VÁLVULAS. Prof. Dr. Julio Almeida. Universidade Federal do Paraná Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica PGMEC

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1 VÁLVULAS Prof. Dr. Julio Almeida Universidade Federal do Paraná Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica PGMEC 1 VÁLVULAS FUNÇÕES PRINCIPAIS - regulagem da vazão de determinado produto - bloqueio da passagem de determinado produto - alívio de pressão permitindo o restabelecimento de condições seguras num processo - alinhamento de um fluido, garantindo a condição de um único sentido de escoamento 2 1

2 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À FUNÇÃO - Válvulas de bloqueio: permitem a passagem total ou o bloqueio completo de um fluido. Projetadas para trabalhar totalmente fechadas ou totalmente abertas. Ex. válvula gaveta, válvula macho e válvula esfera. 3 VÁLVULA DE BLOQUEIO TIPO GAVETA Tipo de válvula amplamente utilizada na indústria e que oferece uma ótima resposta, pois quando trabalha na condição aberta não promove qualquer obstrução ao fluxo que está passando

3 VÁLVULA DE BLOQUEIO TIPO GAVETA Apresenta manuseio suave e lento, quando comparado a outros tipos de válvulas, motivo pelo qual a mesma deve ser instalada em sistemas onde não seja preciso abri-la e/ou fechá-la com frequência. 5 VÁLVULA DE BLOQUEIO TIPO GAVETA Possibilita fluxo em ambos os sentidos e não provoca turbulência, motivo pelo qual o seu diferencial de pressão é desprezível. Pode também ser utilizada na regulagem do fluxo, tendo como consequência elevadas perdas de carga. 6 3

4 VÁLVULA DE BLOQUEIO TIPO ESFERA Recebeu essa nomenclatura devido ao formato do seu obturador, o qual é uma esfera vazada por onde o fluido passa no momento da sua abertura total. 7 VÁLVULA DE BLOQUEIO TIPO ESFERA Permite controlar o fluxo do fluido com excelente funcionamento, justificando a sua ampla aplicação nas indústrias em geral (em especial nas indústrias de óleo e gás). 8 4

5 VÁLVULA DE BLOQUEIO TIPO ESFERA Funciona muito bem em ambientes corrosivos, com altas temperaturas e pressões, justificando a sua larga utilização na indústria petrolífera. Apresenta capacidade de abrir/fechar rapidamente, permitindo estancar o fluxo de forma eficaz e sem perdas de carga, mesmo na condição de pressões elevadas. 9 VÁLVULA DE BLOQUEIO TIPO MACHO Possuem um obturador (cônico ou paralelo), o qual possui uma passagem horizontal que possibilita a passagem do fluido

6 VÁLVULA DE BLOQUEIO TIPO MACHO Utilizadas, em geral, em aplicações de grande responsabilidade, com pequena perda de carga. Abre/fecha com apenas ¼ de volta e apresenta como principal desvantagem um peso elevado, quando comparado com os outros tipos de válvulas de bloqueio. 11 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À FUNÇÃO - Válvulas de regulagem: controlam o fluxo adequando-o a uma necessidade específica. Trabalham na condição parcialmente abertas. Ex. válvula globo, válvula agulha, válvula borboleta e válvula diafragma. 12 6

7 VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO GLOBO Válvulas normalmente empregadas onde é necessário realizar operações frequentes de abertura/fechamento, como também controles de vazão de forma graduada VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO GLOBO Caracterizadas pela forma globosa do corpo, são válvulas manuais mais apropriadas e muito utilizadas no controle do fluxo quando é necessária a regulagem da vazão ou da pressão de um fluido. 14 7

8 VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO GLOBO Oferecem elevada perda de carga devido à mudança brusca de direção imposta ao fluido, sendo assim inadequadas para fluidos viscosos ou substâncias que possam ser restringidas por esse desvio. 15 VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO AGULHA Apresentam esse nome por possuírem um obturador em forma de cone com uma ponta bastante fina, com aspecto de uma agulha. Empregadas em todos os setores industriais, em aplicações de controle de fluxo com alta precisão. 16 8

9 VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO AGULHA Normalmente utilizadas em linhas que apresentam pequenos diâmetros. 17 VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO BORBOLETA Válvula utilizada para isolar ou regular a vazão de uma rede. O elemento de vedação tem a forma de um disco, permitindo um fechamento rápido

10 VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO BORBOLETA As válvulas borboleta são preferidas porque são mais baratas que os demais modelos, além de serem mais leves requerendo suportes mais simples e ocupando menos espaço que as demais válvulas. 19 VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO DIAFRAGMA Tipo de válvula que possui estanqueidade total e baixa vazão, não podendo ser utilizada com altas temperaturas

11 VÁLVULA DE REGULAGEM TIPO DIAFRAGMA Utilizada para controlar fluidos corrosivos, líquidos muito viscosos e com sólidos em suspensão. 21 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À FUNÇÃO - Válvulas de fluxo num único sentido: possibilitam o fluxo do fluido num sentido prédeterminado. Ex. válvula de retenção e válvula de pé

12 VÁLVULA NUM ÚNICO SENTIDO TIPO RETENÇÃO Válvulas com aplicações específicas dentro do processo industrial: são utilizadas para prevenir a reversão do fluxo de um sistema de forma rápida e automática. 23 VÁLVULA NUM ÚNICO SENTIDO TIPO RETENÇÃO Sua função é permitir o escoamento do fluxo apenas num único sentido, impedindo assim o retorno do fluido no sentido contrário. Existem vários tipos para diferentes aplicações: portinhola, pistão, esfera, disco integral, disco duplo, entre outras

13 VÁLVULA NUM ÚNICO SENTIDO VÁLVULA DE PÉ As válvulas de pé são peças hidráulicas instaladas nas partes inferiores de tubulações verticais que contém sucção por bombas. Tem por objetivo reter a coluna de água, quando ocorre paralisação das bombas, facilitando dessa forma a reativação do sistema. 25 VÁLVULA NUM ÚNICO SENTIDO VÁLVULA DE PÉ Tais válvulas geralmente contem um acessório adicional chamado crivo, o qual tem como função não permitir o acesso de material sólido grosseiro ou corpos estranhos ao interior da tubulação de sucção evitando danos ao sistema

14 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À FUNÇÃO - Válvulas de controle de pressão: trata-se de dispositivo cuja finalidade é provocar uma obstrução na tubulação com o objetivo de permitir maior ou menor passagem de fluido. Ex. válvula redutora e reguladora de pressão (controle à jusante), válvulas de segurança e alívio (controle à montante). 27 VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO REGULADORA DE PRESSÃO Válvulas muitas vezes chamadas, simplesmente, de reguladoras de pressão

15 VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO REGULADORA DE PRESSÃO São dispositivos que controlam o fluxo do fluído e automaticamente regulam o fluxo de uma vez até que um nível de pressão prédeterminado seja atingido. 29 VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO REGULADORA DE PRESSÃO São utilizadas em uma variedade de equipamentos dos mais diversos ramos da indústria. A base de operação dessas válvulas corresponde a um balanço entre a pressão e a força da mola, vindo a válvula a assumir várias posições, entre totalmente fechada e totalmente aberta

16 VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO SEGURANÇA E ALÍVIO Válvula de alívio ou mais comumente chamada de PSV (Pressure Safety and Relief Valve) é um dispositivo automático de alívio de pressão, que pode ser utilizado como uma válvula de alívio ou de segurança, dependendo da aplicação VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO SEGURANÇA E ALÍVIO A PSV é um dispositivo que opera automaticamente, evitando que um sistema seja submetido à pressão acima da máxima pressão de trabalho admissível do equipamento que se deseja proteger

17 TIPOS DE ACIONAMENTO manual 33 TIPOS DE ACIONAMENTO atuador hidráulico/pneumático 34 17

18 TIPOS DE ACIONAMENTO atuador elétrico 35 TIPOS DE ACIONAMENTO por contrapeso 36 18

19 CURVA CARACTERISTICA DE VAZÃO - VÁLVULAS Relação entre a fração do curso da válvula (deslocamento do obturador) e a sua correspondente vazão (em decorrência da área de passagem). Principais tipos de curvas características: a) abertura rápida; b) linear; c) igual porcentagem; d) parabólica modificada. Lembrar ainda da relação: Q = f( p) 37 CURVA CARACTERISTICA DE VAZÃO - VÁLVULAS 38 19

20 TIPOS DE OBTURADOR 39 CURVA CARACTERISTICA DO TIPO LINEAR Característica pela qual iguais incrementos de curso determinam iguais variações de vazão, caracterizando uma vazão que varia do valor mínimo ao máximo de forma proporcional à posição da haste da válvula. Matematicamente (x = curso): Q = Kx 40 20

21 CURVA CARACTERISTICA DO TIPO LINEAR Sob o ponto de vista teórico, é a melhor curva para controle modulado, porém na prática é muito provável que seu comportamento linear não seja mantido devido as próprias características dos processos reais. Válida, assim, para o controle de nível ou vazão de líquidos onde a pressão diferencial mantém-se constante. 41 CURVA CARACTERISTICA DO TIPO IGUAL PORCENTAGEM Este tipo de válvula se caracteriza pelo fato de que acréscimos iguais no curso da haste produzem porcentagens iguais ao acréscimo em relação à vazão instantânea. Tipo mais comum e mais conveniente em aplicações reais. x( ln R) e Matematicamente (x = curso): Q = Qmax Qmax R = = rangeabilidade Q min R 42 21

22 CURVA CARACTERISTICA DO TIPO IGUAL PORCENTAGEM Apresenta baixo ganho de vazão no início da abertura e um aumento progressivo da mesma à medida que a abertura aumenta. 43 CURVA CARACTERISTICA DO TIPO ABERTURA RÁPIDA Trata-se de uma característica que produz uma máxima variação da vazão através da válvula com o mínimo curso. Este tipo de válvula possibilita a passagem da quase totalidade da vazão nominal com apenas uma abertura de 25% do curso total. Usualmente utilizada em válvulas de bloqueio, visto garantir liberação rápida do fluxo quando se abre e pouca interferência sobre o fluxo quando se encontra na posição totalmente aberta. Para aplicações on/off

23 CURVA CARACTERISTICA DO TIPO PARABÓLICA MODIFICADA Característica de vazão intermediária entre a linear e a de igual porcentagem. Não possui uma definição exata e apresenta um ganho crescente ao longo de toda a abertura, mas com uma variação menor do que a curva de igual porcentagem. 45 CURVAS CARACTERISTICAS - COMPARATIVO 46 23

24 CURVAS CARACTERISTICAS - COMPARATIVO 47 CURVAS CARACTERISTICAS - EXEMPLOS 48 24

25 EXEMPLO 01 O fluxo máximo através de uma válvula de controle que apresenta uma curva característica de igual porcentagem é de 10 m³/h. Se a válvula tiver uma rangeabilidade de 50:1 e for submetida a uma pressão diferencial constante, determinar a vazão que passará pela válvula quando a mesma trabalhar com 40%, 50% e 60% do seu curso. 49 EXEMPLO 01 - continuação 50 25

26 EXEMPLO 02 Uma válvula de controle apresenta uma curva característica linear na forma: Q = 60x (m³/h) e opera na condição nominal quando o seu curso corresponde a 55% do curso total. Para o caso da mesma ser substituída por uma válvula com curva característica parabólica modificada na forma: Q = 60x 1,5, determine o curso correspondente de tal forma que se mantenha a vazão operacional original. Posteriormente, caso a mesma seja substituída por uma válvula com curva característica do tipo abertura rápida na forma: Q = 60[1-(0,1(1-x)-(0,1-1)(1-x 2,5 ))], determine a vazão correspondente para a condição da abertura original. 51 BIBLIOGRAFIA DE REFERÊNCIA - Marques, R. P., Instrumentação Industrial Válvulas - Parte II, V2017A. - PETROBRAS, Abastecimento - Válvulas de controle. - SENAI, Elementos Finais de Controle Instrumentação, Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção, Espírito Santo (1999) Valtek, Sizing & Selection, Control Valve Sizing, Rev. 6/