Válvula de controle. José Carlos Costa Pinto

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1 Válvula de controle José Carlos Costa Pinto

2 Importância da Valvula de Controle Parte do d sistema de instrumentação Parte do d sistema de tubula ulação Afeta dinâmicamente o ganho da malha de controle É o elemento mais caro da malha Manipula a energía do processo, so, consome peças de reposição Toda a inteligência ncia do sistema de controle é levada ao processo so atraves dela. Consequentemente afeta a produtividade do processo so Por tudo isto é geralm ralmente o elemento mais difícil de especificar

3 Válvula de controle

4 Válvula de controle

5 Válvula de controle Termos, Tipos e Parâmetros de Seleção

6 CLASSIFICAÇÃO DA VÁLVULA V SEGUNDO SEU PRINCÍPIO PIO DE ACIONAMENTO Manual A operação da abertura e fechamento a ser realizada é feita pelo homem. Auto-reguladora A operação de abertura e fechamento é realizada utilizando a energia contida no fluido. Controle Utiliza-se uma força a auxiliar para operação e, o acionamento é feito de acordo com os sinais provenientes dos controladores

7 Válvula de controle As válvulas de controle se parecem m no papel, mas existem grandes diferenças entre elas

8 Válvula de controle

9 Componentes de uma válvula v de Atuador controle Corpo e internos Castelo e engaxetamento

10 Válvula de controle O 3 o elemento são os acessórios. Entre eles os mais importantes são os POSICIONADORES. Actuator Atuador Control Valve Valve Body Assembly Valve Bonnet Valve Body Corpo A3899 Figure 1-1. Control Valve Assembly

11 Atuadores Pneumático à mola ou diafragma; Pneumático à pistão; Elétrico; Elétrico trico-hidraúlico Hidráulico Manuais

12 Atuadores Componente da válvula v que recebe o sinal de controle e o converte em abertura modulada da válvula v A atuação da válvula v pode ser 1. manual 2. automática tica O atuador pode ser classificado, dependendo do tipo do dispositivo móvel,comom 1. linear 2. rotativo. Outra classificação útil do atuador é quanto à fonte de potência, que pode ser 1. pneumática, 2. elétrica 3. hidráulica

13 Atuadores

14 Válvula de controle Operação Manual ou Automática A atuação manual pode ser local ou remota. A atuação local pode ser feita diretamente por volante, engrenagem, corrente mecânica ou alavanca. A atuação manual remota pode ser feita pela geração de um sinal elétrico ou pneumático, válvula.

15 Válvula de controle Atuação automática significa sem a intervenção direta do operador, o que pode ser conseguido com os seguintes acessórios; 1. atuador pneumático ou hidráulico para operação continua ou de liga-desliga, 2. solenóide elétrica para operação de liga-desliga, 3. motor elétrico para operação continua ou de ligadesliga.

16 Atuador Pneumático Constituído de um diafragma ou pistão, é o mais usado. Independente do tipo, o princípio de operação é o mesmo. Responsável pela conversão do sinal pneumático padrão do controlador em força-movimento-abertura da válvula. O diafragma recebe sinal do controlador pneumático e o converte numa força que irá movimentar a haste da válvula.

17 Atuadores Pneumático

18 Válvula de controle A função do diafragma é a de converter o sinal de pressão em uma força A função da mola é a de retornar o sistema à posição original, totalmente aberta ou fechada Válvula globo com movimento linear (haste)

19 Atuadores Pneumático O sinal de controle se opõe á força da mola e deve superar ; 1. a força da mola, 2. a força apresentada pelo fluido do processo, 3. os atritos existentes entre a haste e o engaxetamento.

20 Válvula de controle Forças atuantes em uma válvula v de controle

21 Forças atuantes na válvula

22 Posição de falha do atuador

23 Ação do Ar Válvulas NA / NF Atuador de ação a direta : válvulas v normalmente abertas Atuador de ação a reversa : válvulas v normalmente fechadas Molas calibradas: normalmente faixa 3 a 15 psig ou 6 a 30 psig. Pressão de alimentação ão: : 20 ou 35 psig. Ação Direta Ação Reversa

24 Atuadores Pneumático O atuador pneumático deve satisfazer basicamente as seguintes exigências: 1. operar com o sinal de 20 a 100 kpa (3 a 15 psig), 2. operar sem posicionador, 3. ter uma ação de falha segura quando houver problema no sinal de atuação, 4. ter um mínimo de histerese, 5. ter potência suficiente para agir contra as forças desbalanceadas, 6. ser reversível.

25 Atuadores Pneumático Ação do Atuador 1. ar para abrir - mola para fechar, 2. ar para fechar - mola para abrir, 3. ar para abrir ar para fechar. ( Pouco utilizado)

26 Válvula de controle 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 falha-últimaposição.

27 Válvula de controle Escolha da Ação 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 Válvula de controle Posição da válvula no caso de falha no atuador depende, Forças do fluido do processo atuando no interior da válvula 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 Válvula V de Controle

30 Válvula de controle Mudança da Ação 1. Troca da posição do atuador, 2. Alteração do obturador + sede da válvula. 3. Alteração do modo de controle, no próprio controlador.

31 Válvula de controle Dimensionamento do Atuador O diafragma deve ter área suficiente para permitir o fechamento contra a pressão da linha e uma mola com elasticidade suficiente para posicionar o obturador da válvula.

32 Válvula de controle Efetivamente o tamanho do atuador depende de, 1. pressão estática do processo, 2. curso da haste da válvula, 3. deslocamento da mola do atuador 4. sede da válvula. Ao atuadores são dimensionados pelos fabricantes das válvulas

33 Atuador Pneumático a Pistão Princípio de funcionamento idêntico ao tipo mola e diafragma, a única diferença é a troca do diafragma por um pistão Existem dois tipos básico b de atuadores à pistão: ATUADOR À PISTÃO COM DESLOCAMENTO LINEAR ATUADOR À PISTÃO COM DESLOCAMENTO ROTATIVO

34 Atuador Pneumático à Pistão

35 Atuador Pneumático a Pistão

36 Atuador Pneumático a pistão Utilizado para válvulas on off ¼ volta Pode ser adaptado fim de curso e sinalização de posição

37 Atuador Pneumático a pistão

38 Atuador Pneumático a pistão

39 Atuador Pneumático a pistão

40 Atuador Pneumático à pistão com cilindro buster

41 Atuador Elétrico Quando é requerido torque elevado Aplicações em adutoras, oleodutos, grandes distância Algumas aplicações em controles modulantes Bastante utilizado com interligação em rede

42 Atuador Elétrico

43 Atuador Elétrico

44 Atuador Elétrico trico-hidraúlico Ideal para locais isolados onde não existe suprimentos de ar de instrumento

45 Comparação entre atuadores

46 Atuadores manuais

47 Atuadores manuais Para vários v diâmetros de válvulas v globo e rotativas Possibilidade de ter indicação local através de dial Mais barato do que os automáticos ticos

48 Corpo e Interno O corpo ou carcaça é a parte da válvula que é ligada à tubulação Contem o orifício variável da passagem do fluido. Pode ter uma ou duas sedes, onde se assenta o plug (obturador), que está na extremidade da haste. 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 Estão inclusos no corpo das válvulas; A sede, O obturador, 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 A seleção do trim esta relacionado com; 1. abertura, fechamento e modulação da vazão 2. característica da válvula (relação entre a abertura e a vazão que passa através da válvula) 3. capacidade de vazão (Cv) da válvula 4. fatores para minimizar os efeitos da erosão, cavitação, flacheamento (flashing) e corrosão.

51 Classificação das Válvulas V Conforme Tipo do Corpo Deslocamento linear Globo Convencional Globo Três vias Globo Gaiola Globo Angular Diafragma Bi partido Guilhotina

52 Classificação das Válvulas V Conforme Tipo do Corpo De deslocamento rotativo Borboleta; Esfera; Obturador Excêntrico; Segmento de Esfera.

53 Válvula Globo A válvula globo é assim chamada porque possui um corpo com cavidade esférica (globo), Pode ser com sede simples ou dupla, Ter obturador guiado pela haste ou pela gaiola A modulação da vazão é conseguido por ou plug que é movido por uma haste contra a sede

54 Válvula Globo

55 Válvula Globo O interior do corpo da válvula globo de sede simples ou sede dupla Sede simples oferece somente uma passagem do fluido pela sede. Válvula com sede simples é muito mais usada que a de sede dupla,

56 Válvula Globo Sede Simples Vantagens Disponibilidade de grande variedade de configurações, inclusive trims especiais Melhor capacidade de vedação Menos susceptível à vibração devida à massa reduzida do plug Maior facilidade de manutenção

57 Válvula Globo Sede Simples Desvantagem Requer maior força de atuação e maior atuador

58 Válvula globo com sede simples

59 Válvula globo com sede simples Alternativa para guia do Plug Haste Topo 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 Válvula globo com sede dupla Guiada no topo e no fundo Corpo reversível vel Por ser balanceada requer atuador pequeno Baixa estanqueidade, classe II

61

62 Válvula Globo Tipo Gaiola A mais utilizada hoje na indústria. As principais vantagens são: Facilidade de Manutenção Grande flexibilidade de alterar o plug, permitindo resolver problemas de cavitação e ruído. Grande robustez A gaiola pode ser utilizada para guiar o plug, A gaiola possui aberturas que determinam a característica de vazão da válvula

63 Corpo e internos Válvula globo interno tipo gaiola,não balanceada

64 Válvula Globo Internos Balanceados P 1 ressão de entrada P 1 Pressão de entrada Orificios de balancea mento, P 2 Pressão de saida Obturador balanceado Minimiza Forças Resultantes Condições estática tica e dinâmicas Diâmetro de haste menor Menor atrito com gaxetas Menor tamanho de atuador Reduz força necessária Alta perda de carga Estabilidade de controle Operação suave

65 Válvula Globo Sede Dupla P1 P 2

66 Válvula Globo

67

68

69 Válvula globo

70 Corpo - Valvula Globo Packing Flange Nut Bonnet Gaskets Valve Body Valve Plug Stem* Packing Flange Actuator Yoke Locknut Packing Packing Box Valve Plug* Cage* Seat Ring* Seat Ring Gasket *Valve Trim Components essolid Figure 1-2. Sliding Stem Control Valve Components

71 Válvula globo de três vias Pode ser convergente ou divergente adaptação das válvulas globo convencionais, para utilização em aplicações de mistura ou separação de fluidos Vazamento classe II

72 Válvula três vias

73 Válvula globo sede simples guiada Bastante utilizada Empregada para fluídos limpos Vazamento menor do que as de sede dupla no topo

74 Válvula angular Comumente utilizada em água de alimentação de caldeira Em serviços onde os espaços são restritos e a válvula pode ser utilizada com curva Para altas perdas de carga

75 Válvula Globo Vantagens Simplicidade do atuador mola diafragma Disponibilidade de variedade de características de vazão Disponibilidade de materiais diferentes para atender aplicações com erosão, corrosão, altas temperaturas e altas pressões Relação linear entre sinal de controle e o movimento da haste

76 Válvula Globo Desvantagens Maior custo Menor capacidade de vazão, para o mesmo diâmetro do corpo Maior probabilidade de vazamentos para o exterior.

77 Coking service b. Solids carried in suspension c. Severe flashing services d. Bottoms service e. Drains f. Cavitating services g. High pressure drops

78 Válvula borboleta com atuador tipo Corpo tipo anel circular, A sede é a própria pria parede interna do corpo. O seu corpo na maioria dos desenhos é sem flange,conhecido tipo wafer, pinhão cremalheira

79 Válvula borboleta disco excêntrico

80 Válvula plug excêntrico rotativo Requer baixo torque O centro do eixo é deslocado contato no fechamento. para obter um bom A porção da sede do plug tem a forma de um segmento esférico que é girado de 50º para a abertura máxima Característica linear. A sua capacidade está entre a capacidade da válvula de sede dupla e a borboleta de alto desempenho.

81 Válvula plug excêntrico rotativo

82

83 Válvula plug excêntrico rotativo

84 Válvula Borboleta Consiste de um disco ( borboleta), com aproximadamente o mesmo o diâmetro interno do corpo da válvula, A borboleta gira em torno de um eixo horizontal ou vertical, perpendicular à direção da vazão. Válvula aberta, Borboleta na posição paralela à direção da vazão, Válvula fechada Borboleta na posição perpendicular à direção da vazão.

85 Formato da Borboleta

86 Válvula Borboleta

87 Válvula borboleta com atuador Disponível de 2 2 até 24,, e até 60 flangeada Revestimento interno com elastômero excêntrico. Assento metal/metal;metal/elastômero elastômero Aplicação tight-shut shut-off Atuador pinhão cremalheira. Utilizada para controle e on- off.

88

89 Atuador Rotativo

90 Válvulas borboletas O torque aumenta rapidamente a partir da abertura de 40º alcançando ando um máximo m aproximadamente a 70º. Restringir a utilização para controle em cursos de 0 a 60º de abertura,

91 Válvulas borboletas-for Forças atuantes no atuador

92 Válvulas borboletas

93 Válvula Borboleta Vantagens: Baixa perda de carga Fornecer controle liga-desliga e contínuo Manipular grandes vazões de água, líquidos contendo sólidos e gases sujos.

94 Válvula Borboleta Desvantagens A vedação da válvula borboleta é relativamente baixa, a não ser que seja usado selo especial.. Requerem grandes forças de atuação e são geralmente limitadas à baixa pressão. Quando usam materiais elastoméricos na sede, há limitação de temperatura.

95 Válvula tipo diafragma Utilizada no controle de fluidos corrosivos, líquidos altamente viscosos e líquidos l com sólidos em suspensão baixo custo Boa estanqueidade quando fechada, jáj que o assento é composto, facilidade de manutenção

96 Válvula tipo diafragma

97 Válvula Esfera Possui um obturador esférico, Quando o eixo de abertura coincide com o eixo da vazão,tem-se a máxima vazão. Quando o eixo da abertura é perpendicular à tubulação,válvula está fechada.

98 Válvula Esfera Caracterização da esfera Corte em V Corte em U Parabólica

99 Posições da válvula esfera caracterizada

100 Grande esfera e corpo arredondado cria um fluxo de passagem aerodinâmico Assembly with ball at 50 degrees from closed. Assembly with ball at 90 degrees from closed.

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