de vedao de borracha, normalmente Buna N, encaixado tanto no prprio corpo

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    (figura 27-b) como na borda do disco (figura 27-c), dependendo do tipo de construo. Estavlvula normalmente utilizada em aplicaes com fluidos auxiliares e a baixa temperatura, taiscomo por exemplo gua e ar.

    fabricada em dimetros de 30 a 60 com extremidades flangeadas, conforme o disco dotipo excntrico.

    3.4.1.3 Vlvula borboleta com assento metal-metal

    utilizada em aplicaes onde a temperatura do fluido no permite o uso de elastmero parapossibilitar a vedao.

    Assim sendo, deve ser previsto um ndice de vazamento, quando totalmente fechada, da ordem

    de 3 a 5% da mxima capacidade de vazo da vlvula.

    fabricada em dimetros de 2" a 24" com extremidades sem flanges, para ser instalada entrepar de flanges 150 e 300 lbs, e de 30" a 60" com extremidades flangeadas conforme norma.

    Na figura 32 vemos uma vlvula borboleta com assento metal-metal.

    Fig. 32 Vlvula Borboleta sede metal-metal

    3.4.2 Vlvula Tipo Esfera.Trata-se de um tipo de vlvula cujo obturador nada menos que uma esfera criteriosamente

    vazada para permitir passagem plena ou parcial de um determinado fluido.

    Inicialmente essa vlvula encontrava plena atuao em aplicaes de bloqueio/shut-off, porm

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    face alguma de suas vantagens e em funo do desenvolvimento de desenhos de engenhariaque permitiriam sua utilizao em controle modulado, essa vlvula hoje bastante utilizada emmalhas fechadas de controle, principalmente nas industrias de papel e celulose e em

    aplicaes para lquidos viscosos, corrosivos e com slidos em suspenso.Face ao seu sistema de assentamento com dupla sede, essa vlvula alia o seu bomdesempenho de controle com excelente performance quanto a estanqueidade (tipicamenteclasse IV) e possibilita obter controle do fluido em qualquer direo sem problemas dinmicos.Como desvantagem, esse tipo de vlvula, face caractersticas geomtricas dos seus internos,apresenta uma alta tendncia a cavitao e a atingir condies de fluxo crtico relativasdiferenciais de presso menores que outros tipos de vlvulas.

    Tambm, em funo de suas foras dinmicas provenientes do fluido, ela trabalha com fluidosempre tendendo a fechar e por isso ela uma vlvula no balanceada.

    A figura 33 a seguir nos mostra o desenho em corte, de uma vlvula de controle tipo esfera.

    Fig. 33 Vlvula esfera

    3.4.2.1 Tipos de Esferas.

    a) Esfera de passagem integral

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    Esse interno permite passagem total do fluido quando o ngulo de abertura for de 90o eassim elimina a possibilidade de acomodao de slidos no interior do corpo da vlvula. Essa ,portanto, uma vlvula do tipo auto-limpante (vide figura 33-1).

    b) Esfera de passagem reduzidaEsse interno permite uma reduo na rea de passagem do fluido em at 40% possibilitando,se necessrio, uma reduo da velocidade de sada, correo no ngulo de abertura da vlvulae, absoro de vibraes e energia trmica em corpos de maior tamanho que ocorrem emservios envolvendo flashing, alta velocidade, grandes quedas de presso ou cavitao (videfigura 33-2).

    Fig.33.1 e 33.2 Tipos de Esferas

    3.4.2.2 Tipos de SedeA funo bsica da sede (vide fig.33-3) manter uma boa vedao quando a esfera estfechada. Em diversos modelos de vlvula esfera, a sede utilizada tambm para suportar eguiar a esfera.

    Fig. 33-3 Sede de uma Vlvula Esfera

    Quanto ao material podemos classific-las em dois tipos: resiliente e metlica.

    a) Sede resiliente ou Soft Seat Fabricada com elastmeros e fluorcarbonos, em particular com teflon-PTFE, Vedao estanque.

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    Indicadas para aplicaes On Off. Excelente resistncia a fluidos corrosivos Limite de Temperatura: 230C.

    b) Sede Metlica ou Metal Seat confeccionada em ao inoxidvel com revestimento de Stellite (1), ou ainda em ligas

    especiais. Suporta temperatura acima de 230. Indicada para aplicaes de controle modulante. Suportam altos diferenciais de presso.

    Nota (1): O Stellite uma liga metlica a base de cromo, tungstnio e cobalto, com umadureza superficial de 44 RC. Possui excelente resistncia corroso e tima resistncia eroso e abraso. Foi desenvolvido nos EUA, sendo o n 6 e n 12 os mais utilizados emvlvulas controle.

    3.4.3 Vlvula Tipo Segmento de Esfera.Embora esse tipo de vlvula j venha sendo utilizada em controle a alguns anos, em outrospases, somente agora comea encontrar espao em aplicaes de controle nas industriasbrasileiras.Seu interno possui detalhe em V o que garante alta preciso de controle mesmo em baixasvazes e deste modo oferece uma rangeabilidade de at 350:1. Possui uma nica sede amontante que mantm contato permanente com o segmento de esfera e desse modo eliminaqualquer incrustao na superfcie da esfera, e, como a vlvula esfera tambm do tipo auto-limpante .Outra grande vantagem dessa vlvula est na sua montagem que feita de tal forma que osegmento fixado por dois mancais que garante baixo torque de acionamento econsequentemente, melhor resposta oscilao da varivel do processo. Sua caractersticainerente, assim como as vlvulas esferas sempre do tipo igual porcentagem.

    A figura 34 nos mostra o desenho, em corte, de uma vlvula tipo segmento de esfera.

    Fig. 34 Vlvula Tipo Segmento de Esfera

    4) MATERIAIS PARA A CONSTRUO DE UMA VLVULA DECONTROLE

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    4.1) INTRODUO

    A seleo do adequado material para construo de uma vlvula um fator de fundamental

    importncia. A sua escolha depende das propriedades e caractersticas do fluido em processo:presso, temperatura, corrosividade e erosividade.

    Cabe, sem dvida alguma, ao usurio conhecer perfeitamente as caractersticas dos fluidos desua planta industrial, quanto aos efeitos corrosivos e erosivos. A escolha do material da vlvula uma responsabilidade do usurio, podendo este ser suportado tecnicamente pelo fabricanteda vlvula.

    4.2) MATERIAIS PARA CONSTRUO DO CORPOA seleo do material para o corpo da vlvula, ou mais propriamente, para as partes da vlvulaque contm a presso do fluido, depende das seguintes condies do fluido: presso,temperatura, corroso e eroso.

    4.2.1) REQUISITOS QUANTO A PRESSO E TEMPERATURA DO FLUIDO

    As classes de presso e temperatura para as partes que esto sob presso foramestabelecidas pelo ANSI (American National Satndards Institute), para os materiais comumenteutilizados.Os materiais recomendados, quanto aos requisitos fsicos e qumicos so dados pelas Normasda ASTM (American Society for Testing and Materials)

    Na figura 1 do Apndice B, tabelamos os principais tipos de materiais para uso em corposfundidos e sua respectiva designao da ASTM, assim como, seus limites mnimos e mximos

    de temperatura.As diversas classes de presso para os materiais fundidos, mais comumente utilizados emvlvulas, so definidas pela Norma ANSI B-16, conforme grficos das figuras 4 a 8 doApndice B.

    A figura 2 do Apndice B, mostra a tabela para a adequada seleo dos materiais dosprisioneiros e porcas em funo do material utilizado no corpo da vlvula.

    4.2.2) REQUISITOS QUANTO A RESISTNCIA CORROSO

    costume utilizar como guia de orientao, as diversas tabelas publicadas em compndios

    tcnicos, quanto a capacidade de resistncia corroso dos diversos materiais. Todaorientao neste sentido no deve ser considerada como definitiva, j que praticamenteimpossvel, catalogar com absoluta certeza as inmeras aplicaes, face s variaes que apresso, temperatura e concentrao, exercem sobre a caracterstica corrosiva do fluido.

    Apresentamos no Apndice B, tabelas contendo materiais resistentes a corroso para uso emvlvulas de controle e gaxetas.

    4.2.3) REQUISITOS QUANTO A RESISTNCIA EROSO

    Define-se como eroso aos danos provocados pelo choque de partculas, provenientes dofluido, em alta velocidade sobre as superfcies do material. Na prtica, as principais ocorrnciasde eroso em vlvula de controle, acontecem em aplicaes com fluidos tipo lamacentos(slurries), lquidos com arraste de slidos e lquidos sob flashing.

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    A seleo dos materiais, para as partes esto submetidas a uma determinada presso, bastante limitada. No geral adota-se a utilizao de um tipo de vlvula que permita um

    revestimento interno, como por exemplo: vlvula borboleta.Nos casos de flashing, o aumento de vida til, na prtica, conseguido atravs da utilizaode materiais com ligas de cromo, como por exemplo: ASTM A 217 Grau C5 ou ASTM A 351Grau CF 8M.

    4.3) MATERIAIS PARA CONSTRUO DE INTERNOSAs partes interna que incluem obturador, anel da sede, gaiola, haste do obturador, buchas deguia e partes da caixa de gaxetas, apresentam uma maior variedade de possibilidades tcnicase econmicas de materiais para construo. A seleo dos materiais para internos, geralmente definida levando em considerao os seguintes parmetros: corrosividade, eroso

    e temperatura do fluido.

    Na figura 3 do Apndice B, mostramos os principais materiais utilizados na fabricao dosinternos, assim como as sua propriedades e limitaes.

    Na figura 10 do Apndice B, mostramos os elastmeros mais utilizados nas partes internas deuma vlvula.

    4.3.1) REQUISITOS QUANTO A RESISTNCIA CORROSOConforme j mencionado anteriormente, costume utilizar como guia de orientao, asdiversas tabelas publicadas em compndios tcnicos, quanto a capacidade de resistncia corroso dos diversos materiais. Toda orientao neste sentido no deve ser considerada comodefinitiva, j que praticamente impossvel, catalogar com absoluta certeza as inmerasaplicaes, face s variaes que a presso, temperatura e concentrao, exercem sobre acaracterstica corrosiva do fluido.

    Apresentamos no Apndice B, tabelas contendo materiais resistentes a corroso para uso emvlvulas de controle.

    4.3.2) REQUISITOS QUANTO A RESISTNCIA EROSOO obturador e o anel da sede, so sem dvida alguma, os componentes da vlvula mais

    susceptveis a danos por eroso.

    Numa vlvula de controle podemos ter diversos tipos de eroso em funo de sua causa.

    Assim sendo, podemos ter a eroso-abrasiva, a eroso-cavitativa, a eroso-corrosiva e aeroso por choque do fluxo alta velocidade. Todos esses tipos de eroso so prejudiciais vida til dos internos, alm de poderem prejudicar o desempenho da caracterstica de vazo e orequisito de estanqueidade da vlvula quando fechada.

    Qualquer que seja o tipo de eroso na vlvula, a especificao de internos endurecidos, ouento fabricados com materiais mais duros que o ao inoxidvel 316, a soluo

    recomendada.

    Como exemplo, a seguir mostraremos na figura 35 os tipos de revestimentos com Stellite a que

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    pode ser submetido um obturador de uma vlvula globo convencional:

    Fig.35 Tipos de Revestimentos do Obturador com Stellite

    Mostramos a seguir os materiais, normalmente, utilizados na fabricao de internos, agrupadosem ordem crescente de resistncia eroso:BronzeAlloy 20Hastelloy B e CAo Inox Tipo 316Ao Inox Tipo 304Monel Tipo K

    Ao Inox Tipo 17-4 PHInconelAo Inox Tipo 304 e 316 com revestimento de stelliteAo Inox Tipo 440CCermica.

    5) CLASSE DE VEDAO DE UMA VLVULADefine-se como classe de vedao, classe de vazamento ou classe de estanqueidade (ShutoffClass) de uma vlvula, como sendo o mximo vazamento permissvel que escoa atravs da

    vlvula quando esta se encontra na posio fechada.

    Nas tabelas 3 e 4 a seguir mostraremos a classificao de fluxos de vazamentos permissveis

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    determinados pela Norma ANSI /FCI-70-2:

    CLASSE DEVEDAO

    DEFINIO DO FLUXODE VAZAMENTO

    TIPOS DEVLVULAS

    Classe IQualquer vlvula pertencente asclasses II, III ou IV, pormmediante acordo entre fabricantee usurio

    Vlvulas listadas nas classes II, III eIV

    Classe II

    Vazamento de at 0,5% damxima capacidade da vlvula

    Vlvulas globo sede duplaVlvulas globo gaiola balanceadascom anel de selagem. Superfcie deassentamento metal-metal

    Classe III

    Vazamento de at 0,1% damxima capacidade da vlvula

    Vlvulas listadas como pertencentes classe II, porm possuindo umamaior fora de assentamento

    Classe IV

    Vazamento de at 0,01% damxima capacidade da vlvula

    Vlvulas globo sede simples comassentamento metal-metalVlvulas globo sede simplesbalanceadas com anis de vedaoespeciais

    Classe V

    Vazamento de at 0,0005 cm3 porminuto de gua por polegada dedimetro do orifcio, por psi depresso diferencial

    Vlvulas listadas na classe IV,porm utilizadas com atuadoressuperdimensionados para aumentara fora de assentamento

    Classe VI

    Vazamento conforme listados natabela abaixo

    Vlvulas globo com assentamentocomposto (soft-seat)Vlvulas borboletas revestidas comelastmeros, ou com anis devedaoVlvulas esfera com anis de TFEVlvula DiafragmaVlvula de obturador excntrico comassentamento composto

    Tabela 3 Classes de Vedao de uma Vlvula

    VAZAMENTOS PERMISSVEIS NAS VLVULAS CLASSE VI

    DIMETRO NOMINAL DO VAZAMENTO MXIMOORIFCIO DE PASSAGEM PERMISSVEL

    POLEGADAS cm3/minuto bolhas/minuto

    1 0,15 1

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    1. 0,30 22 0,45 3

    2. 0,60 4

    3 0,90 64 1,70 116 4,00 278 6,75 45

    Tabela 4 Vazamentos Permissveis em uma Vlvula Classe VI

    6 CARACTERSTICA DE VAZO DE VLVULAS DE CONTROLE6.1 INTRODUO.

    A escolha de adequada caracterstica de vazo de uma vlvula de controle, em funo da sua

    aplicao em um determinado processo, continua sendo um assunto no somente bastantecomplexo, como principalmente muito controvertido. Os problemas a serem resolvidos sorealmente complexo, comeando pelo prprio dilema de qual deve ser a frao da queda depresso total do sistema que deve ser absorvida pela vlvula de controle. E ainda, face s

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    interferncias instaladas no sistema, como a prpria tubulao, desvio, redues,equipamentos, malha de controle, etc.

    Objetivo, neste captulo, o de definir diversos parmetros principais, explicar as suasdiferenas e dar algumas regras prticas que possam auxiliar na escolha da corretacaracterstica de vazo de uma vlvula de controle.

    Antes de iniciarmos, porm, devemos salientar que a seleo da caracterstica de vazo deuma vlvula no um problema apenas relativo vlvula mas tambm ao sistema de controlecompleto e instalao.

    6.2- CARACTERSTICA DE VAZO.

    Como j visto, o deslocamento do obturador de uma vlvula em relao sede, produz umarea de passagem que possui uma relao caracterstica entre a frao do curso da haste e acorrespondente vazo que escoa atravs do orifcio de passagem. A essa relao denominou-se caracterstica de vazo da vlvula. Essa caracterstica, terica, obtida sob condio depresso diferencial constante, o que na prtica no ocorre e faz com que a vazo real sejadiferente pois ela depende do valor da presso diferencial. Para diferenciar o resultado tericodo prtico classificou-se em duas caractersticas de vazo que so:

    6.2.1 - Caracterstica inerente ou intrnseca

    definida como sendo a relao existente entre a vazo que escoa atravs de uma vlvula e acorrespondente variao percentual do curso, quando mantido constante a presso

    diferencial atravs da vlvula. Ela constatada atravs de teste em laboratrio especial erepresentada atravs de grficos especficos. Sua obteno conseguida pela caracterizaogeomtrica do obturador da vlvula ou pelo formato da janela da gaiola e pode ser do tipoabertura rpida, linear, igual porcentagem ou parablica modificada.

    6.2.2 - Caracterstica de vazo efetiva ou instalada

    definida como sendo a caracterstica real de vazo que a vlvula oferece quando instalado noprocesso e portanto sujeita s condies reais de operao onde a presso diferencial no mantida constante.

    6.3 CURVAS CARACTERSTICAS DE VAZO INERENTE.

    6.3.1 Abertura rpida

    Trata-se de uma caracterstica que produz uma mxima variao da vazo atravs da vlvulacom o mnimo curso. Esse tipo de vlvula possibilita a passagem de quase que a totalidade da

    vazo nominal com apenas uma abertura de 25% do curso total.

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    Vlvula de abertura rpida produz um ganho muito alto com pequenas aberturas e um ganhomuito baixo em abertura acima de 80%, por isso ela recomendada apenas em aplicaes queadmite controle on-off.Na figura 36 pode-se analisar o comportamento da vlvula.

    Fig. 36 - Curva caracterstica de vazo tipo abertura rpida

    6.3.2 Linear

    a caracterstica pela qual iguais incrementos de curso determinam iguais variaes de vazo.Assim, a vazo varia do valor mnimo ao mximo de forma proporcional posio da haste davlvula e portanto sua forma grfica de uma reta de declive unitrio e constante em qualquerponto do seu curso, produzindo um ganho constante.

    Sob o ponto de vista terico, a melhor curva para controle modulado, porm na prtica muito provvel que seu comportamento linear no seja mantido e por isso seu uso restrito.

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    Fig. 37 - Caracterstica de vazo inerente tipo linear

    6.3.3 Igual porcentagem.Este tipo de vlvula se caracteriza pelo fato de que acrscimos iguais no curso da hasteproduzem porcentagens iguais ao acrscimo em relao vazo do momento. Em nmero,uma variao de 10% de abertura, entre 50 a 60% do mximo, varia a vazo de 14 a 21% davazo mxima. Os mesmos 10% de abertura, na mesma vlvula entre 80 a 90% da varia avazo de 46 a 69%. Matematicamente podemos expressar esta caracterstica atravs da

    seguinte equao:

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    mnQ

    mxQdadeRangeabiliR

    cursox

    mxx

    Rk

    inicialvazoQ

    Onde

    eQQ

    o

    Kxo

    ==

    =

    =

    =

    =

    log

    :

    Esta caracterstica de vazo pode ser analisada atravs da figura 38, onde fica constatado quea mesma no comea no ponto de vazo igual a zero. Esta curva se caracteriza por apresentarbaixo ganho de vazo no incio da abertura e um aumento progressivo do mesmo na medidaque a abertura aumenta.

    Essa curva caracterstica foi introduzida para compensar o ganho de sistemas no lineares,porm aps sua introduo constatou-se sua eficcia na compensao de variaes da quedade presso que ocorrem nas vlvulas de controle instalada.

    Fig. 38 - Caracterstica de vazo inerente, tipo igual porcentagem.

    6.3.4 Parablica modificada.Trata-se de uma caracterstica de vazo intermediria entre a linear e a igual porcentagem,conforme podemos constatar pelo grfico de figura 39.No possui uma definio exata, como as caractersticas anteriores, pelo fato de ser umacaracterstica modificada.Apresenta um ganho crescente ao longo de toda abertura, porm com uma variao menor doque da curva igual porcentagem

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    Fig. 39 - Caracterstica de vazo inerente tipo parablica modificada.

    6.4 - CARACTERSTICA DE VAZO INSTALADA.Instalada a vlvula de controle no processo, a sua caracterstica de vazo inerente sofreprofundas alteraes. O grau de alteraes depende do processo em funo do tipo deinstalao, resistncias relativas ao fluido, etc. Nessa situao, a caracterstica de vazo

    inerente passa a denominar-se de caracterstica de vazo instalada.Vamos, com auxlio do sistema dado na figura 40, apresentar algumas significantes alteraesque as caractersticas de vazo inerente sofrem. No grfico da figura 41, vemos a distribuio

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    das perdas de presso do sistema e a correspondente presso diferencial destinada a serabsorvida pela vlvula.

    Dependendo da relao, Pr, entre a queda da presso atravs da vlvula e a queda de pressototal do sistema, a caracterstica de vazo instalada pode alterar-se consideravelmente e, o que mais interessante, que se a caracterstica de vazo inerente for linear, esta tende a aberturarpida conforme a relao Pr, diminua, enquanto que as caractersticas inerentes igualporcentagem e parablica modificada, tendem a linear conforme podemos acompanhar pelasfiguras 41.1, 41.2 e 41.3:

    Fig. 40 Sistema de Bombeamento utilizado para o estudo Fig. 41 Distribuio das perdas de pressoda caractersticas de vazo instalada.

    .

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    Fig. 41.1 Caracterstica de Vazo Instalada, utilizando-se Fig. 41.2 Caracterstica de Vazo Instalada, utilizando-sede uma caracterstica de vazo inerente tipo de uma caracterstica de vazo inerente tipolinear, no sistema de controle dado na fig.41 porcentagem, no sistema de controle dado na

    fig.41

    Fig. 41.3 Caracterstica de Vazo Instalada, utilizando-sede uma caracterstica de vazo inerente tipoparablica, no sistema de controle dado nafig.41

    Embora, para podermos afirmar categoricamente qual a melhor caracterstica de vazoinstalada devemos realizar um levantamento completo das perdas de presso do sistema,pode-se concluir que, do fato da caracterstica de vazo instalada tipo linear ser a melhorsoluo para a estabilidade do processo, na maioria dos casos a melhor escolha seria umacaracterstica de vazo inerente tipo igual porcentagem ou a do tipo parablica modificada, poisapresentam uma tendncia, uma vez instaladas, para linearizao como podemos acompanharpelos grficos das figuras. Isto ocorre, convm lembrar, sempre que no seja a vlvula decontrole que absorve a maior parte da queda de presso dos sistema. Vemos portanto que o

    quanto da queda de presso disponvel pelo sistema absorvida pela vlvula, um fatorimportantssimo para a caracterstica de vazo instalada e portanto para o sucesso do controle.6.5 COMO SELECIONAR A CARACTERSTICA DE VAZO

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    Face a todo o exposto, podemos ter agora uma idia, pelo menos da complexidade do assuntoe da existncia de diversas experincias, das quais foram obtidos dados prticos de muitaimportncia.

    Para estabelecer-se de forma correta a adequada caracterstica de vazo, na realidade hpossibilidade de uma anlise dinmica do sistema, verificando-se a queda de presso real a serabsorvida pela vlvula, fato esse que somente pode ser obtido por meio do levantamento dascurvas da bomba e das perdas localizadas.

    Na tabela 5 a seguir so mostradas de forma resumida, algumas regras prticas queeventualmente podem auxiliar na seleo da adequada caracterstica de vazo. Tais regrasdevem apenas serem utilizadas com devidas precaues, j que como dissemos anteriormente,apenas uma anlise dinmica do sistema que pode de forma correta nos indicar qual acaracterstica de vazo recomendada para termos um sistema de controle estvel.

    A experincia e inmeras anlises realizadas nos mostram que melhor, em casos de dvidas,escolhermos a caracterstica igual porcentagem ou a parablica modificada.Utilizando-se de uma caracterstica de vazo linear onde por exemplo, uma igual porcentagem

    seria bem melhor, geralmente nos conduz a um sistema instvel. Contudo, a recprocararamente produz instabilidade no sistema.

    GUIA PRTICO PARA A SELEO DA CARACTERSTICA DE VAZO

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    VARIVEL DOPROCESSO A SER

    CONTROLADA

    CONDIESDO

    PROCESSO

    CARACTERSTICADE VAZO A

    SER UTILIZADA

    NvelLquido

    Queda de presso constante

    Diminuindo a queda de presso com o aumento de vazo: sea queda de presso vazo mxima for maior que 20% daqueda de presso vazo mnima

    Diminuindo a queda de presso com o aumento de vazo: sea queda de presso vazo mxima for menor que 20% daqueda 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

    Linear

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Linear

    Abertura Rpida

    Presso

    Lquido

    Gases. Sistemas rpidos: volume pequeno, trecho de menosde 3 metros de tubulao jusante da vlvula de controle

    Gases. Sistemas lentos: volume grande ( o processo possueum receptor, sistema de distribuio ou linha detransmisso excedendo 30 metros de tubulao jusante).Diminuindo a queda de presso com o aumento de vazo: sea queda de presso vazo mxima for maior que 20% daqueda de presso vazo mnima

    Gases. Sistemas lentos: volume grandeDiminuindo a queda de presso com o aumento de vazo: se

    a queda de presso vazo mxima for menor que 20% daqueda de presso vazo mnima

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Linear

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Vazo

    Sinal do elemento primrio de medio proporcional aofluxo.Grandes variaes de fluxoa) Elemento primrio instalado em srie com a vlvula de

    controleb) Elemento primrio instalado no contorno da vlvula de

    controle

    Pequenas variaes ao fluxo, porm grandes variaes daqueda 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 decontrole

    Sinal do elemento primrio de medio proporcional aoquadrado do fluxo.Grandes variaes de fluxoa) Elemento primrio instalado em srie com a vlvula de

    controleb) Elemento primrio instalado no contorno da vlvula de

    controle

    Pequenas variaes de fluxo, porm grandes variaes dequeda de presso com o aumento da vazoa) Elemento primrio instalado em srie com a vlvula de

    controleb) Elemento primrio instalado no contorno da vlvula de

    controle

    Linear

    Linear

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Linear

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Igual Porcentagem/Parablica Modificada

    Tabela 5 Guia Prtico para Seleo da Caracterstica de Vazo de uma Vlvula

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    ___________________________________________________________________________

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    7) DIMENSIONAMENTO DE UMA VLVULA DE CONTROLE7.1) INTRODUAONeste captulo abordaremos os dois principais clculos utilizados no dimensionamento de uma

    vlvula de controle: Clculo do Coeficiente de Vazo (CV) e Clculo do Nvel de Rudo.

    Normalmente as informaes necessrias para o correto dimensionamento de uma vlvula decontrole podem ser agrupadas nos seguintes itens:a) Dados quanto ao Fluxo

    a.1) Vazo ( mxima, normal e mnima)a.2) Presso montante (P1) e jusante (P2) para vazo mxima, normal e mnima.

    b) Dados quanto ao fluidob.1) Identificao do fluido;b.2) Estado do fluido ( lquido, gasoso, mistura de fases)b.3) Densidade, peso especfico ou peso molecularb.4) Temperatura do fluidob.5) Viscosidade ( para lquidos)b.6) Presso de vaporizao (para lquidos)

    c) Dados quanto a influncia da tubulaoc.1) Existncia ou no de redues ou outros dispositivos causadores de turbulncia

    junto a vlvula

    7.2 ) CLCULO DO COFICIENTE DE VAZO (CV) DE UMA VLVULADefine-se o coeficiente de vazo (CV) de uma vlvula como sendo o nmero de gales de

    gua em condies normais, que passam por um minuto, atravs da vlvula mantendo-se umaqueda de presso de 1 psi.

    Este coeficiente obtido experimentalmente, embora seja definido em funo da capacidade degua, tambm utilizado para definir a capacidade de fluidos compreensveis, tais comovapores e gases.

    Basicamente, o clculo do dimetro de uma vlvula de controle, consiste em utilizar a equaoadequada, calcular o coeficiente de vazo (CV calculado) e atravs das tabelas publicadas,escolher um CV (CV nominal) de valor sempre maior que o obtido via clculo, e verificar ento odimetro da vlvula correspondente ao CV escolhido.

    A apresentao das equaes para clculo do coeficiente de vazo (CV) divide-se em doisgrupos conforme o tipo de fluido: fluidos incompressveis ou fluidos compressveis

    7.2.1) FRMULA GERAL PARA FLUIDOS INCOMPRESSVEIS

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    A vazo de um fluido incompressvel escoando atravs de uma vlvula de controle pode sercalculado mediante a seguinte equao geral:

    Q = N1.FP.FY.FR.CV . P1 - P2G

    Caso a vazo seja fornecida em unidade de massa no caso de misturas de lquido-gs elquido-vapor, utilizaremos a seguinte equao:

    W = N6.FP.FY.FR.CV . P.

    Onde:Q = Vazo do fluido em GPM ou m3/hW = Vazo do fluido em Kg/h ou Lb/hN1 e N6 = Constantes numricas que dependem das unidades de medidas utilizadas,

    conforme figura 42:

    N Q W P T d, D N1 = 1N1 = 0,865

    GPMM3/h

    --

    psiabars(abs)

    --

    --

    --

    --

    N2 = 890N2 = 0,00214 -- -- -- -- polegmm -- --N3 = 1N3 = 645

    --