13. DESTILADORA T-420
13.3 DETALHAMENTO
14.3.8 Bocal de entrada do refluxo
De acordo com o item 11.3.7 , segue os valores para cálculo do diâmetro do bocal. Tendo a vazão de líquido QL = 0,00042 m³/s, pela velocidade máxima de 3 m/s, Dmínimo = 0,013 m, e pela velocidade mínima de 1 m/s, Dmáximo = 0,0224 m. Pela tabela de bocais comerciais, Descolhido = 15,8 mm, diâmetro nominal de 1/2’’, STD SCH 40 com espessura de 2,77 mm.
14.3.9 Bocal de Alimentação
Para uma corrente de entrada líquida no ponto de bolha, usa-se o mesmo método do bocal de entrada de refluxo saturado. Tendo que QL = 0,00088 m³/s para v = 3 m/s, Dmínimo = 0,0194 m, e para v = 1 m/s, Dmáximo = 0,0336 m. Portanto, Descolhido = 0,0266 m, diâmetro nominal de 1’’, STD SCH 40, com espessura 2,87 mm.
156 14.3.10 Bocal de Saída de Fundo do Líquido
A carga de líquido sobre o bocal é dada pela posição do nível de líquido mínimo (LLL), que é colocado no mínimo 150 mm acima da linha de tangência inferior (LTI). A diferença entre a altura máxima e mínima de líquido é dado pela seguinte equação, onde tc é o tempo de controle, A é a área da coluna e QL a vazão
volumétrica de líquido:
(14.6)
O tempo de controle depende do destino que será dado ao produto final, como mostra a Tabela 51.
TABELA 51 - TEMPO DE CONTROLE EM FUNÇÃO DO DESTINO DO PRODUTO. Destino Tempo (min)
Estocagem 2 Carga de Torre 3 Trocador de Calor 3 Carga de Forno 10
No caso da torre T-430, o produto será enviado para estocagem, portanto tc = 2 min. Tendo que QL = 0,0013 m³/s e A = 0,17 m², ΔHL = 0,92 m. A altura de líquido
está relacionada com a velocidade máxima permissível no bocal através da fórmula:
√ (14.7)
Tendo que HL = 150 mm + 920 mm = 1070 mm, vmáx = 1,48 m/s. Calcula-se o diâmetro mínimo do bocal, Dmínimo = 0,033 m. Pela tabela de bocais comerciais: Descolhido = 35 mm, com diâmetro nominal de 1 1/4’’ STD, SCH 40, espessura 3,56 mm.
157 14.3.11 Bocal de Retorno do Refervedor
Para uma corrente de entrada vapor no ponto de bolha, usa-se o mesmo método do bocal de saída de vapor do topo. Tendo que QV = 0,00055 m³/s.
Para v = 30 m/s, Dmínimo = 0,00485 m. Portanto, Descolhido = 9,2 mm, diâmetro nominal de 1/4’’ SCH 40, com espessura de 2,23 mm.
14.3.12 Bocal de Visita de Fundo
Este bocal de visita segue os mesmos valores do bocal de visita do topo.
14.3.13 Espessura dos Vasos de Pressão
Como a T-430 opera a pressão atmosférica a espessura da parede (ts) do vaso segue a Tabela 52, portanto ts = 1/4 polegadas.
TABELA 52 - ESPESSURA DA PAREDE. Di (ft) ts (polegadas) 0 – 4 ¼ 4 – 6 5/16 6 – 8 3/8 8 – 10 7/16 10 - 12 ½
158 15 TROCADORES DE CALOR
Todos os trocadores de calor foram calculados via software BJAC do Aspen Plus® e suas folhas de especificação encontram-se nos anexos.
159 16 TUBULAÇÕES
16.1 CÁLCULO DO DIÂMETRO
Para estimativa inicial do diâmetro do tubo adotou-se valores de velocidade econômica recomendados para líquidos e gases, bem como as perdas de carga admissíveis na tubulação:
Critérios de projeto para velocidades:
Para líquidos de baixa viscosidade: 1 a 4 m/s; Para líquidos de alta viscosidade: 0,5 a 1,5 m/s; Para gases: 25 a 60 m/s;
Para vapor saturado: 15 a 35 m/s;
Critério para perda de carga:
Perda de carga máxima admissível – 100KPa /100m de tubulação
Além disso, alguns critérios usuais da indústria devem ser levados em conta, os quais foram comprovados na pratica, tais como:
Critérios de projeto usuais (MANUAIS DE DIMENSIONAMENTO THE DOW CHEMICAL COMPANY):
Linhas longas devem ter uma perda de carga máxima menor que linhas curtas;
Sucção de bombas, drenos e linhas de vents devem possuir perda de carga máxima admissível menor que para linhas normais. A perda de
160 carga deve ser limitada a 20-50% das perdas de carga normalmente admissíveis;
Velocidade de escoamento de sucção de bombas, drenos e linhas de vents devem ser de ½ a 1/3 das velocidades típicas de escoamento (econômicas);
Linhas de vácuo devem ter perdas de carga admissíveis menores: 0.01 – 0.05 psi/ 100ft;
Na perda de carga calculada para linhas velhas e linhas aumentadas deve ser considerado um fator de segurança de 1.15-1.25 sobre o cálculo normal;
Gases com densidades maiores requerem velocidades menores;
Velocidade máxima permitida em linhas largas pode ser maior que para linha com um menor diâmetro;
Quando se tem fluidos mais viscosos, corrosivos e erosivos, as velocidades máximas de escoamento permitidas diminuem;
Líquidos com velocidade de escoamento acima de 15 ft/s podem se tornar erosivos;
A máxima vazão de gases é limitada pela velocidade sônica;
Escoamento lento deve ser evitado em escoamentos bifásicos, exceto para escoamentos na saída de refervedores;
Linhas de retorno de condensado sempre contemplam escoamento bifásico, pois ocorre o flashing do fluido; cuidados especiais devem ser tomados para evitar golpes de ariete (linhas de purga bem dimensionadas).
16.2 CÁLCULO DA ESPESSURA
A espessura é calculada a partir da pressão máxima de operação da linha. Sendo então depois comparada com a espessura comercial escolhida (SCH). Caso
161 a espessura calculada seja menor do que a escolhida, a tubulação atende as especificações. Caso não, é necessário adotar um SCH maior.
A equação para cálculo da espessura é dada por:
Onde:
ts – Espessura mínima (mm)
P – Pressão máxima de operação (Pa) S – Tensão admissível do metal (Pa) E – Eficiência de solda
ec – Espessura mínima de corrosão (mm) Di – Diâmetro interno da tubulação
16.3 ISOLAMENTO TÉRMICO
Isolantes são materiais empregados para reduzir a transferência de calor, são finalidades destes materiais:
Conservação de energia; Proteção pessoal;
Manutenção da fluidez do produto;
Segundo Silva Telles, é necessário utilizar isolamento por motivos de perda de energia para tubulações com temperatura acima de 120 ºC. No entanto, por questões de segurança pessoal todas as tubulações acima de 60 ºC que podem entrar em contato com pessoas devem ser isoladas.
Portanto, optou-se por isolar todas as tubulações do processo de produção de ácido acrílico que encontram-se acima de 60ºC.
As correntes de processo que serão isoladas encontram-se entre 79 ºC e 390 ºC. A Tabela 53, extraída da norma N-550 da Petrobras recomenda os tipos de isolante para cada situação:
162
TABELA 53 - SELEÇÃO DO TIPO DE ISOLANTE.
Tipo de Isolamento Equipamentos ou Tubulações Tanques Tubulações Torres, Vasos e Permutadores de Calor Equipamentos Rotativos e Acessórios de Tubulação Caldeiras Teto Costado Aéreas Enterradas
Lã de Vidro, Lã de Rocha e Lã Cerâmica em Manta X X X X X Silicato de Calcio, Perlita Expandida X X X X X X X Lã de Vidro em Feltro de Lamelas X X X Espuma Rígida de Poliuretano X X X X Lã de Vidrom Lã de Rocha e Lã Cerâmica em Painel X X X Silica Distomácea X X X X X X Lã de Vidro, Lã de Rocha e Lã Cerâmica em Tubo X X Lã de Vidro, Lã de Rocha e Lã Cerâmica em Flocos embalados em Sacos Térmicos ou Não Para Válvulas X
Como boa parte das tubulações são aéreas os isolantes em painel estão descartados. Analisando-se a temperatura de operação das linhas e consultando os sites dos fabricantes ISOVER Saint-Gobain e Isar, optou-se por isolar as tubulações com lã de vidro, válida para o range de temperatura em questão.
Adotaram-se ainda isolantes de tubos bi-partidos, aglomerados com resinas sintéticas e utilizados para isolamento térmico tubulações de até 450 ºC.
Para proteger a tubulação coloca-se um invólucro impermeável e depois uma proteção de chapas de alumínio corrugado ou aço galvanizado. As chapas de
163 proteção são presas por meio de cintas de aço inoxidável, colocadas com espaçamento de 30 cm (TELLES,1987).
As especificações do produto são mostradas na Tabela 54:
TABELA 54 - ESPECIFICAÇÃO DO ISOLANTE.
Produto Densidade (kg/m3) Espessuras comerciais (mm) Ø Nominal (pol) Tubos bi-partidos
em lã de vidro 60 25, 40, 50, 63, 75 e 100 De ½ a 14
A espessura ótima de isolamento, fornecida pelo fabricante, depende do diâmetro da tubulação e pode ser observada na Tabela 55:
TABELA 55 - ESPESSURA ÓTIMA DE ISOLAMENTO. Temperatura de Operação (ºC) Diâmetro Nominal 50ºC 100ºC 150ºC 200ºC 250ºC 300ºC 350ºC 400ºC 450ºC 1/2" 25 25 40 40 50 50 63 63 75 3/4" 25 25 40 40 50 50 63 63 75 1" 25 25 40 40 50 50 63 63 75 1 1/4" 25 25 40 50 50 63 63 75 100 1 1/2" 25 25 40 50 50 63 63 75 100 2" 25 40 40 50 63 63 75 75 100 2 1/2" 40 40 50 50 63 63 75 100 125 3" 40 40 50 63 63 75 75 100 125 4" 40 40 50 63 63 75 75 100 125 5" 40 40 50 63 75 75 75 100 125 6" 40 50 63 63 75 75 100 125 150 8" 40 50 63 75 75 75 100 125 150 10" 50 50 63 75 75 100 125 125 150 12" 50 50 63 75 75 100 125 150 175 14" 50 50 63 75 100 125 150 150 175 16" 50 50 63 75 100 125 150 150 175 18" 50 50 63 75 100 125 150 150 175
164 De acordo com a Tabela 55 selecionou-se a espessura de isolante utilizada. Tendo em vista os itens descritos acima, os resultados do dimensionamento das tubulações do processo podem ser visualizados nas Tabelas 56, 57 e 58.
TABELA 56 - ESPECIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES DA ZONA DE REAÇÃO – 600. 600 - Zona de Reação Corrente Descrição Diâmetros nominais (in) Espessura 40S T ºC Espessura isolamento(mm) 1 Entrada de propeno no processo 2 3,91 20 S/I 2 Entrada de ar no processo 8 8,18 150 63 3 Entrada de vapor no processo 5 6,55 158 63 4 Entrada do integrador térmico E-310 6 7,11 132,5 63 5 Entrada do forno F-610 10 9,27 236,4 75 6 entrada do reator R-610 12 10,3 325 125 10 Saída do reator R-610 12 10,3 350 125 11 Entrada do reator R-620 12 10,3 300 100 15 Saída do reator R-620 12 10,3 300 100
TABELA 57 - ESPECIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES DA ZONA DE SEPARAÇÃO – 300. 300 - Zona de Separação Corrente Descrição Diâmetros nominais (in) Espessura 40S T ºC Espessura isolamento(mm) 1 Entrada da absorvedora T- 310 12 10,3 200 75
3 Saída de topo da absorvedora
T-310 18 14,3 78,4 50 4 Saída de fundo da
absorvedora T-310 2 3,91 80,9 40 6 Entrada do VS-310 2 3,91 40 S/I 7 Saída do VS-310 2 3,91 40 S/I 8 Entrada da extratora T-410 2 3,91 40 S/I 9 Entrada de make-up de
solvente na extratora T-410 1,5 3,68 40 S/I 10 Entrada (make-up + reciclo
solvente) da extratora T-410 2,5 5,16 39,4 S/I 13 Topo da extratora T-410 3 5,49 42,7 S/I 12 Fundo da extratora T-410 1,5 3,68 42,74 S/I
165
TABELA 58 - ESPECIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES DA ZONA DE PURIFICAÇÃO - 400. 400 - Zona de Purificação Corrente Descrição Diâmetros nominais (in) Espessura 40S T ºC Espessura isolamento(mm) 3 Entrada da destiladora T-420 3 5,49 42,75 S/I 6 Incondesáveis topo destiladora T-420 0,25 2,23 55 S/I 10 Destilado da destiladora T- 420 2,5 5,16 55 S/I 13 Fundo da destiladora T-420 1,25 3,56 141,2 40 15 Saída do Vaso VS-420 1,25 3,56 141,2 40 16 Entrada da destiladora T-430 1,25 3,56 141,2 40 22 Destilado da destiladora T- 430 0,75 2,87 141 40 25 Fundo da destiladora T-430 antes da bomba P-432 1,5 3,56 141,3 40 26 Fundo da destiladora T-430 depois da bomba P-432 1,5 3,56 141,3 40
16.4 ANÁLISE DE DILATAÇÃO DAS LINHAS – FLEXIBILIZAÇÃO
Para o calculo das dilatações foram consideradas as seguintes linhas do processo:
Linha 1 – Propeno gasoso da válvula redutora VR-01 de pressão na entrada até a mistura de corrente com o ar.
Linha 2 – Ar da saída do compressor até a mistura de corrente com o propeno.
Linha 3 – Vapor saturado da válvula redutora VR-02 de pressa na entrada até a mistura de corrente com o ar e o propeno.
Linha 4 – Mistura de corrente Ar + Propileno até a mistura de corrente com o vapor saturado.
Linha 5 – Mistura das 3 correntes (Ar + propileno + vapor) até o integrador térmico E-612.
166 Linha 6 –Saída do integrador térmico E-612 até a entrada do Forno F-01. Linha 7 – Saída do Forno F-01 até a entrada do reator R-610.
Linha 8 – Fundo do vaso pulmão VS-410 até a alimentação da coluna de destilação T-420.
Linha 9 – Fundo da coluna de destilação T-430 até o trocador de calor E-432. Linha 10 – Saída do trocador de calor E-432 até os tanques de armazenamento de acido acrílico.
Linha 11 – Vapor da utilidades até a redutora de pressão na entrada do processo.
16.4.1 Cálculo da flexibilização
Para verificar como será o arranjo da tubulação no layout é necessário fazer o cálculo da flexibilização para absorver as dilatações térmicas, para isso usa-se a equação 16.1 (TELLES, 1976):
(16.1)
A dilatação absoluta para esse cálculo é dada por:
(16.2) Onde:
D: diâmetro externo do tubo (in);
L: comprimento dos tubos (ft);
U: distância entre os pontos fixos (ft);
Y: somatório das dilatações (in);
167 Se a relação acima não for satisfeita é necessário retirar os dispositivos de restrição de movimento ou então a configuração deve ser alterada para uma mais flexível. Para qualquer tubulação, a flexibilidade será tanto maior quanto menor for o momento de inércia da seção transversal do tubo (quanto menor for o diâmetro e a espessura da parede do tubo).
Os trechos de linha utilizados podem ser melhor visualizados no layout da planta em anexo.
Os materiais constituintes das linhas analisadas são o aço carbono e o aço inoxidável austenítico AISI 316, sendo os coeficientes de dilatação linear desses dois materiais mostrados na Tabela 59:
TABELA 59 - COEFICIENTES DE DILATAÇÃO LINEAR MATERIAIS CONSTITUINTES DAS TUBULAÇÕES.
Material α (in/in°F) Aço carbono 7,3E-6 Aço Inox AISI 316 8,9E-6
FONTE : LINEAR-EXPANSION-COEFFICIENTS,2013
Os resultados mostram que todas as linhas consideradas estão devidamente flexibilizadas, e logo absorvem bem as dilatações causadas pela variação de temperatura em cada um dos casos.
As características de cada linha utilizada, bem como os respectivos resultados para o cálculo de flexibilização, podem ser visualizados nas Tabelas 60 e 61.
TABELA 60 - CARACTERÍSTICAS DAS LINHAS E RESULTADOS – CALCULO FLEXIBILIZAÇÃO. Linha1 Linha2 Linha3 Linha4 Linha5 Linha6
D (in) 2 8 5 6 10 10 L (ft) 102,20 39,37 33,89 16,73 36,09 104,20 U (ft) 75,72 33,17 10,17 68,11 29,43 62,99 α (in in °F) 7,30E-06 7,30E-06 7,30E-06 7,30E-06 7,30E-06 7,30E-06 T (°F) 68 302 316,4 254,48 270,5 457,52 Y (in) 5,07E-02 8,68E-02 7,83E-02 3,11E-02 7,13E-02 3,48E-01 1,45 E -04 1,81E-02 6,96E-04 7,07E-05 1,61E-02 2,05E-03
168
TABELA 61 - CARACTERÍSTICAS DAS LINHAS E RESULTADOS – CALCULO FLEXIBILIZAÇÃO. Linha7 Linha8 Linha9 Linha10 Linha11
D (in) 10 3 1,5 1,5 4
L (ft) 85,63 83,14 47,24 808,40 651,41 U (ft) 59,06 42,65 29,72 249,34 492,45 α (in in °F) 7,30E-06 8,90E-06 8,90E-06 8,90E-06 7,30E-06
T (°F) 734 104 284 122 378
Y (in) 4,59E-01 7,70E-02 1,19E-01 8,78E-01 1,80E+00
6,50E-03 1,41E-04 5,84E-04 4,21E-06 2,84E-04
16.5 CÁLCULO DA PERDA DE CARGA NAS LINHAS – MÉTODO 2K’S
Os resultados de perdas de carga foram utilizados para as linhas onde foram calculadas as bombas, as válvulas de controle e os compressores. O procedimento de cálculo adotado é descrito abaixo.
Para a perda de carga nas tubulações e para o dimensionamento das válvulas e bombas foi utilizado o método 2K’s. O método 2K’s resulta em resultados mais precisos que o tradicional método de comprimento equivalente, principalmente para diâmetros de até 6 in, pois em sistemas complexos a perda de carga chega a ser de 1,5 – 3 vezes maior com o método de comprimento equivalente, o que significa super dimensionamento de bombas, grande consumo de energia e capital. (The two-K method predicts, 1981). O método 2K’s leva em consideração a resistência do movimento (K) de cada acessório, o primeiro (K1) que é em função do Número de Reynolds (Re) e a resistência (K∞) em função do diâmetro interno (Di).
( ) (16.3) Os valores de K para os acessórios estão apresentados na Tabela 62:
169
TABELA 62 - VALORES DE K PARA ACESSÓRIOS
Acessórios K1 K2
Válvula
gaveta,B = 1,0 300 0,1
esfera, trim reduzido, B = 0,9 500 0,15
macho, trim reduzido, B = 0,8 1000 0,25
globo, padrão 1500 4
globo,ângulo ou tipo Y 1000 2
diafragma 1000 2
borboleta 800 0,25
retenção tipo portinhola 2000 10
retenção c/ retorno por mola 1500 1,5
retenção tipo disco 1000 0,5
Total T Derivação
padrão, rosqueado 500 0,7
raio-longo, rosqueado 800 0,4
padrão, flangeado ou soldado 800 0,8
pestana com flange solto 1000 1
Passagem reta
rosqueado 200 0,1
flangeado ou soldado 150 0,05
pestana com flange solto 100 0
Total Cotovelos
90º
padrão,(R/D=1) soldado 800 0,4
padrão, (R/D=1) / flang./soldado 800 0,25
raio longo, (R/D=1,5)todos tipos 800 0,2
curva com gomos (R/D=1,5)
1 solda(90º) 1000 1,15 2 soldas(45º) 800 0,35 3 soldas(30º) 800 0,3 4 soldas(22 ½º) 800 0,27 5 soldas(18º) 800 0,25 45º
padrão,(R/D=1) todos os tipos 500 0,2
raio longo, (R/D=1,5) todos tipos 500 0,15
curva de gomos, 1 solda, 45º 500 0,25
curva de gomos 2 soldas, 22 ½º 500 0,15
180º
padrão,(R/D=1)soldado 1000 0,6
padrão, (R/d=1)flang. / soldado 1000 0,35
170 Os valores de K para bocais de entrada (Ke) e saída (Ks) de equipamentos está esquematizado na figura abaixo.
FIGURA 37- NÚMEROS DE K PARA BOCAIS DE ENTRADA E SAÍDA
Para a tubulação, o fator Kt é calculado da seguinte forma:
(16.4) Onde o L é o comprimento da linha e o f é o fator de fricção. Para o cálculo do f foi utilizado a equação de Churchill, pois ela contempla qualquer Número de Reynolds (Re) e qualquer valor de rugosidade relativa ɛ/Di. A equação de Churchill é a seguinte :
[( ) ] (16.5) Onde :
{ [( ) ]} (16.6) ( ) (16.7)
171 Somando os K’s dos acessórios, bocais, tubulação tem-se o K que é possível calcular a perda de carga (lw) de todo o sistema:
( ) (16.8)
Onde: v – Velocidade (m/s);
172 17 VÁLVULAS DE CONTROLE
De forma genérica pode-se dizer que se trata de um dispositivo cuja finalidade é a de provocar uma obstrução na tubulação com o objetivo de permitir maior ou menor passagem de fluido por esta. Esta obstrução pode ser parcial ou total, manual ou automática. Em outras palavras é todo dispositivo que através de uma parte móvel abra, obstrua ou regule uma passagem através de uma tubulação. Seu objetivo principal é a variação da razão do fluxo. A válvula de controle é o tipo mais comum de elemento final de controle em um processo cujo sistema seja controlado. O elemento final de controle é o mecanismo que altera o valor da variável manipulada em resposta a saída de sinal de um controle. Há vários modos de manipular as vazões de materiais e de energia que entram e saem do processo; por exemplo, por bombas com velocidade variável, bombas dosadoras, esteiras, motor de passo, porém o modo mais simples é por meio da válvula de controle. (RIBEIRO, 1999).
17.1 FUNÇÕES DA VÁLVULA DE CONTROLE
Uma válvula de controle deve:
1. Conter o fluido do processo, suportando todos os rigores das condições de operação. Como o fluido do processo passa dentro da válvula, ela deve ter características mecânicas e químicas para resistir à pressão, temperatura, corrosão, erosão, sujeira e contaminantes do fluido.
2. Responder ao sinal de atuação do controlador. O sinal padrão é aplicado ao atuador da válvula, que o converte em uma força, que movimenta a haste, em cuja extremidade inferior está o obturador, que varia a área de passagem do fluido pela válvula.
3. Variar a área de passagem do fluido manipulado. A válvula de controle manipula a vazão do meio de controle, pela alteração de sua abertura, para atender as necessidades do processo.
173 4. Absorver a queda variável da pressão da linha, para compensar as variações de pressão a montante ou a jusante dela. Em todo o processo, a válvula é o único equipamento que pode fornecer ou absorver uma queda de pressão controlável. Depois de instalada na tubulação e para poder desempenhar todas as funções requeridas à válvula de controle deve ter corpo, atuador e castelo. Adicionalmente, ela pode ter acessórios opcionais que facilitam e otimizam o seu desempenho, como posicionador (MANUAL DE TREINAMENTO HITER).
17.2 CARACTERISTICA DE VAZAO DA VÁLVULA
A característica da válvula de controle é definida como a relação entre a vazão através de válvula e a posição da válvula variando ambas de 0% a 100%. A vazão na válvula depende do sinal de saída do controlador que vai para o atuador da válvula.
Na definição da característica, admite-se que: - o atuador da válvula é linear (o deslocamento da haste da válvula é proporcional à saída do controlador) – a queda de pressão através da válvula é constante, - o fluido do processo não está em cavitação, flasheamento ou na vazão crítica ou sônica (choked). Os três tipos de características mais frequentes são linear, de igual porcentagem e abertura rápida (Figura 4), tais comportamentos são inerentes do equipamento. (RIBEIRO, 1999)
174 17.2.1 Linear
As válvulas de comportamento linear produzem fluxo diretamente proporcional à abertura, ou seja, para cada incremento de abertura temos igual incremento na vazão. Por exemplo, 40% da vazão máxima produz 40% de abertura. Tendo o uso indicado para serviços de controle de nível e aplicações que requerem ganho constante.
Válvula com característica linear é comumente usada em processo de nível de líquido, aplicações de controle de vazão e em outros processos onde a queda da pressão através da válvula é aproximadamente constante. A válvula com característica linear possui ganho constante em todas as vazões. O desempenho do controle e uniforme e independente do ponto de operação.
17.2.2 Igual porcentagem
Na válvula de igual percentagem, iguais percentagens de variação de abertura da válvula correspondem a iguais percentagens de variação da vazão. Matematicamente, a vazão é proporcional exponencialmente à abertura. O índice do expoente é a percentagem de abertura. A característica de vazão de igual percentagem produz uma vazão muito pequena no início de sua abertura, mas quando está próxima de sua abertura total, pequenas variações da abertura produzem grandes variações de vazão. Ela exibe melhor controle nas pequenas vazões e um controle instável em altas vazões. A válvula de igual percentagem é de abertura lenta. As válvulas que, pelo projeto e construção, naturalmente fornecem característica de igual percentagem são a borboleta e a globo, onde a variação da vazão é estabelecida pela rotação da haste.
175 17.2.3 Abertura rápida
A característica de vazão de abertura rápida produz uma grande vazão com pequeno deslocamento da haste da válvula. A curva é basicamente linear para a primeira parte do deslocamento com uma inclinação acentuada. A válvula introduz uma grande variação na vazão quando há uma pequena variação na abertura da válvula, no inicio da faixa. A válvula de abertura rápida apresenta grande ganho em baixa vazão e um pequeno ganho em grande vazão. Ela não é adequada para controle contínuo, pois a vazão não é afetada para a maioria de seu percurso; geralmente usada em controle liga-desliga.
17.3 ESCOLHA DE CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO
A escolha da característica da válvula e seu efeito no dimensionamento é fundamental para se ter um bom controle, em larga faixa de operação do processo. A válvula com característica inerente linear parece ser a mais desejável, porém o objetivo do projetista é obter uma característica instalada linear. O que se deseja realmente é ter a vazão através da válvula e de todos os equipamentos em série com ela variando linearmente com o deslocamento de abertura da válvula. Como a queda de pressão na válvula varia com a vazão (grande vazão, pequena queda de pressão) uma válvula não-linear normalmente fornece uma relação de vazão linear após a instalação. A escolha da característica correta da válvula para qualquer processo requer uma analise dinâmica detalhada de todo o processo. Há numerosos casos onde a escolha da característica da válvula não resulta em consequências serias. Qualquer característica de válvula é aceitável quando :
1. A constante de tempo do processo é pequena (processo rápido), como vazão, pressão de líquido e temperatura com misturadores,
2. A banda proporcional ajustada do controlador é estreita (alto ganho), 3. As variações de carga do processo são pequenas; menos que 2:1.
176 A válvula com característica linear é comumente usada em processo de nível de líquido e em outros processos onde a queda da pressão através da válvula é aproximadamente constante.
A válvula com característica de igual percentagem é a mais usada; geralmente, em aplicações com grandes variações da queda de pressão ou onde uma pequena percentagem da queda de pressão do sistema total ocorre através da válvula.
Quando se tem a medição da vazão com placa de orifício, cuja saída do transmissor é proporcional ao quadrado da vazão, deve-se usar uma válvula com