CURVAS DE DESEMPENHO DE VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESSÃO COM DIFERENTES TEMPOS DE UTILIZAÇÃ0 1

XXXI Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola. Salvador, 29 de julho a 02 de agosto de 2002

CURVAS DE DESEMPENHO DE VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESSÃO COM

DIFERENTES TEMPOS DE UTILIZAÇÃ0

S.C.R.V.LlMA 2, J. A. FRlZZONE 3, R.N.T.COSTA4, F. de SOUZA5, A.S. PERElRA6, C.C.MACHAD07

I Escrito para apresentação no

XXXl Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola- CONBEA 2002 Salvador- BA, 29 de julho a 02 de agosto de 2002

RESUMO: O desempenho de urna válvula reguladora de pressão, fabricada pela Fabrimar, Modelo Exact-20-Ref. RP-3-20-3/4"FF, utilizada em pivô central, foi avaliado em laboratório, conforme as normas ISO I 0522, de 1993. Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Irrigação do Departamento de Engenharia Rural, ESALQ/USP, utilizando reguladores de pressão com diferentes tempos de utilização no campo. Utilizou-se um modelo estatístico para a pressão de saída do regulador novo como parâmetro de comparação. Foram coletadas de diversos sistemas tipo pivô central em diferentes vãos, válvulas reguladoras de pressão do mesmo modelo, que possuíam tempos de uso de 2000, 2500, 6000, 8500, 9000 e I 0000 horas(h), bem como diferentes qualidades de água utilizadas. Os ensaios seguiram os mesmos padrões dos novos realizando-se uma análise estatística dos dados.

Apesar dos desgastes provocados pela água de má qualidade e dos vazamentos apresentados, o desempenho hidráulico das válvulas com tempo de uso até 6000 h, não diferiu do desempenho das novas, para pressões de entrada até 84,4 mca e velocidades de referência até 2,5 m/s.

PALAVRAS-CHAVE: Reguladores de pressão, desempenho, utilização no campo

PERFORMANCE CURVES OF PRESSURE REGULA TE V AL VE WITH

DIFFERENT TIMES OF UTILIZATION

SUMMARY: The performance of apressure regulator, manufactured by Fabrimar (Mode1 Exact-20-Ref. RP-3-20-3/4"FF), for central pivot applications, was evaluated in laboratory the procedure followed the ISO I 0522, 1993. The lab was conducted in the laboratory o f lrrigation o f the Department of Rural Engineering, ESALQ/USP. A model for the outlet pressure ofthe new regulator, as a function o f flow and inlet pressure, was use parameter. Pressure regulators of a given model were collected from severa! central pivot systems and from different spans in the system, such that a array o f pressure regulators with 2000, 2500, 6000, 8500, 9000 and I 0000 hours o f operation at several water qualities was obtained. These pressure regulator were evaluated according to ISO I 0522, 1993 as well. In spite of the effect of water sediments on the pressure regulator and presented leaks observed in the pressure regulator, the hydraulic performance o f the valves with 6000h did not differ for the performance ofthe new ones, for inlet pressures of 84.4mH20 and reference velocity up to 2.5 m/s.

KEYWORDS: Pressure regulators, performance, use in the field

INTRODUÇÃO: Como alternativa para minimizar os efeitos da variação de pressão na vazão dos emissores em sistemas pivô central, utilizam-se válvulas reguladoras de pressão, que permitem ajustar a pressão de saída, numa faixa definida de pressão de entrada e vazão. De acordo com ZAGGO et al.

1

Parte da dissertação do primeiro autor apresentada a VFC. para a obtenção do título de Mestre em Irrigação e Drenagem

2 _{Eng.Agro. M.Sc., Professor do Curso de Irrigação -lnstinrto CENTEC, Rua Guarany,317 - Sobral- CE cep: 62040-730;e-mai1:}

silviocarlos@yahoo.com.br

3 _{Pro f. Dr. Departamento de Eng. Rural/Irrigação e Drenagem, ESALQ/USP, E-mail: frizzone@carpa.ciagri.usp.br;}

4

Professor Adjunto, Dr, DENA/CCA!UFC, &mail: mtcosta@ufc.br;

3_{Professor Titular, Ph.D, DENA/CCA/UFC, E-mail: fsouza@ufc.br;} 6 _{Eng.Agro., De., ESALQ/USP;}

(1990), as válvulas reguladoras de pressão são dispositivos que reagem a um acréscimo de pressão de entrada (ou de saída, dependendo do tipo de válvula), diminuindo a seção de passagem de água e aumentando a perda de carga localizada que ocorre na válvula, de forma a compensar o aumento da pressão de entrada, mantendo a pressão de saída dentro de certos limites que irão caracterizar a "pressão de regulação da válvula". Um regulador ideal deve manter constante a pressão de saída,

independentemente da pressão de entrada e da vazão (VON BERNUTH & BAIRD, 1990). De acordo

com a IS0(1993), o nível de exatidão de um regulador de pressão é dito A ou B, de acordo com o

valor do desvio da pressão de saída (pressão regulada) em relação à pressão declarada de regulação

pelo fabricante, isto é:

Desvio= PS-Pn x 100 (1)

Pn em que:

PS - valor médio da pressão de saída regulada para a amostra; PD- pressão declarada de regulação.

Um regulador de pressão tem nível de exatidão A se o desvio não é superior a 10%, e B se não superior a 20%. O intervalo de regulação da pressão de entrada é aquele que inclui a pressão regulada dentro do nível de exatidão especificado (regulador de pressão com nível de exatidão A: PD 1 0%; regulador de pressão com nível de exatidão B: PD 20%). O objetivo deste trabalho foi ensaiar reguladores de pressão da marca Fabrimar, com diferentes tempos de uso, avaliando as curvas de desempenho.

MATERIAL E MÉTODOS: Realizou-se o experimento no Laboratório de Irrigação da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz da Universidade de São Paulo, localizado em Piracicaba - SP. Utilizou-se a Norma ISO 10522-1993 (Agriculturallrrigation Equipment- Direct-Acting Pressure-Regulating Valves ), determinando-se as pressões de saída na válvula, em função das pressões de entrada e da vazão. Utilizaram-se peças usadas de um regulador de pressão fabricado pela Fabrimar

S.A. Indústria e Comércio, Modelo EXACT-20-3_{;4" FF, nas quantidades de 25 peças utilizadas em}

cada pivô central amostrado, sendo estas agrupadas em amostras de 5 válvulas pertencentes a vãos onde operavam com a mesma vazão. As características declaradas são: pressão de regulação de 14

mca (20 PSI) e diâmetro nominal 20mm (3,.~"). Os reguladores usados, obtidos de 7 sistemas pivô

central estão identificados como: MS(2000 h), ITA (2500 h), CAO (2500 h), ITA (6000 h), ITA (8500 h), ITA (9000 h) e MS (10000 h), todos com captação de água de qualidade variada. Os ensaios foram

realizados em urna bancada (Figura I), cujo circuito hidráulico era similar ao esquema apresentado no

texto da norma ISO 10522- 1993, determinando-se as pressões de saída no regulador em função das pressões de entrada, em diferentes vazões controladas. Com esses dados, foram construídas as curvas de desempenho dos reguladores de pressão. As velocidades de referência utilizadas para estes exemplares, encontram-se na Tabela 1. Utilizaram-se 11 valores de pressão de entrada, conforme ensaio dos reguladores novos: 7,0 mca (10 PSI); 14,1 mca (20 PSI); 17,6 mca (25 PSI); 21,1 mca (30 PSI); 28,1 mca (40 PSI); 42,2 mca (60 PSI); 49,2 mca (70 PSI); 63,3 mca (90 PSI); 70,3 mca (100 PSI); 77,4 mca (110 PSI) e 84,4 mca (120 PSI). As pressões de saída foram medidas para pressões de entrada gradualmente crescentes e decrescentes. Com a média desses valores, para uma amostra de tamanho 5, para cada vazão, obteve-se a curva de regulação.

Tabela 1 -Vazões utilizadas no ensaio dos reguladores com tempo de utilização e as respectivas velocidades de referência

1 ---0,57

----

r

-··

0,5 1,02 1,5 2,0 2,5

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Como parâmetro de comparação com os reguladores com tempo de utilização, se fez necessário os valores obtidos em ensaio com o regulador novo, que utilizou velocidades de referência variando de 0,13 m/s a 4,0 m/s.Na Tabela 2, é apresentado o modelo ajustado e os valores dos parâmetros para o regulador em estado de novo. Para seguÍança na operação

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do regulador de pressão Fabrimar modelo EXACf -20, sugere-se o seguinte domínio para o modelo que se apresenta no cabeçalho da Tabela 2:

Para Q 5 2,30 m3 I h => 7,0 mca 5 PE 5 84,4 mca

Para 2,30 m3 /h< Q 5 3,40 m3 /h=> 7,0 mca 5 PE 5 77,4 mca Para 3,40 m3 /h< Q 5 4,50 m3 /h=> 9,5 nica 5 PE 5 63,3 mca

Tabela 2 - Pressão de saída (PS, mca) em função da pressão de entrada (PE, mca) e da vazão (Q,

m3/h) para o regulador de pressão Fabrimar EXACT -20 (pressão declarada de regulação de 14 mca). Parâmetros a b c d e (Número de Nepper) f Modelo PS =a+ b.Q + --d::-_-=:PE::-I +e f

R (Coeficiente de determinação ajustado)

Valor - 3,280609 I2 -0,53595555 I 8,8138835 I 6,219959147 2,71828183 4,035721379 0,9916

Obtidas as pressões médias de saída (PS) do regulador de pressão em função das pressões de entrada, para as cinco vazões ensaiadas, pode-se ajustar equações. Na velocidade de referência de 0,5m/s, pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade, há diferenças significativas entre o novo e aqueles que operaram por 8500, 9000 e I 0000 horas. Na velocidade de referência de 1 ,Om/s, há diferenças significativas entre o regulador novo e aqueles que operaram por 8500h, 9000h e 1 OOOOh, nas pressões de entrada superiores a 49,2 mca. Abaixo desta pressão não ocorreram diferenças significativas entre as pressões de saída. Na velocidade de referência de 1,5 m/s, há diferenças significativas entre o novo e aquele que operou por 10000 horas, a partir de pressões de entrada superiores a 49,2 mca. Na velocidade de referência de 2,0 m/s, há diferenças significativas entre o regulador novo e aqueles que operaram 9000h e lOOOOh, nas pressões de entrada superiores a 49,2 mca. Abaixo desta pressão, não ocorreram diferenças significativas entre as pressões de saída. Na velocidade de referência de 2,5m/s, os resultados da análise estatística mostraram pouca consistência na tendência dos dados obtidos nos ensaios, Um resultado consistente é a diferença estatística entre reguladores com tempo de operação de I 0000 h e os demais. Os pontos correspondentes às curvas de desempenho dos reguladores usados foram colocados em gráficos para comparar com a curva do regulador novo, obtida pelo modelo apresentado na Tabela 2, como podemos observar na Figura 1, com a velocidade de 1 m/s. A medida que aumentamos a velocidade, a curva aproxima-se mais do limite inferior de exatidão, devido a perda de carga no regime turbulento variar, aproximadamente, com a segunda potência da velocidade. Observa-se que na velocidade de referência de I ,O m/s, os reguladores: identificados por CA0-2500 h, ITA-8500 h, ITA-9000 h e MS-10000 h, a partir da pressão de entrada de 70,3 mca, extrapolaram o limite do intervalo de regulação do nível exatidão "A", sendo que os demais reguladores não apresentaram variações significativas em relação ao novo, mantendo-se dentro daquele limite.

CONCLUSÕES: Considerando-se os resultados obtidos pode-se concluir que:

1) O desempenho hidráulico do regulador de pressão, com tempo de uso até 6000h, não diferiu do desempenho do regulador novo, para pressões de entrada até 84,4mca e velocidades de referência até 2,5 m/s;

2) O desempenho hidráulico dos reguladores de pressão com tempos de uso iguais ou superiores a 8500h, não se manteve semelhante ao do novo, especialmente para pressões de entrada superiores a 49,2 mca.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARTIZATION, ISO 10522, Agricultura! irrigation equipment- Direct-acting pressure-regulating valves, Geneve, 1993, 11 p.

VON BERNUTH, R.D.; BAIRD, D. Characterizing pressure regulator performance. Transactions of the ASAE, 33(1):145-50,1990.

ZAGGO, S.P., COLOMBO, A.; GIL, O. F. Desempenho de válvulas reguladoras de pressão utilizadas em sistemas pivô central, XIX CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, Piracicaba, SBEA, I990, Anais, Vol. I, p 360-79.

FIGURA 2 • [)Q(,(W. DA BANCADA P/>RA O ENSAIO DOS REGULADORES

Figura 1. Bancada de ensaios para válvulas reguladoras de pressão.

20 18 16 14 12 1 o

I •

/

Comparação· Reguladores novos e usados-Vel. 1 .O m/s

20 30 40 50 60 70 80

Pressão de Entrada (mca)

• C ao 2500 • rrA 2500 e ITA 6000 :s: rrA a5oo

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Figura 2. Comparação entre as curvas de desempenho dos reguladores novos e usados, avaliados na velocidade de referência de 1 ,O m/s.