Válvula da ilustração: MONOVAR DN2000 (80 )

SAPAG

pressão constante, em combinação com a válvula MONOVAR®,

- Aplicações em água do mar, por consulta. Válvula da ilustração: MONOVAR® DN2000 (80”)

Características técnicas

Gama de dimensões : DN100 - DN2000 (4” - 80”) Gama de pressão : 50 bar (725 psi) Gama de temperatura : -50° a +200°C

(-60°F a +390°F) Tipo de flange : EN 1092-1

PN10/16/20/25 ANSI B16.5 classe 150 O exemplo ilustrado é o de uma barragem de grande

capacidade na Califórnia, EUA.

MONOVAR® é a válvula de dissipação de energia.

Aplicações

Aplicação da válvula MONOVAR®: - Sistemas de abastecimento de água

(fiabilidade, pressão, cavitação), - Sistemas industriais de caudal,

arrefecimento e mistura (cavitação, sensibilidade, pressão, fiabilidade), - Estações elevatórias de instalações de

tratamento de águas (reduzido trabalho de construção civil, cavitação, fiabilidade), - Estruturas de ensaio laboratoriais

(sensibilidade, ausência de perturbações), - “By-pass” da turbina (barragens), Características

• Design extremamente simples (patenteado) • Características de cavitação excelentes • Regulação de caudal ou de pressão muito

precisos

• Controlo manual ou automático • Adequada para medição de caudal • Pequenas dimensões disponíveis • Mínima perturbação de caudal

• O caudal é dividido uniformemente por um largo número de jactos. Esta característica garante uma performance precisa e estável • Estas características únicas, em conjunto

com a larga gama de materiais de fabrico, fazem das válvulas MONOVAR® uma escolha automática em todos as situações industriais e de abastecimento de água severas, que necessitem de regulação de caudal do fluido ou de qualquer característica associada, por exemplo, pressão, temperatura e nível

• O design elimina a vibração, cavitação, flutuações de pressão e excesso de ruído • Adequada para aplicações de elevada

velocidade

• Adequada para aplicações de elevada queda de pressão

3 1 2

Caudal

Figura 1 1 = Corpo anular 2 = A jusante, placa fixa 3 = A montante, placa móvel

Tubagem Flange da tubagem

Os componentes são simplesmente duas placas circulares perfuradas e um corpo anular (1), montado entre as flanges da tubagem. A placa (2) é fixa. A placa (3), do lado a montante, é livre de se deslocar para cima e para baixo. Na posição totalmente aberta, os orifícios nas placas encontram-se alinhados. A posição totalmente fechada é obtida pelo deslocamento da placa móvel (3), de um diâmetro de orifício total.

Sob condições de caudal especificadas, a posição é intermédia, com os orifícios na placa fixa parcialmente bloqueados pelos da placa móvel.

A válvula pode ser manobrada tanto manualmente como através da utilização de actuadores modulantes pneumáticos, hidráulicos ou, de preferência, eléctricos.

Princípio de funcionamento

A simplicidade de design da válvula MONOVAR® está explicada na Figura 1.

Vantagens

A energia libertada por um fluido quando este se escoa através de uma válvula, causa com frequência uma perturbação no caudal.

Exemplos são: flutuações de caudal e de pressão, responsáveis por causar vibração no sistema de tubagem, bolhas de cavitação (isto é, bolhas de vapor de fluido) e ruído. O ruído é causado por uma brusca implosão de bolhas de cavitação.

Nas válvulas MONOVAR®, a dissipação de energia é controlada por jactos múltiplos distribuídos, que dividem o caudal. Isto significa que os efeitos de perturbação são consideravelmente reduzidos, como se descreve a seguir:

- As flutuações de caudal são reduzidas pelo design de jactos e pela estabilização rápida do caudal. Em consequência, os dispositivos tais como caudalímetros, podem ser colocados muito mais próximo da válvula de regulação do que habitualmente, pelo que o sistema pode ser construído de modo mais compacto.

- As válvulas de regulação MONOVAR® possuem melhores índices de cavitação, que são mais favoráveis do que os das válvulas convencionais. Devido ao seu design, as válvulas MONOVAR® suportam melhor a cavitação do que as válvulas de regulação tradicionais.

- A cavitação mais elevada não danifica as válvulas MONOVAR®, dado que as implosões ocorrem no fluido e não nas peças vitais da válvula. Este design único suplanta o design das válvulas convencionais, onde se verifica frequentemente a cavitação no obturador e na sede. Quando as válvulas MONOVAR® são seleccionadas de modo apropriado, não se formam bolhas de vapor. Um ponto final de fiabilidade funcional: as válvulas MONOVAR® não possuem a tendência natural para abrir ou fechar durante a regulação do caudal e da pressão.

1000k 100 100 20 40 60 80 1000k 100 10 10 20 40 60 80 100 100 10 20 40 60 80 10 20 40 60 80 100

σ

Coeficiente de perda de carga / % abertura da válvula

% abertura da válvula % Caudal

Características de caudal típicas

V2 ΔH = k 2g π2g q11 = _8k Área proibida Área 3 Área 2 Área 1 % abertura

Índice de cavitação MONOVAR®

1 - K

σ

=

K

Q q11 =

D 2 ΔH

1 K =

1 +

σ

P 1-P2 K =

P 1 -P v

Para uma dada abertura da válvula, estabelecem-se vários valores de

σ

pelo fabricante, que correspondem a vários graus de cavitação. Também definido para uma dada válvula, está o modo como os valores de

_σ

variam com a abertura. Estes valores podem ser representados graficamente na forma das designadas curvas de “sigma requerido”, que indicam o grau de risco de cavitação que será encontrado pelos utilizadores da válvula do fabricante. com as mesmas anotações. Através de álgebra simples, demonstra-se que os dois números estão

relacionados por: e

P1 : pressão absoluta a montante, medida na prática a um diâmetro de tubagem acima da válvula, P2 : pressão absoluta medida a 10 diâmetros de tubagem abaixo da válvula e corrigida em

relação a perdas por atrito entre os pontos 1 e 2,

PV : pressão de vapor do líquido à temperatura de funcionamento.

Estes valores de pressão são geralmente expressos em termos de metros de coluna de líquido. Alguns fabricantes de válvulas utilizam um número de cavitação, definido como:

P

2-Pv

σ

=

P

1-P2

q11 : caudal específico, em m3_{/s, para uma dada abertura da válvula,} Q : caudal total que se escoa através da válvula, em m3_/s,

ΔH : perda de carga, em metros de coluna de água de líquido, para a mesma abertura da válvula, D : diâmetro da válvula MONOVAR®, em metros.

O gráfico ilustra o modo como q11 varia com a abertura da válvula, para uma perda de carga constante. De notar que q11 pode ser expresso em termos do coeficiente de perda de carga. Por exemplo, na posição totalmente aberta, o caudal específico q11 de uma válvula MONOVAR® com a área perfurada máxima instalada numa tubagem cujo diâmetro é igual ao diâmetro nominal da válvula, é 1,3 m3_/s.

O valor de caudal específico cai para 0,95 m3_{/s, para uma válvula montada na extremidade.}

Cavitação

As contracções durante o escoamento do fluido, as expansões e as mudanças de direcção bruscas quando um fluido se escoa através de uma válvula, tendem a criar localmente, uma redução de pressão. Se a pressão local descer abaixo da pressão de vapor do líquido, então o líquido entra em ebulição. As bolhas de vapor e a sua implosão ocorrem no líquido. Este fenómeno é designado por cavitação.

A tendência de uma válvula para sofrer de cavitação é habitualmente caracterizada por um número de cavitação, definido como:

Caudal específico

O caudal específico é definido como o caudal que se escoa através de uma válvula MONOVAR® de um metro de diâmetro, que causa uma perda de carga igual a uma coluna de água de um metro.

O caudal específico q11 pode ser expresso em termos da perda de carga, como:

ΔH : queda de pressão em metros de coluna de água, para uma determinada abertura da válvula, k : coeficiente de perda de carga (adimensional), para a mesma abertura da válvula,

V : velocidade do líquido, em metros por segundo, calculada com base na secção de escoamento nominal da válvula,

g : aceleração gravítica, em metros por segundo quadrado.

O gráfico ilustra um exemplo de uma curva de valores de k para a área perfurada máxima das placas da válvula MONOVAR®_.

Perda de carga

A queda de pressão causada pelo escoamento através das válvulas MONOVAR®_{, é expressa como:}

Esta secção apresenta uma breve visão geral dos dados de projecto hidráulico e critérios de selecção para válvulas de regulação MONOVAR®. Os dados são provenientes de medições efectuadas em estruturas de ensaio da Sapag, da experiência obtida em instalações de ensaio de turbinas da Sapag e de informação recolhida de utilizadores das válvulas MONOVAR®_{, no domínio da indústria e dos recursos aquáticos.}

q11 a b c d e Q H1 H2 0 1 2 – (Ha – Hv) 4 3 2 1 Caudal Perda de carga Tanque a jusante Válvula MONOVAR®

Coluna H, em metros, em função do caudal Q Tanque a montante

Limites de funcionamento

• Temperatura

As válvulas MONOVAR® fabricadas a partir de materiais standard não devem ser manobradas fora da gama de temperatura de 0 a 80°C. A eficiência de vedação pode ser mantida até 200°C, através da utilização de material de vedação especial.

Os vedantes em elastómero e plastómero permitem fazer face a baixas temperaturas, até -50°C. Os limites de temperatura acima referidos são apenas aproximados e dependem do fluido e da pressão de funcionamento. • Pressão PN64 : DN100 PN40 : DN150 PN25 : DN200 a DN600 PN16 : DN700 a DN800 PN10 : DN900 a DN2000 • Estanquidade

A válvula não é estanque a bolhas (“bubble tight”), dado que é recomendada a instalação da válvula MONOVAR® entre duas válvulas de isolamento.

• A válvula MONOVAR® é unidireccional. Em caso de refluxo, contactar a fábrica ou o seu representante.

Método gráfico de determinação do sigma disponível

Os números de cavitação disponíveis podem ser calculados de modo bastante simples, através de meios gráficos. O exemplo de cálculo ilustrado na Figura abaixo baseia-se no escoamento entre dois tanques situados a níveis diferentes. A Figura representa graficamente a tubagem de ligação e a válvula de regulação incluída e, à direita, um gráfico com uma coluna em função do caudal. As pressões são aqui expressas como colunas de líquido de escoamento, dado que este é o procedimento habitual. No entanto, as variáveis H1, H2, HV possuem o mesmo significado básico do que P1, P2, PV referidos acima, por exemplo, HV é a pressão de vapor do líquido de escoamento, expressa em metros de coluna desse líquido.

A recta vertical a b c d representa de modo conveniente as componentes da perda de carga para o valor máximo de descarga, Q.

As perdas de carga acima e abaixo da válvula são, respectivamente, ab e cd. A distância intermédia bc, isto é, (H1 - H2) representa a perda de carga que pode ser limitada pela válvula.

As curvas (quadráticas) que descem para b e sobem para c ilustram o modo como ocorre a perda de carga por efeitos de atrito ao longo dos dois comprimentos da tubagem.

A coluna do ponto a, Ha corresponde à pressão à superfície do tanque superior, isto é, atmosférico. Tendo traçado até agora o essencial da Figura, apenas resta adicionar mais uma linha horizontal, identificada por e. Esta deve ser traçada a uma distância igual a (Ha - HV) abaixo do eixo dos zeros da coluna.

O numerador (P2 - PV) da expressão de sigma é representado pelo comprimento ce, que é evidentemente equivalente a H2 + Ha - HV, sendo bc o denominador. O número de cavitação sigma pretendido é, em consequência, ce/bc.

28 - 0,2

σ

’ = 48 - 28 = 1,39 25 - 0,2

σ

= 50 - 25 = 0,99 P’2-Pv

σ

’ = P1-P’2 P2-Pv

σ

= P1-P2

Nota: acessórios de tubagem, tais como curvas, cones ou qualquer outro equipamento mecânico, causarão alterações nas especificações das válvulas MONOVAR®. Nesse caso, contactar a fábrica ou o seu representante.

Como ambos os pontos se situam no interior da área 1, pode-se escolher uma válvula MONOVAR® de 0,3 m de diâmetro. Se D fosse reduzido para 0,25 m, então Exemplo (água)

3. Segundo passo do cálculo

Se os pontos (q11,

σ

) estiverem situados na área 1 de cavitação (excelente) na Figura 2, então não existe risco de cavitação e o

diâmetro da válvula MONOVAR® inicialmente assumido pode ser seleccionado - ou mesmo, reduzido.

Exemplo (água) Q = 0,150 m3_{/s Q’ = 0,250 m}3_/s P1 = 50 mWC P’1 = 48 mWC P2 = 25 mWC P’2 = 28 mWC ΔH = 25 mWC ΔH’ = 20 mWC PV = 0,2 mWC D = 0,3 m Escolha do diâmetro

1. Introdução de dados do fluido

• Caudal ajustável entre Q e Q’ • Gama de pressão absoluta a montante _{P1 e P’1} • Gama de pressão absoluta a jusante _{P2 e P’2} • Gama de estrangulamento da válvula MONOVAR® disponível ΔH e ΔH’ • Pressão de vapor do fluido à temperatura de funcionamento _PV • Diâmetro nominal da tubagem D

Impossível Possível

% abertura

q11 da válvula de fim de linha MONOVAR®

q11 da válvula MONOVAR® DN ≤ 400q11 da válvula MONOVAR® DN ≥ 450

Figura 2 Área proibida Área 3 Área 2 Área 1 P1-P2 K = P1-Pv P2-Pv

σ

= P1-P2 _Q’ q’11 = D 2 ΔH’ _0,25 q’ 11 = 0,3 2 20 = 0,62 _0,15 q11 = 0,3 2 25 = 0,33 _Q q11 = D 2 ΔH _Q q11 = D 2 ΔH Características As características de caudal e cavitação da válvula MONOVAR® estão ilustradas na Figura 2, em termos de caudal específico q11, em m3_/S. Q : m3_/S D : m ΔH : perda de carga, em m Área 1: Funcionamento excelente Área 2: Funcionamento aceitável

Área 3: Funcionamento possível Área 4: Área proibida

Contactar a fábrica ou o seu representante, para aplicações nas áreas 3 e 4.

Caudal Monovar® e características de cavitação

2. Primeiro passo do cálculo calcular

e

• se q’11 < 1,3 o diâmetro da válvula MONOVAR® será inferior ou igual a D • se q’11 > 1,3 o diâmetro da válvula MONOVAR® será superior a D,

e a nova válvula deve ser escolhida de modo a que q’11 ≤ 1,3

Exemplo (água)

• 0,62 < 1,3: a válvula MONOVAR® possuirá, em consequência, um diâmetro ≤ 0,3

100 4” 60 162 313 446 404 309 64 296 125 125 11 30 150 6” 80 220 348 516 428 309 110 558 148 374 73 67 200 8” 80 290 348 541 428 309 110 583 148 374 86 79 250 10” 84 350 348 576 428 309 110 618 148 374 105 80 300 12” 95 400 348 636 428 309 110 678 148 374 127 115 350 14” 110 438 589 1266 428 309 178 1210 178 530 258 286 400 16” 110 516 589 1271 428 309 178 1215 178 530 290 318 450 18” 140 560 589 1276 428 309 178 1220 178 530 320 350 500 20” 150 594 589 1296 428 309 178 1240 178 530 351 390 600 24” 160 696 589 1366 428 309 178 1310 178 530 432 470 700 28” 160 806 589 1396 428 309 178 1340 178 530 494 510 800 32” 160 914 589 1456 428 309 178 1400 178 530 614 610 900 36” 160 1017 589 1519 428 309 178 1460 178 530 662 690 1000 40” 160 1124 589 1596 428 309 178 1540 178 530 778 806 1200 48” 160 1342 589 1666 283 160 178 1610 178 530 1015 1043 1400 56” 160 1580 589 1816 283 160 178 1760 178 530 1336 1364 1500 60” 250 1660 589 1866 283 160 178 - - - - 2100 1600 64” 330 2032 331 2510 994 254 384 - - - - 5500 2000 80” 450 2345 352 3767 368 437 913 - - - - 8500 Materiais de fabrico

Os materiais standard são os seguintes: - Corpo: ferro fundido nodular EN GJS 500-7

- Placa fixa: ferro fundido nodular EN GJS 700-2 ou aço inoxidável 13% Cr (X20 C13) - Placa móvel: ferro fundido nodular EN GJS 500-7 ou aço inoxidável 13% Cr (X20 C13) - Suporte: ferro fundido nodular EN GJS 500-7

- Haste: aço inoxidável 13% Cr

- Vedantes da flange e haste: Perbunan de dureza Shore 70

Estão disponíveis outros materiais de fabrico por consulta, para satisfazer condições de funcionamento particulares.

Notas

Dimensões em mm, pesos em kg

Dimensões e pesos fornecidos com carácter indicativo

Actuadores eléctricos Actuadores manuais Dimensões da válvula (mm) DN Peso

(mm) (in) C øD G H K L M P R S manual eléctrico

Comprimentos rectos de tubagem Comprimento livre de qualquer equipamento mecânico 3 x DN Comprimento livre de qualquer equipamento mecânico 5 x DN Caudal

Posição de instalação standard

recomendada Instruções Gerais de Instalação

- Permitir que a válvula MONOVAR® seja removida numa fase posterior (respeitar os espaços livres, utilizar juntas e uniões deslizantes, etc.).

- Instalar a linha de tubagem, ou utilizar os acessórios apropriados, por forma a que a válvula MONOVAR® não tenha que suportar quaisquer cargas anormais, resultantes de tensões mecânicas na tubagem ou de expansões térmicas.

- Verificar se as secções da tubagem estão alinhadas, que as flanges estão paralelas, que quaisquer flanges deslizantes estão a funcionar correctamente e que os orifícios nas flanges correspondentes coincidem.

- Dependendo do tipo de água transportada, aplicar um crivo, um filtro ou um colector de lamas a montante da válvula, por forma a evitar o seu encravamento ou qualquer danificação mecânica. - Verificar se a válvula está instalada correctamente em relação ao sentido do caudal de fluido.

O sentido correcto é indicado por uma seta no corpo da válvula MONOVAR®; este sentido deve ser respeitado, por forma a evitar avarias.

- Antes da instalação da válvula MONOVAR®, proceder à sua limpeza com um jacto de ar comprimido. Certificar-se que as tubagens estão perfeitamente limpas e, em especial, que não existe qualquer material no seu interior, susceptível de causar danos graves (grumos de ferrugem, salpicos de soldadura, escória, etc.).

- Ter em atenção que a instalação correcta da válvula MONOVAR® é uma pré-condição para o funcionamento em condições satisfatórias da válvula.

- As válvulas MONOVAR® podem ser montadas entre flanges de tubagem com a ajuda de tirantes, que asseguram o alinhamento correcto. Podem ser igualmente montadas na extremidade de uma tubagem. Para facilitar a montagem e desmontagem, é recomendada a utilização de flanges ou mangas deslizantes.

- As válvulas podem ser instaladas tanto em tubagens verticais como horizontais. Nas tubagens verticais o caudal deve, de preferência, ser no sentido descendente. As válvulas montadas horizontalmente devem ser colocadas com o actuador voltado para cima, para possibilitar a utilização correcta do orifício do dreno, que estará então situado no lado inferior.

Actuadores da válvula

As válvulas de regulação MONOVAR® podem ser controladas manualmente (volante com indicador de posição micrométrico) ou por actuadores eléctricos, pneumáticos ou hidráulicos. Encontra-se disponível informação sobre a extensa gama de possibilidades de actuação, por consulta.

* Para detalhes sobre a instalação correcta do transmissor de pressão, contactar a fábrica ou o seu representante. (7) Chapa ou caixa de montagem (6) Blocos de terminais Entrada do valor externo (4-20mA): Valor de pressão, entrada analógica (4-20mA) Saída analógica (4-20mA): Caudal MONOVAR® Saída digital: alarmes

Entrada do valor do transmissor, entrada analógica (4-20mA)

Controlador Controlador Alimentação de corrente 220V AC Transmissor de pressão a jusante Transmissor de pressão diferencial * Transmissor de pressão a montante Jusante Dimensão Caudal Montante Válvula MONOVAR® Actuador eléctrico Caixa do posicionador e controlo local

Posição da válvula, saída analógica (4-20mA)

Interruptores de fim de curso e limitadores de binário, saída digital

Saída de controlo, saída analógica (4-20mA) Alimentação de corrente

Diagrama de funcionamento:

Detalhes de controlo

Um controlador destina-se a controlar uma válvula que regula o caudal ou pressão numa instalação. O controlador é do tipo PID (Proporcional, Integral, Derivativo). Além da regulação, o controlador pode aceitar dados de entrada, relevantes para o processo, provenientes de várias fontes (sensores de pressão, etc.). O controlador pode analisá-los (alarme, etc.). O controlador pode ser instalado isoladamente (auto-gestão) ou fazer parte de um sistema centralizado.

Exemplo de regulação - Pressão a montante - Nível a montante - Pressão a jusante - Nível a jusante

- Caudal (com medição de queda de pressão) - Caudal (com caudalímetro)

- Totais de pressão a montante e caudal - Totais de pressão a jusante e caudal - Totais de nível a montante e caudal - Totais de nível a jusante e caudal