Válvula de controle. José Carlos Costa Pinto

(1)

V

á

_á

lvula de controle

_{lvula de controle}

Jos

(2)

Import

â

ncia

d

a

Valvula

de Control

e

n

n Parte dParte do o sistemasistema de de instrumentainstrumentaççãoão

n

n Parte dParte do o sistemasistema de tubde tubulaulaççãoão

n

n AfetaAfeta dinâmicamentedinâmicamente o ganho da malha de controleo ganho da malha de controle

n

n ÉÉ o elemento mais caro da malhao elemento mais caro da malha

n

n ManipulaManipula a a energenergííaa ddo o proceprocessso, consso, consoome me pepeçças de as de reposi

reposiççãoão

n

n Toda a Toda a inteliginteligêênciancia ddo o sistemasistema de controlde controlee éé levada ao levada ao proce

processso so atravesatraves deladela. . ConseConsequentemente quentemente afetaafeta a a produtividad

produtividadee ddoo proceprocesssoso

n

n PorPor ttuudo do isisto to éé gegeralmralmenteente o o elementoelemento mmais ais difdifíícilcil de de especificar

(3)

V

(4)

V

(5)

V

á

lvula de controle

Termos,

Tipos e

Parâmetros de

Seleção

(6)

CLASSIFICA

Ç

ÃO DA V

Á

LVULA

SEGUNDO SEU PRINC

Í

PIO DE

ACIONAMENTO

n

n Manual_Manual

A opera

A operaçção da abertura e fechamento a ser realizada ão da abertura e fechamento a ser realizada éé feita feita pelo homem.

pelo homem.

n

n Auto_Auto-_-reguladora_reguladora

A opera

A operaçção de abertura e fechamento ão de abertura e fechamento éé realizada utilizando a realizada utilizando a energia contida no fluido.

energia contida no fluido.

n

n Controle _Controle

Utiliza

Utiliza--se uma forse uma forçça auxiliar para operaa auxiliar para operaçção e, o ão e, o acionamento

acionamento éé feito de acordo com os sinais feito de acordo com os sinais provenientes dos controladores

(7)

V

á

lvula de controle

A

As s vválvulasálvulas de controlede controle se parecese parecem no m no papelpapel, , mas

(8)

V

(9)

Componentes de uma v

á

lvula de

controle

n

Atuador

n

Corpo e internos

n

(10)

V

á

lvula de controle

Control Valve Actuator Valve Body Assembly Valve Bonnet Valve Body A3899

Figure 1- 1. Control Valve Assembly

Corpo Atuador O 3o _{elemento são}

os acessórios.

Entre eles os mais importantes são os POSICIONADORES.

(11)

Atuadores

n

n PneumPneumáático tico àà mola ou diafragma;mola ou diafragma;

n

n Pneum_Pneumá_ático _ticoà_à pistão;_pistão;

n

n _El_El_é_é_trico;_trico;

n

n El_Elé_étrico_trico-_-hidra_hidraú_úlico_lico

n

n Hidr_Hidrá_áulico _ulico

n

(12)

Atuadores

n

n Componente da vComponente da váálvula que recebe o sinal de controle e o lvula que recebe o sinal de controle e o

converte em abertura modulada da v

converte em abertura modulada da váálvula lvula n

n A atuaA atuaçção da vão da váálvula pode serlvula pode ser n

n 1. manual1. manual n

n 2. autom2. automááticatica

n

n O atuador pode ser classificado, dependendo do tipo do O atuador pode ser classificado, dependendo do tipo do

dispositivo m

dispositivo móóvel,Comovel,Como

n

n 1. linear1. linear n

n 2. rotativo.2. rotativo.

n

n Outra classificaOutra classificaçção ão úútil do atuador til do atuador éé quanto quanto àà fonte de potência, fonte de potência,

que pode ser

n

n 1. pneum1. pneumáática,tica, n

n 2. el2. eléétricatrica n

(13)

Atuadores

(14)

V

á

lvula de controle

n

Operação Manual ou Automática

n

A atuação manual pode ser local ou remota.

n

A atuação local pode ser feita diretamente por

volante, engrenagem, corrente mecânica ou

alavanca.

n

A atuação manual remota pode ser feita pela

geração de um sinal elétrico ou pneumático,

válvula.

(15)

V

á

lvula de controle

n

Atuação automática significa sem a intervenção

direta do operador, o que pode ser conseguido

com os seguintes acessórios;

n 1. atuador pneumático ou hidráulico para operação

continua ou de liga-desliga,

n 2. solenóide elétrica para operação de liga-desliga, n 3. motor elétrico para operação continua ou de

(16)

Atuador Pneumático

n Constituído de um diafragma ou pistão, é o mais

usado. Independente do tipo, o princípio de operação é o mesmo.

n Responsável pela conversão do sinal pneumático

padrão do controlador em força-movimento-abertura da válvula.

n O diafragma recebe sinal do controlador pneumático e

o converte numa força que irá movimentar a haste da válvula.

(17)

Atuadores Pneum

(18)

V

á

lvula de controle

n A função do diafragma é

a de converter o sinal de pressão em uma força

n A função da mola é a de

retornar o sistema à posição original,

totalmente aberta ou fechada

n Válvula globo com

(19)

Atuadores Pneum

á

tico

n

O sinal de controle se opõe á força da mola e

deve superar ;

n

1. a força da mola,

n

2. a força apresentada pelo fluido do processo,

n

3. os atritos existentes entre a haste e o

(20)

V

á

lvula de controle

n

(21)

(22)

Posi

(23)

A

ç

_ç

ão do Ar

_{ão do Ar}

–

_–

V

_V

á

_á

lvulas NA / NF

_{lvulas NA / NF}

n

n Atuador de açAtuador de ação direta : vão direta : váálvulas lvulas

normalmente abertas normalmente abertas

n

n Atuador de açAtuador de ação reversa : vão reversa : váálvulas lvulas

normalmente fechadas normalmente fechadas

n

n Molas calibradas: normalmente Molas calibradas: normalmente

faixa 3 a 15

faixa 3 a 15 psigpsig ou 6 a 30 psigou 6 a 30 psig..

n

n PressãoPressão de alimentade alimentaççãoão: 20 ou: 20 ou 35 35

psig psig

.

Ação Direta Ação Reversa

(24)

Atuadores Pneum

á

tico

n O atuador pneumático deve satisfazer basicamente as

seguintes exigências:

n 1. operar com o sinal de 20 a 100 kPa (3 a 15 psig), n 2. operar sem posicionador,

n 3. ter uma ação de falha segura quando houver

problema no sinal de atuação,

n 4. ter um mínimo de histerese,

n 5. ter potência suficiente para agir contra as forças

desbalanceadas,

(25)

Atuadores Pneum

á

tico

n

Ação do Atuador

n

1. ar para abrir - mola para fechar,

n

2. ar para fechar - mola para abrir,

n

3. ar para abrir – ar para fechar. ( Pouco

(26)

V

á

lvula de controle

n

Certas aplicações exigem um válvula controle

com um diafragma especial,modo que a falta o

ar de suprimento ao atuador faca a válvula se

manter na última posição de abertura; tem-se a

(27)

V

á

lvula de controle

n

Escolha da Ação

n

O que a válvula deve fazer, quando faltar o

suprimento da alimentação?

1. falha-fechada (FC - fail close), 2. falha-aberta (FO - fail open),

3. falha-indeterminada (FI – fail indetermined), 4. falha-última-posição (FL - fail last position).

(28)

V

á

lvula de controle

n

Posição da válvula no caso de falha no atuador

depende ,

n Forças do fluido do processo atuando no interior da

válvula

n Construção da válvula.

1. vazão-para-abrir (FTO - flow to open), 2. vazão-para-fechar (FTC - flow to close), 3. ficar na última posição ( Last position)

(29)

Simbologia V

(30)

V

á

lvula de controle

n

Mudança da Ação

n

1. Troca da posição do atuador,

n

2. Alteração do obturador + sede da válvula.

n

3. Alteração do modo de controle, no próprio

(31)

V

á

lvula de controle

n _{Dimensionamento do Atuador}

n

O diafragma deve ter área suficiente para

permitir o fechamento contra a pressão da linha

e uma mola com elasticidade suficiente para

(32)

V

á

lvula de controle

n

Efetivamente o tamanho do atuador depende

de,

n 1. pressão estática do processo, n 2. curso da haste da válvula,

n 3. deslocamento da mola do atuador n 4. sede da válvula.

Ao atuadores são dimensionados pelos fabricantes das válvulas

(33)

Atuador Pneum

á

tico a Pistão

n

n PrincPrincíípio de funcionamento idêntico ao tipo mola e pio de funcionamento idêntico ao tipo mola e diafragma, a

diafragma, a úúnica diferennica diferençça a éé a troca do diafragma por a troca do diafragma por um pistão

um pistão

n

n Existem dois tipos bExistem dois tipos báásico de atuadores sico de atuadores àà pistão:pistão:

n

n ATUADOR ATUADOR ÀÀ PISTÃO COM DESLOCAMENTO PISTÃO COM DESLOCAMENTO

LINEAR

n

n ATUADOR ATUADOR ÀÀ PISTÃO COM DESLOCAMENTO PISTÃO COM DESLOCAMENTO

ROTATIVO

(34)

Atuador Pneum

(35)

Atuador Pneum

(36)

Atuador Pneum

á

tico a pistão

n

n _{Utilizado para}_{Utilizado para} v

váálvulas lvulas onon offoff ¼¼ volta

volta

n

n Pode ser adaptado _{Pode ser adaptado} fim de curso e

fim de curso e

sinaliza

sinalizaçção de ão de posi

(37)

Atuador Pneum

(38)

Atuador Pneum

(39)

Atuador Pneum

(40)

Atuador Pneum

á

tico

à

pistão com

cilindro

(41)

Atuador El

é

trico

n

n _Quando_Quando_é_é _{requerido torque}_{requerido torque} elevado

elevado

n

n _Aplica_Aplica_ç_ç_{ões em adutoras,}_{ões em adutoras,} oleodutos, grandes distância

oleodutos, grandes distância

n

n Algumas aplica_{Algumas aplica}ç_ções em controles _{ões em controles} modulantes

modulantes

n

n _{Bastante utilizado com interliga}_{Bastante utilizado com interliga}_ç_ç_ão_ão em rede

(42)

Atuador El

(43)

Atuador El

(44)

Atuador

El

é

trico

-

hidra

ú

lico

n

n Ideal para locais Ideal para locais isolados onde não

isolados onde não

existe suprimentos

de ar de instrumento

(45)

Compara

(46)

Atuadores manuais

(47)

Atuadores manuais

n

n Para vPara váários diâmetros rios diâmetros de v

de váálvulas globo e lvulas globo e rotativas

rotativas

n

n Possibilidade de ter Possibilidade de ter indica

indicaçção local atravão local atravéés s de dial

de dial

n

n Mais barato do que Mais barato do que os autom

(48)

Corpo e Interno

n O corpo ou carcaça é a parte da válvula que é ligada à

tubulação

n Contem o orifício variável da passagem do fluido. n Pode ter uma ou duas sedes, onde se assenta o plug

(obturador), que está na extremidade da haste.

n A posição relativa entre o obturador e a sede,determina

o valor da vazão do fluido que passa pelo corpo da válvula.

(49)

Corpo e Interno

n

Estão inclusos no corpo das válvulas;

n A sede,

n O obturador,

n haste, guia da haste,engaxetamento e selagem de

vedação.

Chama-se TRIM todas as partes da válvula que estão em contato com o fluido do

processo ou partes molhadas, exceto o corpo, castelo, flanges e gaxetas.

(50)

Corpo e Interno

n

A seleção do trim esta relacionado com;

n 1. abertura, fechamento e modulação da vazão

n 2. característica da válvula (relação entre a abertura e

a vazão que passa através da válvula)

n 3. capacidade de vazão (Cv) da válvula

n 4. fatores para minimizar os efeitos da erosão,

(51)

Classifica

ç

ão das V

á

lvulas

Conforme Tipo do Corpo

n

n Deslocamento linear_{Deslocamento linear}

n

n Globo ConvencionalGlobo Convencional

n

n Globo Três viasGlobo Três vias

n

n Globo GaiolaGlobo Gaiola

n

n Globo AngularGlobo Angular

n n DiafragmaDiafragma n n Bi partidoBi partido n n GuilhotinaGuilhotina

(52)

Classifica

ç

ão das V

á

lvulas

Conforme Tipo do Corpo

n

n _{De deslocamento rotativo}_{De deslocamento rotativo}

n

Borboleta;

n

Esfera;

n

Obturador Excêntrico;

n

(53)

V

á

lvula Globo

n

A válvula globo é assim chamada porque possui

um corpo com cavidade esférica (globo),

n

Pode ser com sede simples ou dupla,

n

Ter obturador guiado pela haste ou pela gaiola

n

A modulação da vazão é conseguido por ou

(54)

V

(55)

V

á

lvula Globo

n

O interior do corpo da válvula globo de sede

simples ou sede dupla

n

Sede simples oferece somente uma passagem

do fluido pela sede .

n

Válvula com sede simples é muito mais usada

(56)

V

á

lvula Globo Sede Simples

n

Vantagens

Disponibilidade de grande variedade de configurações, inclusive trims especiais

Melhor capacidade de vedação

Menos susceptível à vibração devida à massa reduzida do plug

(57)

V

á

lvula Globo Sede Simples

n

Desvantagem

(58)

V

(59)

V

á

lvula globo com sede simples

n

Alternativa para guia do Plug

n

Haste

n

Topo

n

Pelo topo e pelo fundo

(pouco usado)

Guia

Meio através do qual o plug é alinhado com a sede e mantido estável através de seu movimento.

(60)

V

á

lvula globo com sede dupla

n

n _{Guiada no topo e no}_{Guiada no topo e no} fundo

fundo

n

n Corpo revers_{Corpo revers}í_ível_vel

n

n _{Por ser balanceada}_{Por ser balanceada} requer atuador

requer atuador

pequeno

n

n _Baixa_Baixa_{estanqueidade}_{estanqueidade}_,_, classe II

(61)

(62)

V

á

lvula Globo Tipo Gaiola

n

A mais utilizada hoje na indústria.

n

As principais vantagens são:

n Facilidade de Manutenção

n Grande flexibilidade de alterar o plug, permitindo

resolver problemas de cavitação e ruído.

n Grande robustez

n A gaiola pode ser utilizada para guiar o plug, n A gaiola possui aberturas que determinam a

(63)

Corpo e internos

V

á

lvula globo interno tipo gaiola ,não

balanceada

(64)

V

á

lvula Globo

–

Internos

Balanceados

n

n Obturador_Obturador balanceadobalanceado

n

n Minimiza_Minimiza ForForççasasResultantesResultantes

n

n CondiCondiççõesõesestestááticatica e e dinâmicasdinâmicas

n

n Diâmetro_Diâmetro de haste de haste menormenor

n

n Menor_Menor atritoatrito com com gaxetasgaxetas

n

n Menor_Menor tamanhotamanho de de atuadoratuador

n

n ReduzReduzforforççaa necessnecessááriaria

n

n Alta _Altaperdaperda de de cargacarga

n

n Estabilidade_Estabilidade de de controlecontrole

n

n Opera_Operaççãoão suavesuave

P P₁₁ –– PressãoPressão de de entrada entrada P P₂₂ –– Pressão Pressão de de saida saida P P₁₁ –– ressãoressão de de entradaentrada Orificios Orificios de de balancea balancea mento mento,,

(65)

V

á

lvula Globo Sede Dupla

P1

(66)

V

(67)

(68)

(69)

V

(70)

Corpo

-

Valvula

Globo

Packing Flange Valve Plug Stem*

Actuator Yoke Locknut

Packing Box

Valve Plug* Cage*

Seat Ring Gasket Seat Ring*

Packing Flange Nut Bonnet

Gaskets Valve Body

Packing

essolid

*Valve Trim Components

(71)

V

á

lvula globo de três vias

n

n Pode ser convergente Pode ser convergente ou divergente

ou divergente

n

n adaptaadaptaçção das ão das v

váálvulas globo lvulas globo

convencionais, para

utiliza

utilizaçção em ão em aplica

aplicaçções de mistura ões de mistura ou separa

ou separaçção de ão de fluidos

fluidos

n

(72)

V

(73)

V

á

lvula globo sede simples guiada

no topo

n

n Bastante utilizadaBastante utilizada

n

n Empregada para Empregada para flu

fluíídos limposdos limpos

n

n Vazamento menor Vazamento menor do que as de sede

do que as de sede

dupla

(74)

V

á

lvula angular

n

n Comumente utilizada Comumente utilizada em

em áágua de alimentagua de alimentaçção ão de caldeira

de caldeira

n

n Em serviEm serviçços onde os os onde os espa

espaçços são restritos e a os são restritos e a v

váálvula pode ser utilizada lvula pode ser utilizada com curva

com curva

n

n Para altas perdas de Para altas perdas de carga

(75)

V

á

lvula Globo

n

Vantagens

n

Simplicidade do atuador mola diafragma –

n

Disponibilidade de variedade de características

de vazão

n

Disponibilidade de materiais diferentes para

atender aplicações com erosão, corrosão, altas

temperaturas e altas pressões

n

Relação linear entre sinal de controle e o

(76)

V

á

lvula Globo

n

Desvantagens

n

Maior custo

n

Menor capacidade de vazão, para o mesmo

diâmetro do corpo

n

Maior probabilidade de vazamentos para o

(77)

n

Coking service

n

b. Solids carried in suspension

n

c. Severe flashing services

n

d. Bottoms service

n

e. Drains

n

f. Cavitating services

n

g. High pressure drops

(78)

V

á

lvula borboleta com atuador tipo

pinhão cremalheira

n

n Corpo tipo anel circular, Corpo tipo anel circular,

n

n A sede A sede éé a pra próópria pria

parede interna do corpo.

n

n O seu corpo na maioria O seu corpo na maioria dos desenhos

dos desenhos éé sem sem flange ,conhecido tipo

flange ,conhecido tipo

“

(79)

V

(80)

V

á

lvula

plug

excêntrico rotativo

n Requer baixo torque

n O centro do eixo é deslocado para obter um bom

contato no fechamento.

n A porção da sede do plug tem a forma de um segmento

esférico que é girado de 50º para a abertura máxima

n Característica linear.

n A sua capacidade está entre a capacidade da válvula de

(81)

V

(82)

(83)

V

(84)

V

á

lvula Borboleta

n Consiste de um disco ( borboleta), com

aproximadamente o mesmo o diâmetro interno do corpo da válvula,

n A borboleta gira em torno de um eixo horizontal ou

vertical, perpendicular à direção da vazão.

n Válvula aberta , Borboleta na posição paralela à direção

da vazão,

n Válvula fechada Borboleta na posição perpendicular à

(85)

Formato da Borboleta

(86)

V

(87)

V

á

lvula borboleta com atuador

excêntrico.

n

n Dispon_Disponíível de 2vel de 2”” atatéé 2424““, e , e at

atéé 6060”” flangeadaflangeada

n

n Revestimento interno com Revestimento interno com elastômero

elastômero

n

n Assento _Assento

metal/metal;Metal/

metal/metal;Metal/elastômeroelastômero n

n AplicaAplicaçção ão tighttight--shutshut--offoff n

n Atuador pinhão cremalheira._{Atuador pinhão cremalheira.}

n

n Utilizada para controle e _{Utilizada para controle e}onon- -off

(88)

(89)

Atuador Rotativo

(90)

V

á

lvulas borboletas

n

O torque aumenta rapidamente a

partir da abertura de 40

º

alcan

ç

ando

um m

á

_á

ximo aproximadamente a 70

_{ximo aproximadamente a 70}

º

_º

.

_.

n

Restringir a utiliza

ç

ão para controle

em cursos de 0 a 60

(91)

V

á

lvulas borboletas

-

For

ç

as atuantes

no atuador

(92)

V

(93)

V

á

lvula Borboleta

n

Vantagens:

n Baixa perda de carga

n Fornecer controle liga-desliga e contínuo n Manipular grandes vazões de água, líquidos

(94)

V

á

lvula Borboleta

n

Desvantagens

n

A vedação da válvula borboleta é relativamente

baixa, a não ser que seja usado selo especial..

n

Requerem grandes forças de atuação e são

geralmente limitadas à baixa pressão.

n

Quando usam materiais elastoméricos na sede,

(95)

V

á

lvula tipo diafragma

n

n Utilizada no controle de Utilizada no controle de fluidos corrosivos,

fluidos corrosivos,

l

lííquidos altamente quidos altamente viscosos e l

viscosos e lííquidos com quidos com s

sóólidos em suspensãolidos em suspensão

n

n baixo custobaixo custo

n

n Boa Boa estanqueidadeestanqueidade quando fechada, j

quando fechada, jáá que o que o assento

assento éé composto, composto,

n

(96)

V

(97)

V

á

lvula Esfera

n

Possui um obturador esférico,

n

Quando o eixo de abertura coincide com o eixo

da vazão,tem-se a máxima vazão.

n

Quando o eixo da abertura é perpendicular à

(98)

V

á

lvula Esfera

n

Caracterização da esfera

n

Corte em V

n

Corte em U

n

Parabólica

(99)

(100)

Grande esfera e corpo arredondado cria

um fluxo de passagem aerodinâmico

Assembly with ball at 50 degrees from closed.