MDULO I

Sumrio

5INTRODUO

71. CONCEITOS BSICOS SOBRE VLVULAS DE CONTROLE

71.1 DEFINIO

91.1.1 Um Pouco da Histria do Controle Industrial

101.1.2 Sistemas de Controle Industrial

111.1.3 - Sistema de Controle em Malha Aberta e Fechada

132 CLASSIFICAO

132.1 - CLASSIFICAO DA VLVULA SEGUNDO SEU PRINCPIO DE ACIONAMENTO

133 - TIPOS DE VLVULAS DE CONTROLE

133.1 - INTRODUO

143.2 - TIPOS DE CORPOS

153.3 - VLVULAS DE DESLOCAMENTO LINEAR DA HASTE

163.3.1 -Sede simples

203.3.2 - Sede dupla

223.3.3 - Vlvula de Controle Globo de 3 vias

233.3.4 - Vlvula Globo Tipo Gaiola

243.3.4.1 - Vlvula Globo tipo Gaiola Sede Simples

263.3.4.2 - Vlvula Globo Tipo Gaiola Balanceada

273.3.5 - Vlvula de Controle Tipo Diafragma

283.3.6 - Vlvula de Controle Bi-partida

293.3.7 - Internos de Vlvulas Globo

303.3.7.1 - Internos da Vlvula Globo Convencional

313.3.8 - Tipos de Guia do Obturador Vlvula Globo

333.3.9 - Castelo

353.3.9.1 - Tipos de Castelos

363.3.10 - Conjunto Caixa de Gaxetas

383.3.10.1 - Gaxetas

393.3.11 - Tipos de Conexes das Extremidades do Corpo da Vlvula

413.3.12 - Juntas para Flanges

443.4 VLVULAS DE DESLOCAMENTO ROTATIVO DA HASTE

443.4.1 - Vlvulas de Controle Tipo Borboleta

473.4.1.1 Vlvula borboleta com corpo revestido internamente

483.4.1.2 Vlvula borboleta sem revestimento e com assento composto.

483.4.1.3 Vlvula borboleta com assento metal-metal

493.4.2 Vlvula Tipo Esfera.

503.4.2.1 - Tipos de Esferas

513.4.2.2 Tipos de Sede

523.4.3 - Vlvula Tipo Segmento de Esfera.

534 - CLASSE DE VEDAO DE UMA VLVULA

555 - ATUADORES PARA VLVULAS DE CONTROLE

565.1 - ATUADOR PNEUMTICO TIPO MOLA E DIAFRAGMA

585.2 - ATUADOR PNEUMTICO TIPO PISTO

595.3 - ATUADOR ELTRICO

626 ACESSRIOS DE UMA VLVULA DE CONTROLE

626.1 - POSICIONADORES

646.1.1 - POSICIONADOR PNEUMTICO

656.1.2 - POSICIONADOR ELETRO-PNEUMTICO

666.1.3 - POSICIONADOR INTELIGENTE

666.2 - BOOSTERS PNEUMTICOS DE VOLUME E DE PRESSO

676.2.1 Boosters de volume

686.2.2 - Booster de presso

686.3 - VLVULAS SOLENIDES

706.4 - CHAVES INDICADORAS DE POSIO

706.5 - TRANSDUTORES ELETROPNEUMTICOS

716.6 - CONJUNTO FILTRO-REGULADOR DE AR

726.7 - VOLANTES MANUAIS

INTRODUO

A vlvula um produto raramente notado pela maioria das pessoas, ainda que ela possua um importante papel na qualidade de nossas vidas.

Cada vez que voc gira uma torneira de gua, usa sua mquina de lavar loua, ajusta o registro de gs do seu fogo, ou pisa no acelerador de seu carro, voc opera uma vlvula.

Sem os sistemas modernos de vlvulas, no haveria gua pura e fresca, ou aquecimento automtico em seu lar. No haveria servios pblicos, alm de madeira e carvo, no existiria nenhuma outra forma de energia.

A produo de plstico seria invivel, assim como no seria to econmico a fabricao de outros tipos de produtos aqui no citados.

Por definio, a vlvula um dispositivo que controla a vazo de um fluido. Nos dias de hoje as vlvulas podem controlar no somente vazo, mas tambm o volume, a presso, a razo (proporo), a direo de lquidos, gases, misturas, ou materiais slidos atravs de um oleoduto, calha ou algo similar.

Elas podem abrir, fechar, modular, regular ou isolar. Seu tamanho pode variar de uma frao de polegada a mais de 30 ps em dimetro.

Podem variar em complexidade de uma vlvula simples de lato disponvel na loja de ferragens a uma to sofisticada, feita de uma liga extica de metal, que podem ser aplicadas em controle de sistema de refrigerao de um reator nuclear.

As vlvulas podem controlar vazo de todos tipos, desde uma fino gs como as substncias qumicas altamente corrosivas, vapor sobreaquecido, misturas abrasivas, gases txicos e materiais radioativos.

Elas podem manipular temperaturas de regio de criognicas a metal fundido, e altas presses de vcuo at milhares de libras por polegada quadrada (PSI).

A vlvula um dos componentes mais bsicos e indispensveis da nossa sociedade tecnolgica moderna. essencial a praticamente todos os processos industriais e a toda produo de energia e fornecimento. Mas um dos produtos mais antigo do conhecimento do homem, com uma histria de milhares de anos.

Para esse tipo de ocorrncia necessrio que se faa uma manuteno corretiva, ou seja, corrigir o problema que causou a parada no programada aps a quebra. Para se evitar esse tipo de ocorrncia importante se trabalhar com sistemas de manuteno preventiva e preditiva, que so formas programadas e planejadas de fazer uma boa manuteno em qualquer tipo de equipamento, essas caractersticas de manuteno tm como principal objetivo de prevenir qualquer tipo de sinistro com o equipamento.

Ento:

Podemos resumir a manuteno preventiva como tendo o objetivo de reduzir as probabilidades de falhas por atuaes em intervalos pr-definidos.

A manuteno preditiva visa realizar a manuteno antes da quebra/falha, e/ou quando as instalaes necessitarem atravs de uma monitorao sistemtica.1. CONCEITOS BSICOS SOBRE VLVULAS DE CONTROLE1.1 DEFINIO

O controle automtico em processos industriais tem desempenhado um papel fundamental no avano da engenharia e dos produtos por ela desenvolvidos, com a reduo de variabilidade, o aumento da produo, o ganho das malhas, etc.

Contudo, no adianta em uma planta industrial possuir o sistema supervisrio mais avanado, os sensores mais confiveis, os transmissores mais precisos e ao menos o engenheiro de processo mais competente se sua malha no responde aos comandos desiguinados pelo sistema.

Para esta malha corresponder a toda a tecnologia aplicada a ela, necessita-se de um elemento final de controle que atendam sua expectativa.

A ISA (Instrument Society of America) define vlvula de controle como sendo um dispositivo operado por um acionador que modula a vazo do fluido em um sistema de controle de processo.

Em outras palavras, vlvula de controle consiste em um conjunto do corpo da vlvula conectado a um mecanismo atuador. O atuador, respondendo a um sinal do sistema controlador, que altera a posio do elemento final de controle de fluxo existente na vlvula. (obturador)

Figura 1 Conjunto da vlvula de controle

1.1.1 Um Pouco da Histria do Controle IndustrialA necessidade de controlar um processo j bastante antiga. Nasceu desde o momento em que o homem passou a manufaturar bens para suas necessidades. Da manufatura saiu o conceito de se sistematizar os procedimentos envolvidos na manufatura de um bem. Surge assim o conceito de processo de manufatura. Estes procedimentos so ordenados e podem ser agrupados em etapas ou fases.

A principal caracterstica do processo de manufatura que o homem era o responsvel pelo controle e pela execuo de todos os procedimentos envolvidos no processo. O problema era que a produtividade era baixa e a qualidade fortemente dependente do ser humano. Com o surgimento da mquina vapor, comea a surgir a idia de se usar mquinas para executar etapas do sistema produtivo. Entretanto as primeiras mquinas a vapor no tinham elementos de controle automtico. Eram ainda dependentes do homem para o controle de suas aes, mas j representavam um avano em termos de fora e velocidade em relao ao ser humano.

Com inveno do regulador mecnico para a presso do vapor, feito por James Watt, a mquina passou a ter um uso industrial importante, pois agora a presso do vapor era regulada automaticamente por um dispositivo, podendo a mquina assim efetuar um trabalho ou uma etapa de um processo. Surge o processo industrial em substituio ao processo de manufatura, onde mquinas realizam parte do processo de produo.

Entretanto, ainda no existia o controle automtico no processo, dado que toda ao da mquina dependia da superviso e atuao do homem. A idia era fazer com que a mquina ganhasse cada vez mais autonomia no processo de fabricao, tal qual ocorreu com o controle do vapor. Ou seja, buscava-se o controle automtico do processo. Mas o controle de processo usando meramente elementos mecnicos era algo difcil de se conseguir e o controle

automtico de processo praticamente no avanou muito at o sculo XX. Com o sculo XX, vieram a eletricidade e os controles eltricos e eletrnicos, mais versteis e dinmicos que os controles mecnicos e assim a automao de processos adquiriu a dimenso que este at os dias de hoje.

1.1.2 Sistemas de Controle Industrial

Existem vrias formas de se implementar sistemas de controle automtico, entretanto, a mais utilizada usando sistemas eletroeletrnicos devido principalmente a versatilidade e dinamismo necessrios um controle de processo. Alm disso, sistemas eltricos so mais fceis de ser implementados que sistemas dinmicos. Dado que um sistema de controle predominantemente eltrico e os processo envolvem transformaes mecnicas, qumicas e fsicas, devemos converter o sinal de um controlador eletrnico no sinal adequado ao processo, tanto do ponto de vista da natureza, quanto do ponto de vista de magnitude.

Este elemento o atuador. ele quem atua diretamente sobre o processo, sempre em resposta sada do controlador.

Para que o controlador gere o sinal de controle para o atuador ele precisa de uma referncia , ou seja, um sinal na sua entrada que diga ao controlador o que ele deve fazer com o processo. Este o sinal de referncia, ou sinal de entrada. A figura a seguir ilustra o relacionamento entre o controlador, o atuador e o processo.

Figura 2 - Relacionamento entre o controlador, atuador e processo.

Em um sistema de controle precisamos saber como anda o processo e obter informaes a respeito de parmetros do mesmo. Ou seja, precisamos de um dispositivo capaz de converter uma grandeza fsica do processo em uma grandeza eltrica para que possamos medir o andamento do processo. Este elemento o transdutor e ele se relaciona com o processo conforme a figura abaixo:

Figura 3 - Transdutor se relacionando com o processo.

1.1.3 - Sistema de Controle em Malha Aberta e FechadaCom relao a forma de implementao os sistemas de controle, podem ser classificados de duas formas : em malha aberta e em malha fechada.

Malha aberta: Quando o controlador gera o sinal para o atuador, com base no sinal piloto, sem obter nenhuma informao sobre o andamento do processo.

Ou seja, um sistema sem realimentao, sendo que o sinal de entrada o

prprio set-point.

Malha fechada: Quando o controlador gera o sinal para o atuador, com base no sinal piloto, porm agora ele recebe informao sobre o andamento do processo, atravs de um transdutor. O sinal entrada, no caso, corresponde a diferena entre o set-point e o sinal do transdutor, por isso, tambm chamado de sinal de erro.

A figura a seguir ilustra as duas formas de controle:

Figura 4 - Malha aberta (Sem realimentao)

Observe que no caso da malha aberta o transdutor e o indicador so itens opcionais no sendo importantes para o controle.

Figura 5 - Malha fechada com realimentao

Importante: O indicador no caso da malha fechada um item opcional. A malha fechada apresenta algumas vantagens em relao a malha aberta, principalmente no que tange a menor sensibilidade a interferncias e rudos. Isto porque o sistema sendo realimentado, qualquer desvio do sistema, gera um erro que tende a ser compensado. Alm disso, o sistema fica mais independente dos parmetros da planta, j que ele passa a atuar sobre o sinal de erro. Entretanto, tambm h desvantagens como o custo mais elevado e a possibilidade do sistema ficar instvel quando o ganho do controlador for muito alto.2 CLASSIFICAO

2.1 - CLASSIFICAO DA VLVULA SEGUNDO SEU PRINCPIO DE ACIONAMENTO

a) Manual

A operao da abertura e fechamento a ser realizada feita pelo homem.

b) Auto-reguladora

A operao de abertura e fechamento realizada utilizando a energia contida no fluido.

c) Controle

Utiliza-se uma fora auxiliar para operao e, o acionamento feito de acordo com os sinais

provenientes dos controladores.

3 - TIPOS DE VLVULAS DE CONTROLE

3.1 - INTRODUO

Uma vlvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais o corpo e o atuador.

O corpo e a parte da vlvula que executa a ao de controle permitindo maior ou menor passagem do fluido no seu interior, conforme a necessidade do processo. O conjunto do corpo divide-se basicamente nos seguintes subconjuntos:

a) corpo propriamente dito;

b) internos;

q) castelo, e

d) flange inferior.

Nem todos os tipos de vlvulas possuem obrigatoriamente o seu conjunto do corpo formado por todos os subcomponentes acima mencionados. Em algum tipo de vlvulas, corpo e castelo formam uma s pea denominada apenas corpo; em outros nem existe o flange inferior.

Porm, vamos por ora desconsiderar tais particularidades, optando por um conceito mais global, para posteriormente irmos restringindo-o medida em que formos analisando cada tipo de vlvula de controle.

Sendo o conjunto do corpo, a parte da vlvula que entra em contato direto com fluido, deve satisfazer os requisitos de presso, temperatura e corroso do fluido. Trata-se portanto de um vaso de presso e como tal deve ser considerado.

3.2 - TIPOS DE CORPOS

Os 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:

a) De deslocamento linear

1 - Globo Convencional

2- Globo Trs vias

3 - Globo Gaiola

4 - Globo Angular

5 - Diafragma

6 - Bi partido

b) De deslocamento rotativo

1 - Borboleta;

2 - Esfera;

3 - Obturador Excntrico;

4 - Segmento de Esfera.

Define-se por vlvula de deslocamento linear, a vlvula na qual a pea mvel vedante descreve um movimento retilneo, acionada por uma haste deslizante; enquanto que uma vlvula de deslocamento rotativo aquela na qual a pea mvel vedante descreve um movimento de rotao acionada por um eixo girante.

Para cada tipo de processo ou fluido sempre temos pelo menos um tipo de vlvula que satisfaa os requisitos tericos de processo, independente da considerao econmica. Cada um desses tipos de vlvulas possuem as suas vantagens, desvantagens e limitaes para este ou aquele processo.

No decorrer deste curso, analisaremos todos esses aspectos, oferecendo assim uma slida base para o usurio poder, selecionar a melhor vlvula para a aplicao em questo.3.3 - VLVULAS DE DESLOCAMENTO LINEAR DA HASTE

3.3.1 -Sede simples

A figura 1 mostra vrias montagens da denominada vlvula globo tipo sede simples. fabricada em dimetros de 1/2" at 4 conexes das extremidades rosqueadas (at 2), flangeadas ou soldadas, nas classes de 150, 300, 600, 1500 e 2500 lb.

Neste tipo de vlvula, o fluido no interior de corpo passa atravs de um nico orifcio, conforme podemos notar pela figura 1.

Na figura 6-a, notamos 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-se para baixo. Tal tipo de montagem e denominada de normalmente aberta. Por outro lado, na figura 6-b, vemos a mesma vlvula, s que o obturador est invertido. Neste caso para a vlvula abrir o obturador tem que descer. Esta , portanto, uma vlvula normalmente fechada.

(a) (b) (c)

Figura 6 Vlvula globo tipo sede simplesNa figura 6-c, vemos uma outra sede simples um pouco diferente das anteriores. O obturador guiado apenas na parte superior e ao descer a vlvula s pode fechar, no existindo a possibilidade do obturador ser instalado em posio invertida ou por baixo. Essa vlvula em relao ao movimento de obturador de cima para baixo s pode fechar.

O fato de uma vlvula ser normalmente aberta eu fechada um fator muito importante a ser levado em considerao na escolha da vlvula. Isso significa que na posio de descanso, ou seja, sem fora de atuao, a vlvula pode ficar completamente aberta ou completamente fechada. Uma vlvula normalmente aberta ficara totalmente aberta em caso de falta de suprimento de energia para operao do atuador, no caso de uma vlvula normalmente fechada ocorrer o inverso.

As principais caractersticas da vlvula globo sede simples so: proporciona uma boa vedao e possui obturador estaticamente no balanceado. Assim sendo podemos atingir um vazamento, quando a vlvula estiver totalmente fechada de, no mximo ate 0,01% da sua capacidade de vazo mxima.

Os ndices de vazamento obtidos, estando a vlvula de controle totalmente fechada, so padronizados internacionalmente conforme a norma ANSI B16.104 - "AMERICAN NATIONAL STANDARD FOR CONTROL VALVE LEAKAGE" a qual define diversas classes de vazamento.

Assim, de acordo com essa especificao, a vlvula globo sede simples possui um nvel de vazamento Classe IV. Devemos alertar que tais ndices de vazamento so sempre considerados nas vlvulas conforme saem de fabricao, ou seja, para vlvulas novas e limpas.

no fato do seu obturador no ser balanceado que reside a principal desvantagem da vlvula sede simples, motivo pelo qual requer uma fora de atuao suficientemente grande para vencer as foras estticas de fluido agindo sobre o obturador, e poder moviment-lo.

Figura 7 - Atuao das Foras Dinmicas Provenientes do fluido agindo contra o obturador de uma vlvula globo sede simplesO ndice de vazamento definido anteriormente, para vlvulas de fabricao normal, ou suja, com assunto metal-metal. Contudo podemos atingir um ndice de menor vazamento (sem aumentar a fora de assentamento do atuador), utilizando a construo de assentamento composto, ou seja, metal-borracha, metal-teflon, etc.

Este tipo de construo, muitas vezes ainda designado pelo seu nome em ingls, soft-seat mostrado na figura 8.

Figura 8 - Detalhe da construo de um Obturador Sede Simples com Assento tipo Composto (Soft Seat).Obtemos desta forma um ndice de vazamento praticamente nulo (da ordem de algumas bolhas de ar por minuto).

Um outro fato de muita importncia nas vlvulas globo sede simples, a direo do fluxo em relao a posio do conjunto obturador e anel da sede. O fluido deve sempre entrar na vlvula tendendo abri-la como mostra a figura 2. Uma flecha estampada no corpo indica o sentido de montagem da vlvula na tubulao. Obtemos com isso as seguintes vantagens: aumento da vida til das gaxetas e propiciamento de uma operao mais suave, evitando-se assim o fenmeno de "chattering.

Esse fenmeno pode ser facilmente explicado da seguinte forma: caso o fluxo entre na vlvula tendendo fech-la, quando o obturador aproxima-se do anel da sede, surge uma fora dinmica no balanceada produzida pela reduo da presso, aps a restrio. Essa fora, que tende puxar o obturador de encontro sede, faz o obturador chocar-se continuamente contra a sede, 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 do obturador.

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

Nestes casos devemos agir com critrio e cuidado na especificao dos materiais dos internos no intuito de prolongarmos a sua vida til.

Figura 9 - Vlvula Globo Convencional Tipo Sede Dupla.3.3.2 - Sede dupla

A figura 9 mostra montagem da vlvula globo sede dupla, assim denominada pelo fato do fluxo passar atravs de duas passagens ou orifcios.

Ela pode ser com uma montagem em que a vlvula com obturador que desce para fechar ou a montagem do obturador por baixo, tipo desce para abrir. A vlvula sede dupla e, portanto de corpo reversvel.

fabricada normalmente em dimetros de 3/4 a 14, e com conexes das extremidades rosqueadas (at 2), flangeadas ou soldadas, nas classes 150, 300, 600, 900 e 1500 lbs. A principal vantagem da vlvula sede dupla o fato dela ser estaticamente quase estvel sem necessitar, portanto, de uma fora de atuao to grande quanto a vlvula sede simples, conforme podemos deduzir com o auxilio da figura 5. Figura 10 - Atuao das Foras Dinmicas Provenientes do Fluido Agindo

Contra o Obturador de um Vlvula Globo Sede Dupla.Como desvantagem, as vlvulas sede dupla, apresentam um vazamento, quando totalmente fechadas de no mximo 0,5% da sua mxima capacidade de vazo. Conforme a especificao normativa da ANSI B16.104, a vlvula globo sede dupla de construo standard", possui um ndice de vazamento Classe II.

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

3.3.3 - Vlvula de Controle Globo de 3 vias

Trata-se de uma adaptao das vlvulas globo convencionais, para utilizao em aplicaes de mistura ou separao de fluidos.

Figura 11 - Vlvula Globo de 3 Vias.Na vlvula tipo convergente, conforme vemos pela figura 11-a, fluidos quaisquer e separados entram pelas vias (2) e (3), misturando-se numa determinada e desejada proporo, saindo pela via (1) j misturados. A proporo da mistura determinada pela posio do obturador relativa s duas sedes. Um deslocamento do obturador para cima faz diminuir a entrada do fluido por (2), aumentando simultaneamente a entrada do fluido por (3). fabricada em dimetros de 3/4 at 8 e com conexes nas extremidades rosqueadas (at 2"), flangeadas ou soldadas. Podemos notar neste tipo de vlvula um novo modo de guia dupla: superior e no anel da sede.

Na figura 11-b vemos uma vlvula 3 vias tipo divergente, na qual o fluido entra pela via (1) e sai em propores definidas pelas vias (2) e (3). fabricada em dimetros de 3/4" at 12" com extremidades 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 12.

Figura 12 - Vlvula Globo de 3 Vias.As vlvulas de 3 vias, devido a sua configurao e utilizao, no apresentam vedao completa, pois, enquanto fechamos um orifcio, o outro fica completamente aberto.

3.3.4 - Vlvula Globo Tipo Gaiola

Trata-se de uma vlvula de concepo antiga, porm totalmente renovada e aperfeioada nos ltimos anos, fato esse que lhe possibilitou uma contnua e crescente utilizao na quase totalidade dos processos industriais. A vlvula tipo gaiola apresenta uma concepo de internos substancialmente diferente da globo convencional.

O amplo sucesso deste estilo de vlvula est totalmente fundamentado nos seguintes aspectos:a) facilidade de remoo das partes internas, pela ausncia de roscas o que facilita bastante a manuteno 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 guia superior e inferior da vlvula globo convencional;

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

d) menor peso das partes internas, resultando assim numa freqncia natural maior dessas partes, o que faz com que a vlvula fique menos susceptvel vibrao horizontal do obturador, proporcionando dessa forma menos rudo de origem mecnica do que as vlvulas 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 a montagem dos seus internos do tipo entra por cima. A drenagem do fluido, se necessria, pode ser realizada atravs da parte inferior do corpo, por meio de um tampo rosqueado.

3.3.4.1 - Vlvula Globo tipo Gaiola Sede Simples

Nas figuras 13.a e 13.b vemos dois exemplos deste tipo de vlvula. O fluido entra por baixo do anel da sede, passando pelo orifcio e pelas janelas da gaiola. Apresentando apenas guia na gaiola, trata-se de uma vlvula no balanceada como a globo convencional sede simples, pois a fora do fluido tendendo abrir a vlvula, no balanceada e por isso apresenta o mesmo inconveniente de precisarmos de uma grande fora de atuao. Pela figura 8, nota-se tambm que no sendo uma vlvula de corpo reversvel o deslocamento do obturador de cima para baixo fecha a vlvula, ou seja, desce para fechar. Figura 13 - Vlvula Globo tipo Gaiola SimplesApresenta um vazamento de 0,01% da sua mxima capacidade de vazo, quando totalmente fechada e conforme a especificao normativa ANSI B16.104, possui um nvel de vazamento Classe IV. fabricada em dimetros de 1/2" at 6 nas classes de 150, 300 e 600 lbs. As conexes das extremidades podem ser rosqueadas (at 2), flangeadas ou soldadas.

3.3.4.2 - Vlvula Globo Tipo Gaiola Balanceada

Esta construo basicamente similar a anterior, conforme vemos pela figura 14. Apenas que, neste caso, o obturador balanceado dinamicamente (como acontece na vlvula globo sede dupla) devido ao orifcio interno no obturador, que faz com que a presso do fluido comunique-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 indicativa presa ao corpo da vlvula. Porm, da mesma forma que acontece com a globo convencional sede dupla, a vlvula tipo gaiola balanceada, no apresenta boa vedao, permitindo um vazamento de at 0,5% da mxima capacidade de vazo da vlvula e conforme especificao normativa da ANSl B16.104, possui um nvel de vazamento Classe III. Pode-se obter tambm classe VI, utilizando-se assento resiliente

Figura 14 - Vlvula Globo tipo Gaiola Simples fabricada em dimetros de 3/4 at 16 nas classes 150, 300, 600, 900 1500 e 2500 lbs. As conexes podem ser rosqueadas ( at 2), flangeadas ou soldadas.

3.3.5 - Vlvula de Controle Tipo Diafragma

Este tipo de vlvula, cuja configurao totalmente diferente das outras vlvulas de controle, utilizada no controle de fluidos corrosivos, lquidos altamente viscosos e lquidos com slidos em suspenso. Uma vlvula de controle tipo diafragma conforme vemos na figura 15, 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 da vlvula.

Figura 15 - Vlvula Tipo DiafragmaA vlvula de controle tipo Diafragma ou Saunders, assim denominada por se tratar de uma patente mundial da Saunders (Inglaterra), possui como vantagens um baixo custo, total estanqueidade 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 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 aplicaes em controle modulado. Fabricada em classes 125 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 ou Teflon), a sua utilizao limitada pela temperatura do fluido em funo do material do diafragma. 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 do corpo com materiais, tais como: vidro, ebonite, plstico, chumbo ou Teflon, o que possibilita o uso deste tipo de vlvula mesmo em corpo de ferro fundido, porm revestido, em aplicaes corrosivas.

3.3.6 - Vlvula de Controle Bi-partida

Trata-se de uma vlvula desenvolvida para aplicaes altamente corrosivas, principalmente em plantas de processos qumicos, aplicaes nas quais torna-se necessria uma frequente inspeo ou substituio dos internos da vlvula.

A vlvula de controle de corpo bi-partido conforme vemos pela figura 16, foi desenhada para tais 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 rosqueado) entre as duas metades do corpo, podendo ser facilmente removido.

Figura 16 - Vlvula Tipo Bi-PartidaDevido 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 material superior.

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 meio de solda (pois neste caso as metades do corpo no poderiam ser separadas para a remoo do anel da modo), j que em tais aplicaes to corrosivas nas plantas qumicas, bastante comum a normalizao deste tipo de fixao.

Este tipo de vlvula apenas sede simples, apresentando os mesmos ndices de vazamento Classe 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 classes 150, 300, 600, 900 e 1500 lbs.

3.3.7 - Internos de Vlvulas Globo

Normalmente costuma-se definir ou representar os internos de uma vlvula de controle como o corao da mesma.

Se considerarmos a funo qual se destina a vlvula, realmente as partes denominadas de internos representam o papel principal da vlvula de controle, ou seja, produzir uma restrio varivel a passagem do fluido conforme a necessidade imposta pela ao corretiva do 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 enquanto defini-la como uma relao entre a vazo que passa pela vlvula e o afastamento do obturador relativo sede. Este afastamento uma frao de deslocamento linear do obturador entre as posies de abertura e fechamento total da vlvula, deslocamento este, denominado de curso da vlvula ou curso do obturador.

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

O conjunto dos internos da vlvula consiste das partes internas removveis e que entram em contato com o fluido de processo. Tal conjunto formado por: obturador, anel da sede, guia e gaiola (no caso das vlvulas tipo gaiola), conforme vemos pela figura 17.

Figura 17 - Internos da Vlvula Globo: A) Convencional; B) Gaiola3.3.7.1 - Internos da Vlvula Globo Convencional

O obturador o elemento vedante do conjunto dos internos da vlvula (ver figura 18) com formato 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 da vlvula e seu ganho de vazo, determinando o que chamamos de caracterstica de vazo.

Figura 18 - Obturador da Vlvula Globo Convencional3.3.8 - Tipos de Guia do Obturador Vlvula Globo

atravs do sistema de guias que o obturador alinha-se em relao a sede, possibilitando assim um perfeito encaixe das superfcies de assentamento.

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

Figura 19 - Obturador da Vlvula Globo ConvencionalSo vrios os tipos de guias do obturador utilizados:

a) Guia superior: possui uma nica bucha na qual guia o obturador guiado pela parte superior, veja figura 19-b.Normalmente 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 sendo recomendada 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 3 vias, para quedas de presso abaixo de 7 kg/cm2. Este tipo de guia mostrado na figura 17-c.

d) Guia na gaiola: conforme vemos na figura 19-d, a gaiola que guia o obturador. Este tipo de guia recomendado para quedas de presso de moderada a altas. Utilizada em toda a linha de vlvula globo tipo gaiola.

Outros tipos secundrios de guias so combinaes dos quatro tipos principais dados acima como podemos notar pela figura 19-e, onde mostramos um obturador guiado na parte superior e na sede. Este tipo de construo tambm utilizado nas vlvulas tipo micro-fluxo.

3.3.9 - Castelo

O castelo, geralmente 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 move-se, e um meio para produzir selagem contra vazamento atravs da haste". Ele proporciona tambm um meio para montagem do atuador.

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

No prprio castelo dispem-se os meios para prender o atuador, conter a caixa de gaxetas e poder ainda conter a bucha de guia superior para guiar o obturador como acontece no caso das vlvulas globo convencionais, conforme podemos notar pela figura 20-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, embora existem tipos de vlvulas como as rotativas (borboleta, esfera e excntrica), e a bipartida nas quais o castelo parte integral ao corpo, no constituindo-se portanto, de parte independente.

Figura 20 - Obturador da Vlvula Globo ConvencionalAssim sendo, os exemplos de castelos que aqui sero dados servem apenas para aquelas vlvulas 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 praticamente apenas um meio para fixar o atuador, no contendo a caixa de gaxetas, j que este tipo de vlvula no a requer por ser totalmente vedada a possibilidade do fluido penetrar no castelo, a menos que rompa o diafragma obturador. Apenas no caso da vlvula ser utilizada em fluidos altamente corrosivos ou perigosos (txicos ou inflamveis), que recomenda-se a utilizao de caixa de gaxetas, para proteo adicional caso o diafragma estoure.

Normalmente o castelo preso ao corpo por meio de conexes flangeadas e para casos de vlvulas 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 das denominadas vlvulas de controle globo miniaturadas.

3.3.9.1 - Tipos de Castelos

Os castelos classificam-se em:

a) Castelo Normal (CE-1) Fig. 20-a.

b) Castelo Longo (CE-2). Fig. 20-b.

c) Castelo Extra-longo (CE-3). Fig. 20-c.

d) Castelo com Fole de Selagem (CE-4). Fig. 20-d.

a) Castelo Normal

o castelo padro utilizado para as aplicaes comuns nas quais a temperatura do fluido est entre -18 a 232C. Esta limitao imposta pelo material da gaxeta j que a sua localizao est 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 um pouco mais afastada do fluido.Recomenda-se a utilizao deste tipo de castelo para aplicaes com fluidos em temperaturas

de -45 540C.

c) Castelo extra-longo

fabricado de ferro fundido possuindo uma maior altura que o anterior.

especificado para aplicaes em baixssimas temperaturas ou criognicas como -100 45C para evitar que o Teflon das gaxetas congele.

d) Castelo com fole de selagem

Este tipo de castelo especificado em casos especiais nos quais seja proibitivo um vazamento para o meio ambiente atravs da gaxeta. Englobam-se neste tipo de aplicaes especiais, os fluidos radioativos, txicos ou explosivos.

Este 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 da haste. Evita-se assim, que o fluido (caso seja corrosivo) entre em contato com as paredes do castelo propriamente dito, podendo este ser construdo de simples ao carbono.O fluido no interior do fole produzir uma segunda cmara de pressurizao obtendo-se o fenmeno dos vasos comunicantes. O escoamento do fluido para o interior do fole cessa quando for atingida a equalizao.

Entretanto, a utilizao do fole de selagem requer maior fora de operao por parte do atuador para vencer o efeito mola do fole. Em caso de necessidade podemos utilizar um manmetro conectado ao castelo para verificao de um possvel vazamento devido quebra do fole.

Este tipo tem uma limitao de operao de 28 kg/cm2 a 232C, embora podemos utiliz-lo para temperaturas superiores desde que, as presses sejam inferiores e vice-versa

3.3.10 - Conjunto Caixa de Gaxetas

O 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 um vazamento 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 de vcuo.

O conjunto geral da caixa de gaxetas formado conforme pode ser visto na figura 21; pelos seguintes componentes: flange do prensa gaxetas, prensa gaxeta, anis da gaxeta, retentor de graxa, subconjunto de lubrificao, e mola de compresso (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 de lubrificao) tipo EH-1 especifica-se para vlvulas de dimetro at 4", enquanto que o EH-2 (figura 21-c) para dimetros superiores. A vlvula de bloqueio produz uma selagem entre a caixa de gaxeta e o lubrificador evitando assim que o fluido do processo impossibilite a introduo da graxa lubrificante.

Figura 21 - Tipos de Caixas de Gaxetas Utilizadas nas Vlvulas de Deslocamento Linear da Haste3.3.10.1 - Gaxetas

As 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 resistir as condies de presso, temperatura e corroso do fluido de processo.

Os principais materiais de gaxeta so: Teflon e amianto impregnado.

a) Teflon (TFE)

o material mais amplamente utilizado devido as suas notveis caractersticas de mnimo coeficiente de atrito, e de ser praticamente inerte quimicamente a qualquer fluido. Devido as suas caractersticas, a gaxeta de Teflon no requer lubrificao externa e a sua principal limitao 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 de compresso.b) Amianto Impregnado:

ainda um material de gaxeta bastante popular devido as caractersticas do amianto adicionadas s de alguns aditivos e facilidade de manuteno e operao. No sendo autolubrificante, 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 so dados na tabela 1.

Esta gaxeta do tipo quadrada e comprimida por meio do prensa gaxeta. Requer lubrificao externa, 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 material praticamente inerte quimicamente e suporta temperaturas altssimas (o ponto de volatilizao de 3650C). Seu nico inconveniente reside no fato de que produz um certo travamento da haste, j que por ser fita, ela deve ser enrolada ao redor da haste e socada para compact-la formando diversos anis.

TABELA 1 - Limite de Temperatura para os Diversos Materiais da Gaxeta, em Funo do tipo de Castelo.3.3.11 - Tipos de Conexes das Extremidades do Corpo da Vlvula

As vlvulas so presas tubulao por meio do tipo de conexes localizadas nas extremidades do corpo das vlvulas. Tais tipos podem ser:

a) rosqueadas;

b) flangeadas;

c) sem flanges

d) soldadas.

As conexes das extremidades do corpo, tipo rosqueadas (Figura 22-a) so limitadas a 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, (Figura 22-b) 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 (Norma Americana).

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. Para as vlvulas de ao carbono, essa temperatura de 260C para a classe 150 lbs e de 450C para as demais classes. Para os flanges de ao liga de ao inoxidvel essas temperaturas variam conforme o material, 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 mxima temperatura do fluido.

Os vrios tipos de conexes flangeadas apresentam diferentes tipos de acabamento das faces dos flanges, no intuito de possibilitar um melhor aperto entre o flange da vlvula e o flange da tubulao, conforme aumente a classe de presso da vlvula. Na figura 22-b vemos esquematicamente os vrios tipos de faceamento das conexes flangeadas. Figura 21 - Tipos de conexes e de faceamentos das extremidades em vlvulas de controle3.3.12 - Juntas para Flanges

Em todas as conexes (extremidades do corpo caso forem flangeadas, flange do castelo e flange inferior se houver), existe sempre uma junta que o elemento de vedao.

Quando em servio, a junta est submetida a uma forte compresso provocada pelo aperto dos parafusos, 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 possveis irregularidades das faces dos flanges proporcionando uma vedao perfeita, e para suportar as variaes de presso e de temperatura. O material dever resistir tambm as aes do fluido e as condies extremas de temperatura.

Em flanges de face com ressalto usam-se juntas em forma de coroa circular, cobrindo apenas o ressalto dos flanges, por dentro dos parafusos (figura 22-a). As juntas usadas com flanges de face plana cobrem a face completa dos flanges, inclusive a furao dos parafusos figura 22- b). Para os flanges de face para junta de anel, (RTJ), usam-se juntas de anel metlico macio e para 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 o flange inferior possui normalmente faceamento tipo macho e fmea, enquanto que o faceamento dos flanges das extremidades do corpo pode ser plano, com ressalto, junta de anel ou macho e fmea.

Na vlvula globo tipo gaiola, utiliza-se no flange do castelo, junta tipo espiralada em ao inoxidvel com enchimento de amianto ou Teflon. O posicionamento desta junta, entre a gaiola e o flange do castelo, que sendo normalmente de materiais diferentes apresentam portanto 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 flanges com faceamento plano, com ressalto, ou tipo macho e fmea. As espessuras variam de 1/32" a 1/8" , sendo 1/16" a espessura utilizada para classes at 300 lbs. Os principais materiais utilizados so, papelo hidrulico para baixas presses e temperatura ambiente, grafitado para aplicaes de at 400C e 48 kg/cm2.

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

c) Juntas Metlicas Folhadas (figura 22-d) juntas metlicas, normalmente em ao

inoxidvel com formato corrugado e enchimento de amianto ou Teflon. Para utilizao em casos iguais juntas metlicas em espiral.

d) Juntas metlicas macias (figura 22-e) so juntas metlicas com faces planas ou ranhuradas. Usam-se essas juntas com flanges de faceamento com ressalto (para presses muito altas), e com flanges de faceamento tipo macho e fmea. Os materiais normalmente so de ao inoxidvel ou ao carbono, ou outros conforme a aplicao. Esta junta aplicadas em temperaturas superiores a 540C.

e) Juntas metlicas de anel (figura 22-f e g) so anis metlicos e macios de seo ovalada ou 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 outros conforme a aplicao. Este tipo de junta apenas utilizada exclusivamente so os flanges de faceamento para junta de anel classes 900 e 1500 lbs.

Figura 22 - Tipos de Juntas para as Conexes Flangeadas3.4 VLVULAS DE DESLOCAMENTO ROTATIVO DA HASTE

Nos ltimos anos tem-se notado um substancial aumento no uso das vlvulas denominadas de rotativas. Basicamente estes tipos de vlvulas apresentam vantagens e desvantagens. Nas vantagens podemos considerar baixo peso em relao aos outros tipos de vlvulas, desenho simples, capacidade relativa maior de fluxo, custo inicial mais baixo, etc. Dentre as desvantagens 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 qual oscila entre dois mancais um disco que faz a funo do obturador. A sede nesta vlvula a prpria parede interna do corpo. Nota-se desde j uma enorme simplicidade de desenho. O seu corpo 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.

Figura 23 - Vlvula Tipo BorboletaO desenho de corpo mais comum o tipo "wafer", sendo preso tubulao entre par de flanges conforme mostra a figura 23. Pelo fato do corpo no possuir flanges, no costume especificar a vlvula borboleta "wafer" pela classe de presso conforme ANSI, como feito nas vlvulas flangeadas.

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

Quando adequadamente selecionada, a vlvula borboleta geralmente em dimetros de 4" e superiores, oferece a vantagem de simplicidade, baixo custo, pouco peso, menor espao de instalao e razovel caracterstica de vazo. Para temperaturas e presses elevadas, a vlvula borboleta com corpo internamente revestido oferece ainda uma vedao estanque.Quando porem, a vlvula esta parcialmente aberta como mostra a figura 24-b, no existe mais tal equilbrio, surgindo uma fora resultante, que tende fechar sempre a vlvula, qualquer que seja a direo do fluido, fato pelo qual cria-se uma regio de distribuio desigual de presso atravs de toda a extenso do disco entre uma e outra borda no lado de entrada do fluxo.

Podemos notar pela figura 24-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 agindo no 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 esse momento torsor que limita a presso diferencial de operao da vlvula em diferentes graus de abertura, 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 velocidade do fluxo.

Figura 24 Resistencia ao fluxo na vlvula borboletaPossuindo um corpo cujo formato lhe possibilita a utilizao de revestimento interno com elastmeros, a vlvula borboleta encontra uma ampla faixa de aplicaes, mesmo em fluidos corrosivos, tornando-se para tais aplicaes uma soluo bastante econmica.

Em funo do tipo de assentamento podemos classificar as vlvulas borboleta da seguinte forma:

a) Vlvula borboleta com corpo revestido internamente. Assento tipo composto, ou seja metalelastmero, conforme mostra a figura 25-a.

b) Vlvula borboleta com corpo sem revestimento. Assento tipo composto, conforme mostram as figuras 25-b e 25-c

c) Vlvula borboleta com corpo sem revestimento e assento tipo metal-metal: conforme mostra a figura 25-d

Figura 24 Tipos de Assentamento das Vlvulas Borboleta3.4.1.1 Vlvula borboleta com corpo revestido internamente

utilizada em aplicaes, onde a vedao estanque seja uma necessidade, ou ainda em aplicaes com fluidos corrosivos, atravs da seleo de um elastmero quimicamente inerte ao fluido, evitando-se assim, o encarecimento da vlvula. A sua construo bastante simples, consistindo de um anel de borracha que forra internamente a parede do corpo 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 presso diferencial (no mximo da ordem de 150 psi) e pela limitao do tipo de borracha em funo da temperatura do fluido.

O disco neste tipo de vlvula pode ser convencional (disco concntrico) ou de duplo efeito (disco excntrico. O disco tipo de duplo efeito permite um maior 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 conexes sem flanges e apresenta uma capacidade de vedao estanque classe VI, conforme a Norma ANSI B16.104.3.4.1.2 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 (figura 27-b) como na borda do disco (figura 24-c), dependendo do tipo de construo. Esta vlvula normalmente utilizada em aplicaes com fluidos auxiliares e a baixa temperatura, tais como por exemplo gua e ar.

fabricada em dimetros de 30 a 60 com extremidades flangeadas, conforme o disco do tipo 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 para possibilitar 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 entre par de flanges 150 e 300 lbs, e de 30" a 60" com extremidades flangeadas conforme norma.

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 face alguma de suas vantagens e em funo do desenvolvimento de desenhos de engenharia que permitiriam sua utilizao em controle modulado, essa vlvula hoje bastante utilizada em malhas 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 bom desempenho de controle com excelente performance quanto a estanqueidade (tipicamente classe 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 relativas diferenciais de presso menores que outros tipos de vlvulas.

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

A figura 25 a seguir nos mostra o desenho em corte, de uma vlvula de controle tipo esfera

Figura 25 Vlvula esfera3.4.2.1 - Tipos de Esferasa) Esfera de passagem integral Esse interno permite passagem total do fluido quando o ngulo de abertura for de 90o e assim elimina a possibilidade de acomodao de slidos no interior do corpo da vlvula. Essa , portanto, uma vlvula do tipo auto-limpante (vide figura 26-1).b) Esfera de passagem reduzida Esse 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 vlvula e, absoro de vibraes e energia trmica em corpos de maior tamanho que ocorrem em servios envolvendo flashing, alta velocidade, grandes quedas de presso ou cavitao (vide figura 26-2).

Figura 26 Tipos de Esferas3.4.2.2 Tipos de Sede

A funo bsica da sede manter uma boa vedao quando a esfera est fechada. Em diversos modelos de vlvula esfera, a sede utilizada tambm para suportar e guiar a 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, com ou sem carga.

- Vedao estanque.

- 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 uma dureza 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 em vlvulas controle.

3.4.3 - Vlvula Tipo Segmento de Esfera.

Embora esse tipo de vlvula j venha sendo utilizada em controle h alguns anos, em outros pases, somente agora comea encontrar espao em aplicaes de controle nas indstrias brasileiras.

Seu interno possui detalhe em V o que garante alta preciso de controle mesmo em baixas vazes e deste modo oferece uma rangeabilidade de at 350:1. Possui uma nica sede a montante que mantm contato permanente com o segmento de esfera e desse modo elimina qualquer incrustao na superfcie da esfera, e, como a vlvula esfera tambm do tipo autolimpante.

Outra grande vantagem dessa vlvula est na sua montagem que feita de tal forma que o segmento fixado por dois mancais que garante baixo torque de acionamento e consequentemente, melhor resposta oscilao da varivel do processo. Sua caracterstica inerente, assim como as vlvulas esferas sempre do tipo igual porcentagem.

Figura 27 Vlvula Tipo Segmento de Esfera4 - CLASSE DE VEDAO DE UMA VLVULA

Define-se como classe de vedao, classe de vazamento ou classe de estanqueidade (Shutoff Class) 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 determinados pela Norma ANSI-B16-104.

Tabela 2 Classes de Vedao de uma Vlvula

Tabela 3 Vazamentos Permissveis em uma Vlvula Classe VI5 - ATUADORES PARA VLVULAS DE CONTROLE

O atuador constitui-se no elemento responsvel em proporcionar a necessria fora motriz ao funcionamento da vlvula de controle.

O atuador em si, um dispositivo que em resposta ao sinal enviado pelo controlador, produz a fora motriz necessria para movimentar o elemento vedante da vlvula de controle.

O atuador utilizado em aplicaes de controle modulado, baseado no meio de produo de sua fora motriz, classifica-se basicamente em cinco principais tipos:

1) Pneumtico mola ou diafragma;

2) Pneumtico pisto;

3) Eltrico;

4) Eltrico-hidralico e

5) Hidralico

5.1 - ATUADOR PNEUMTICO TIPO MOLA E DIAFRAGMA

Este tipo de atuador utiliza um diafragma flexvel, sobre o qual age uma presso de carga varivel em oposio fora produzida por uma mola. O diafragma alojado entre dois tampos, formando duas cmaras, uma das quais totalmente estanque, por onde entra o sinal da presso de carga. A fora motriz obtida pelo produto da presso de carga, que o sinal proveniente do controlador ou do posicionador, pela rea til do diafragma.

O atuador mola e diafragma pode ter dois modos de ao, dependendo da posio de segurana requerida pelo processo na falha ou falta da presso de carga :

a) Ao Direta

Conforme mostra a figura 64.a, neste tipo de ao o aumento da presso de carga sobre o diafragma empurra a haste para baixo, enquanto a mola fora a haste para cima.

b) Ao Reversa

Conforme mostra a figura 64.b, neste tipo de ao o aumento da presso de carga sobre o diafragma puxa a haste para cima, enquanto a mola fora a haste para cima

Figura 28 Atuadores pneumticos tipo mola e diafragma5.2 - ATUADOR PNEUMTICO TIPO PISTO

O princpio de funcionamento do atuador tipo pisto idntico ao tipo mola e diafragma, visto que a nica diferena entre os mesmos a troca do diafragma por um pisto, conforme mostrada na figura 29.

Existem dois tipos bsico de atuadores pisto:ATUADOR PISTO COM DESLOCAMENTO LINEAR

So atuadores pisto, conforme figura 66a, concebidos para operarem vlvulas com deslocamento linear. Ex: Vlvula Globo.

ATUADOR PISTO COM DESLOCAMENTO ROTATIVO

So atuadores pisto, conforme figura 29-b, concebidos para operarem vlvula rotativas. Ex: Vlvulas borboletas.

Figura 29 Atuadores pneumticos tipo pisto5.3 - ATUADOR ELTRICO

Os atuadores eltricos consistem de um motor com um conjunto de engrenagens, que disponibiliza uma elevada faixa de torque de sada, para operao tanto de vlvulas com deslocamento linear quanto de deslocamento rotativo, conforme figuras 30.

Figura 30 Atuadores Eltricos

Tabela 4 Vantagens e Desvantagens por Tipo de Atuador6 ACESSRIOS DE UMA VLVULA DE CONTROLE

Neste captulo descreveremos os principais e mais comuns acessrios de uma vlvula de controle. So chamados de acessrios todos os dispositivos que so utilizados em vlvulas para se obter determinadas adaptaes ao sistema de controle utilizado ou sofisticaes quanto dos mesmos.

Os principais tipos de acessrios utilizados so:6.1 - POSICIONADORES

Define-se como posicionador, o dispositivo que transmite presso de carga para o atuador, permitindo posicionar a haste da vlvula no valor exato determinado pelo sinal de controle. Um posicionador opera adequadamente quando o seu tempo de resposta somado ao tempo de posicionamento da vlvula muito mais rpido que o tempo de atuao requerido pelo processo.

Devido a isto em sistemas lentos tais como: controle de temperatura, controle de nvel de lquido, controle de temperatura, etc. Em sistemas rpidos tais como o controle de presso ou de vazo de um lquido, um booster amplificador normalmente utilizado com sensveis vantagens, conforme mostrado na figura 31.Os principais tipos de posicionadores so:

a) Pneumtico

b) Eletro-pneumtico

c) Inteligente

Figura 31 Esquema de uma vlvula6.1.1 - POSICIONADOR PNEUMTICO

O princpio de funcionamento deste tipo de posicionador, conforme mostrado na figura 32, consiste na atuao do sinal de sada de um controlador sobre um fole, fazendo com que o mesmo se expanda ou retraia deflexionando assim uma palheta que provocar a obstruo ou abertura de um bocal.

Esta obstruo ou abertura do bocal faz com que haja um deslocamento do diafragma do rel, e consequente movimento da vlvula interna de suprimento de ar, aumentando ou diminuindo a presso sobre o diafragma do atuador da vlvula, o que provocar o movimento da haste da mesma.

O posicionamento da haste da vlvula verificada por meio de um excntrico que envia a informao correta da posio da haste palheta, fazendo a mesma afastar-se ou aproximar-se do bocal. Figura 32 Esquema do princpio de funcionamento do posicionador pneumtico6.1.2 - POSICIONADOR ELETRO-PNEUMTICO

O posicionador eletro-pneumtico diferencia-se do posicionador pneumtico somente pelo fato de aceitar um sinal eltrico, normalmente analgico, em sua entrada.

O princpio de funcionamento deste tipo de posicionador, conforme mostrado na figura 73, baseia-se em uma fora eletromotriz originada por um sinal eltrico que alimenta uma bobina, que tem que ser balanceada por uma mola que defletida pelo movimento da haste da vlvula.

Esta fora provocar uma deflexo na palheta, e consequente abertura ou obstruo do bocal de ar, resultando da, uma variao no sinal de ar, o qual por sua vez, depois de ser amplificado num rel, mover a haste do atuador at a posio desejada.

A variao na posio faz aumentar a tenso na mola de realimentao at que a fora eletromotriz na bobina esteja balanceada. Figura 33 Esquema do princpio de funcionamento do posicionador eletro-pneumtico6.1.3 - POSICIONADOR INTELIGENTE

A grande diferena entre um posicionador eletro-pneumtico comum e um posicionador inteligente est na possibilidade de se ter diferentes curvas para abertura e fechamento de uma vlvula de controle. Aliados a isso temos uma tecnologia digital, calibrao via teclado ou programador, e em alguns modelos a realimentao da posio da vlvula feita por sensores magnticos ao invs de link mecnico.

Atualmente alguns fabricantes incoporaram ao posicionador inteligente, interfaces inteligentes para vlvulas, que possuem sensores de posio e de presso incorporados que permitem funes de diagnstico de performance da vlvula de controle.

Algumas das importantes caractersticas funcionais e de diagnstico destas interfaces, alm da monitorao de posio, so:

- Auto-calibrao

- Auto-ajuste

- Came digital para caracterizao do fluxo

- Banco de dados

- Medio de atrito

- Medio de ciclos

- Velocidade de curso

- Monitorao dos tempos de resposta

- Histrico de calibrao e da configurao6.2 - BOOSTERS PNEUMTICOS DE VOLUME E DE PRESSO

No muito conhecidos e utilizados, os boosters (figura 34), tem aumentado consideravelmente a sua utilizao, face a diversos estudos quanto a utilizao dos posicionadores, como foi comentado em itens anteriores. Existem dois tipos de boosters: de volume e de presso. Figura 34 Booster Pneumtico6.2.1 Boosters de volume

Este tipo de booster, pode ser utilizado para aumentar a velocidade da operao de uma vlvula de controle.O controlador aplica seu sinal de sada, diretamente ao booster no qual, aproximadamente 1 p cubico de ar necessrio para posicionar o seu piloto. Desta forma o volume de ar que desloca-se entre o controlador e o booster muito pequeno. O ar que opera a vlvula de controle, vem atravs do booster e desde que esse piloto possua uma grande capacidade de passagem (de ordem de 335 SCFM), o tempo para cursar totalmente a vlvula de controle substancialmente reduzido.Se utilizarmos uma vlvula redutora de presso na linha de alimentao de ar para o booster esta ter que ser do tipo de alta capacidade, afim de no limitar a capacidade de sada do booster.

6.2.2 - Booster de presso

Os boosters de presso geralmente so de volume, entretanto, a sua principal funo a de aumentar a presso vinda do controlador. A mola mais forte para obtermos um fechamento da vlvula contra uma alta presso montante. Contudo, a sada normal do controlador (mximo 20 psig) no suficiente para abrir a vlvula. Um booster de presso com relao de multiplicao 2:1, resolve esse problema, tornando o sistema operacional.

O booster prefervel ao posicionador, devido ao seu menor custo. Ainda, o booster no fecha o circuito ao redor da vlvula, fato este que, pode proporcionar maior estabilidade em sistemas de resposta rpida.6.3 - VLVULAS SOLENIDES

A sua utilizao principal em aplicaes de controle biestvel, pilotando uma vlvula de controle pneumtico, conforme mostrado na figura 35.

Figura 35 Esquema para utilizao de uma vlvula solenide de 3 vias para controle biestvelNeste tipo de aplicao, uma vlvula solenide de 3 vias instalada entre o controlador (ou posicionador) e a vlvula de controle, de forma que normalmente, a sada de escape esteja fechada (isto , estando a vlvula solenide desenergizada, a passagem do ar direta para a vlvula de controle). Em casos de necessidade de bloquear a vlvula de controle, por medida de segurana um sinal eltrico pode ser acionado remotamente, energizando instantaneamente a vlvula solenide, ficando a vlvula de controle sem ar de atuao, levando a fora da mola a fechar ou abrir rapidamente a mesma.6.4 - CHAVES INDICADORAS DE POSIO

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

Figura 36 Chave Indicadora de Posio6.5 - TRANSDUTORES ELETROPNEUMTICOS

Estes dispositivos convertem o sinal eltrico da sada de um controlador eletrnico, em sinal pneumtico compatvel com o atuador pneumtico da vlvula de controle.

Estes transdutores tanto podem ser corrente para presso (I/P), ou voltagem para presso (E/P).

O sinal de entrada de corrente aplicado a um eletroim. O campo magntico criado e a corrente, produzem uma fora que desloca a palheta alterando a posio relativa entre a palheta e o bocal. Isso faz aumentar ou diminuir a presso no bocal, aumentando ou diminuindo o sinal de presso para a vlvula de controle.

Figura 37 Transdutor de Sinal6.6 - CONJUNTO FILTRO-REGULADOR DE AR

Talvez um dos acessrios mais comuns seja o filtro regulador, conforme mostrado na figura 38, que uma vlvula reguladora de presso de ar, do tipo auto-operada, de pequenas dimenses e alta capacidade, com filtro de ar integral. A sua funo a de fornecer ar limpo, uma presso constante compatvel com os limites de alimentao dos posicionadores.

Figura 38 Transdutor de Sinal6.7 - VOLANTES MANUAIS

Trata-se de um acessrio amplamente utilizado na linha de vlvulas de deslocamento linear da haste. Na maioria das vlvulas rotativas, o volante faz parte da vlvula no sendo considerado como acessrio adicional propriamente dito. O volante manual utilizado para possibilitar uma operao manual de vlvula de controle, no caso de falta de ar.

Existem dois tipos de volantes, conforme a sua instalao na vlvula: de topo e lateral.

Um volante manual de topo, conforme mostrado na figura 39(a) a consiste na adaptao de um volante no tampo superior do diafragma.O volante manual tipo montagem lateral, conforme figura 39(b), adaptado a torre do atuador agindo diretamente sobre a haste da vlvula. Costuma-se, normalmente utilizar este tipo de montagem nas vlvulas de grande dimetro, em funo da sua altura o que tornaria bastante difcil a operao manual, caso a vlvula tivesse volante de montagem tipo topo.

Figura 39 Tipos de Volantes para Acionamento ManualVLVULAS DE CONTROLE

Projeto de Qualificao da GMA

Em 2013 a Klabin Paran, conta com aproximadamente 4317vlvulas instaladas, sendo dividido por rea:

Fibras: 1367

GRU: 806

MPs: 2144

A quebra de uma vlvula pode causar parada parcial ou total do processo produtivo gerando perdas milionrias para empresa!

Reviso A 15/10/2013

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A 01/08/2006