Capítulo 7 - Elementos Finais de Controle

TIPOS DE E.F.C.

VÁLVULAS DE CONTROLE

7.4.2- POSICIONADOR ELETRO-PNEUMÁTICO

•

•

•

CLASSIFICAÇÃO DAS VÁLVULAS QUANTO AO DESLOCAMENTO DAHASTEDeslocamento LinearDeslocamento Rotativo

TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROLEGlobo Sede SimplesGlobo Sede DuplaCorpo Bipartido (Split Body)Válvula AngularVálvuláBorboletaVálvula Tipo EsferaVálvula Saunders(Diafragma)VálvulaCamflex....

VálvulaTres Vias

COMPONENTESOASVÁLVULAS DE CONTROLEAtuadorCasteloInternos1. Obturador1.1 Obturador de característica "tudo ou nada"

1.2 Qbturador deCêfaÇterística "linear"1.30btufador d~caractedstica "linear Modificado"1.4 ObtÜradorcjécaractefÍstica"lgual Porcentagem"2. Internos Reduzidos3; Corpo da Válvula

CAPíTULO 7

7.3.2-

INTRODUÇÃO

a)b)

7.3.3a)b)c)d)e)f)g)h)i)

7.3.5- COEFICIENTE DE VAZÃO (CV)

ACESSÓRIOS DA VÁLVULA DE CONTROLE

7.4.1- POS ICIONADORPNEUMÁ nco

7.3.4- SELEÇÃO DO CORPO DA VÁLVULAa) Generalidadesb) Informações

I/P(CONVERSOR OU TRANSDUTOR)

7.3.1

a)b)c)

ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE 7

7.2 - TIPOS DE EFC

7.3 - VÁLVULAS DE CONTROLE

___ II

i

!i!I

Fig. 2 - AÇÃO DIRETA

Fig. 3 - AÇÃO REVERSA

O atuador das válvulas pneumáticas é um sistemaoperado com membrana, onde a pressão do armodulado pelo controlador atua em oposição a umamola, de maneira que haja um deslocamento linear dahaste do atuador em função da pressão do araplicada, dentro da faixa de funcionamento daválvula. Valores usuais de pressão: 0- 18 e 0-35PSI. O atuador desloca o obturador, variando apassagem de fluído através da válvula. Existematuadores do tipo ação direta (fig. 2) e de açãoreversa (fig. 3).

Essas variações construtivas se tornaram necessáriasem função da segurança e proteção de processos.Por exemplo, um atuador de ação direta faz com queo obturador da válvula de controle a qual estaacoplado, abra a válvula totalmente no caso de umapane na rede de ar comprimido.

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INDICADOR

DIAFRAGMA

~-ATUADOR

~~~- O"~"~"~

CORP~ ~R "= '""""'"~SEDE

MOLA

HASTE

Fig.1 - REPRESENTAÇÃO DA VÁLVULADE CONTROLE

7.3.1 - COMPONENTES DA VÁLVULA DECONTROLE

a) Atuador:

Os elementos finais de controle podem ser:.damper ou abafador,• bomba,• motor, resistências elétricas, variadoreseletromagnéticos,• chaves de posição (fim de curso), e• válvulas de controle, etc.

Elemento final de controle é o mecanismo quemodifica o valor da variável manipulada, em resposta aum sinal de saída do controlador automático. Geralmenteé constiuído por um atuador e por um dispositivo que éacionado pelo atuador e varia a variável manipulada.

7.1 - INTRODUÇÃO

No controle automático de processos industriais, aválvula de controle tem um papel muito importante naregulação da malha de controle.

A válvula de controle é um dispositivo capaz de regulara vazão de um fluído (líquido, gás ou vapor) que escoaatravés de uma tubulação, por meio do posicionamentorelativo de um obturador que obstrui a área livre depassagem do fluído. Na figo 1, pode ser visto arepresentação de uma válvula de controle típica, sendoque se compõe basicamente de: atuador, castelo, corpoe internos.

SMAR - CENTRO DE TREINAMENTO - 7.1 -

Por outro lado, o atuador de ação reversa no caso dear, faz com que a válvula se mantenha totalmentefechada. O atuador mostrado na figo 4, é um atuadordo tipo mola, oposta ao diafragma, porém a caixa quecontém o conjunto do diafragma foi montada no ladodo suporte.

• Acionamento Manual:

Nessa classificação podemos incluir as válvulas comacionamento por volante e haste roscada, ou poralavanca de catraca, conforme mostrado na figo 6.Normalmente as válvulas que se utilizam desse tipode atuador, são utilizadas com válvulas manuais, ouseja, em aplicações de bloqueio, by-pass, etc ... ,conforme mostrado na figo 7.

==Fig. 4 - ATUADOR TIPO MOLA

Através dessa montagem, conseguimos umamultiplicação de forças, que dependendo do curso edo tipo de válvulas ao qual pode ser acoplado, poderáproduzir forças resultantes até 6 vezes superiores àsproduzidas por um atuador convencional montado notopo.

Além desse atuador podemos citar o atuador do tipomola e diafragma rolante mostrado na figo 5. Nesseatuador, o diafragma possui um movimento singular:quando a pressão de ar aumenta no atuador, odiafragma desenrola-se, tornando a enrolar-se quandoa pressão de ar diminui.

EFC flG ~5 i~

Fig. 5 - ATUADOR TIPO MOLA EDIAFRAGMA ROLANTE

- 7.2 -

Fig. 6 - ACIONAMENTO MANUAL PORVOLANTE E HASTE ROSCADA

Fig. 7 - ACIONAMENTO POR ALAVANCA

• Acoplamento por Motor Elétrico:

Esse tipo de atuador é composto de um motor elétricoacoplado à uma caixa de redução, conformemostrado na figo 8.

SMAR - CENTRO DE TREINAMENTO

Fig. 8 - ATUADOR ELETRO-MECÂNICO

~ ...

Fig. 9 - GRADIENTE DE TEMPERATURAATRAVÉS DO CASTELO

• Posição de Segurança por Falhas (AFA ou FFA)

b) Castelo:

• Castelo Normal:

A válvula pode ser utilizada em praticamente todos ostipos de aplicações, pois seu uso é apropriado,quando a temperatura não ultrapasse a marca de180°C, e que o fluido manipulado não possuacaracterísticas tóxicas, inflamáveis ou venenosas. Verafig.10 .

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DIRETO

POR BAIXO

FECHADA IFFAI

INVERSOINVERSO

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Tabela 1 - POSiÇÕES DE SEGURANÇA PORFALHA

A tabela 1 mostra as posições de segurança por falhaem função das diversas combinações entre atuador eobturador.

(tipo de

monlagem)

OBTURADOR

ESQUEMA

ATUADO R

POSiÇÃODE FALHA DA

VÁLVULA

É a parte da válvula que conecta o atuador ao corpoda válvula; por onde é guiada a haste da válvula; poronde fica instalado o sistema de selagem do fluidomanipulado, e finalmente, por onde se realizam astrocas de calor do fluido com o ambiente, conformeilustrado na figo 9.

Pode ser dividido em quatro tipos que são:a) Normal (Standard), (fig.10)b) Aletado (cooling fins ou air finned), (fig.11)c) Alongado (Plain extension), (fig.12) ed) Com foles de vedação (bellows seal) (fig.13)

Fig. 10 - CASTELO NORMAL

• Castelo Aletado:

Utilizado quando a temperatura do fluido ultrapasse a180°C. Deve ser convenientemente dimensionado, afim de permitir um rebaixamento bastante grande datemperatura, isto é, gradiente de temperatura entre aextremidade do castelo e a extremidade que seencontra na temperatura do fluído, conforme pode servisto na figo 11.


Fig. 11 - ALET ADO

~ ...

Fig. 13 - CASTELO COM FOLES DE VEDAÇÃO

• Castelo Alongado:

São usados para prevenir o congelamento dasgaxetas em aplicações criogênicas. Devem sersuficientemente longos para que a temperatrua dasgaxetas não seja inferior a -25°C, é recomendada asua utilização, toda vez que a temperatura do fluidofor inferior à -55°C, conforme mostrado na figo 12.

I

c) Internos:

Consideramos como internos da válvula todas as

partes que estão em contato com o fluido: obturador,sedes, hastes do obturador, guias do obturador ecomponentes do engaxetamento, conforme ilustradona figo 14.

Fig. 14 -INTERNOS DA VÁLVULA DE CONTROLE

Fig. 12 - ALONGADO

GAXETA

MOLA

ANEL SEDE

ANEL SEDE

1. Obturador

BUCHA

ANEL DE

RETENCAO

I

I

iI

.-I

• Castelo com Foles de Vedação:

Os mesmos são usados para fluidos tóxicos,radioativos, facilmente inflamáveis, servindo comoreforço das gaxetas. O fole, normalmente é feito deuma liga metálica restente à corrosão, flexível, e deveser soldada na haste da válvula. Ver desenho da figo13.

- 7.4 -

Controla a passagem do fluido através das sedes edele depende a caracterização final de controle daválvula.

Dada a sua importância, todos os cuidados sãotomados, tanto no seu cálculo como na sua fabricaçãoe nos testes finais de controle de qualidade e testedinâmico, onde sua curva característica de vazãocontra curso é levantada e é medido o coeficiente devazão

Tais cuidados são indispensáveis em processos nosquais é grande a responsabilidade da válvula, como,


por exemplo, o controle de vazão de óleo combustívelpara uma caldeira. As características de controle são,tudo ou nada, linear, linear modificado e igualporcentagem.

1.1 Obturador de Característica "TUDO OU NADA"

O nome deste obturador se deve às característicasdinâmicas de vazão que proporciona. Por definição,uma válvula com o obturador linear produzirá umavazão proporcional à abertura, à perda de cargaconstante. Matematicamente, a relação entre a vazão"Q" e a abertura "Y" da válvula é expressa pelaequação:

Este tipo de obturador é usado nos controleschamados "Tudo ou Nada". Neste controle, a variávelcontrolada provoca a abertura ou fechamentocompleto da válvula toda vez que seu valorinstantâneo passa acima ou abaixo do valor desejado.

A curva de vazão em função da porcentagem deabertura da válvula tem a forma característica

representada na figo 15. Observamos que umaabertura de 30% deixa passar 70% da vazão nominalda válvula.

onde K é uma constante condicionada à vazãomáxima da válvula, correspondente à abertura total;Y= 100%; onde teremos:

100

908070"-

60

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302010o

I

IICURVA TEÓRICA

DA VAzAo EM IFUNÇAO DO CURSO

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K

Este tipo de obturador é bem mais elaborado que oprecedente e sua aplicação nos processos énecessária, especialmente no caso em que a açãocorretiva da válvula deve ser constante, tal como emprocessos onde as pertubações são apenas variaçõesde carga.

A curva característica é representada na figo 17.

<:) c c'" c c <:)

.., .. '"

VAZÃO li

Na figo 16, podem ser visto alguns dos tipos deobturador utilizados.

Fig. 15 - CURVA CARACTERíSTICA DO OBTURADOR"TUDO OU NADA".

I

CURVA TEÓRICA

DAS VARIAÇÓESDA VAzAo EM

FUNÇAo DO CURSO

~ 60

o'"Il: 50::,U

VAZÁO r.

A figo 18 ilustra alguns tipos de oburadores lineares.

Fig. 17 - CARACTERíSTICA DO OBTURADOR LINEAR

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Fig. 16 - TIPOS DE OBTURADOR "TUDO OU NADA".

1.2 Obturador de Característica Linear


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Fig. 18 - TIPOS DE OBTURADOR LINEAR EfC FIG 20

Fig. 20 - TIPOS DE OBTURADOR LINEAR MODIFICADO

1.3 Obturador de Característica LinearModificado

A característica de vazão deste obturador é definidamatematicamente pela equação:

1.4 Obturador de característíca igual porcentagemO nome deste obturador se deve as características de

vazão que proporciona uma variação determinada deabertura provoca uma variação de vazão proporcionala vazão anterior e a variação de abertura,permanecendo constante a perda de carga.

KExemplificando: quando o obturador sofre umdeslocamento de 10% a 20%, ou seja, 10% do cursototal, e a vazão antes do deslocamento era 3% epassa a 4,32%, temos um acréscimo de:

Onde K é Onde K é uma constante condicionada a

vazãomáxima da válvula correspondente à aberturatotal.

100 x 1,32 = 44 %3

100 x 4,4 = 44%10

A expressão matemática desta característica devazão "Q" em função da abertura "Y" é dada pelarelação:

bQ

Quando o obturador sofre um deslocamento de 40%a 50%, ou seja, os mesmos 10% do curso total, porémem outro ponto, a vazão varia de 10% a 14,44%, ouseja, há um acréscimo de:

100

908070

>- o 60'" a:::> 50uoo

40~ 3020

Fig. 19 - CARACTERíSTICAS DO OBTURADORLINEAR MODIFICADO

Y. VAZÃO MÁXIMA Q

Entretanto, dependendo da realização do obturador,obtemos curvas de vazão em função do curso,representada na figo 19.

Na figo 20 podem ser visto alguns tipos destesobturadores.

Onde "e" é a base dos logarítimos neperianos e "a" e"b" são constantes das válvulas.

A curva característica deste tipo de obturador érepresentada pela figo 21. Este tipo de obturadorencontra aplicação em processos onde convém que

- 7.6 - SMAR - CENTRO DE TREINAMENTO

A curva característica deste tipo de obturador érepresentada pela figo 21. Este tipo de obturadorencontra aplicação em processos onde convém quea variação da variável controlada diminua, quando acarga é baixa, e aumente quando é alta.

Válvulas de controle com os internos reduzidossignifica que o obturador e a sede foramdimensionados de forma a reduzir a vazão máximapossível através da válvula. Isto é aconselhável nosseguintes casos:

I

I l'/'/

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2010o

C>M'"'"

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• Para evitar-se a substituição da válvula por outrade maiores dimensões quando de um futuro aumentode vazão com respeito as condições iniciais.

• Quando é mais econômico empregar-se umaválvula com dimensões iguais às tubulação, ao invésde uma menor, que exigirá reduções cônicas e quetalvez tivesse que ser trocada quando de futurasalterações.

• Para evitar-se a substituição da válvula por outrade maiores dimensões quando de um futuro aumentode vazão com respeito as condições iniciais.

3. Corpo da Válvula

" VAzJ.O MÁ.r.,,. Q

Fig. 21 - CARACTERíSTICAS DO OBTURADOR DE IGUALPORCENTAGEM

Em outros processos, onde são necessanasmudanças frequentes do ponto de controle, e onde arelação entre o desvio e a variação de fluxo diminuiquando o ponto de ajuste é baixo ( e vice-versa),recomenda-se também o uso o obturador de igualporcentagem.

De maneira geral, as válvulas com características deigual porcentagem são muito aplicadas em controlede vazão e de temperatura,

Na figo 22 podemos ver alguns obturadores decaracterísticas "igual porcentagem".

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Fig. 22 - TIPOS DE OBTURADOR DE IGUALPORCENTAGEM

2. Internos Reduzidos


É a parte a parte da válvula por onde passa o fluido enele está contido os internos da válvula. É função docorpo da válvula regular a vazão do agente, decontrole de uma determinada forma, quer seja o eixoou a haste que recebe movimento do atuador. Paraexecutar a contento estafunção, o corpo não deve tervazamento, deve ter suficiente capacidade, deve serresistente à erosão e corrosão. Deve possuir umelemento intemo capaz de ser posicionado de acôrdocom o atuador.

Classe de Pressão: É um conjugado entre a pressãoexigida e a temperatura para um determinado tipo decorpo de válvula.

Ex.: 600 Ibs (tem haver com a espessura da parede eo material).

7.3.2 - CLASSIFICAÇÃO DAS VÁLVULAS QUANTOAO DESLOCAMENTO DA HASTE

a) Deslocamento Linear: O movimento do obturador(plug) é retilíneo, acionado por uma haste deslizanteEx.: Válvula Globo, diafragma, etc.

b)Deslocamento Rotativo: O movimento do plug éuma rotação acionada por um eixo girante.Ex.: Válvula Esfera, Borboleta, Obturador Excêntrico,etc.

7.3.3 - TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROLE

a) Globo Sede Simples:

Uma válvula globo de sede simples reversível émostrada na figo 23. O obturador é guiado na base, notopo e/ou em sua saia, e sua montagem faz com quea válvula feche ao descer a haste.

- 7.7 -

Fig. 23 - VÁLVULA GLOBO SEDE SIMPLESCORPO REVERSIVEL

Características:

• Reversível: podemos utilizar do mesmo corpo,mesmo posicionador para mudar a ação da válvula(c/flange).• Irreversível: não possui flange.• Desbalanceada: quando a pressão ou vazão amontante, exerce uma força no plug sem que varie osinal de saída (controle).• Classe IV: 0,01 % Oma. (índice mínimo devazamento = bolhas/min).• cP > 1", ocorre o fenômeno do chattering(martelamento do plug na sede), quando o fluxo naválvula está relacionada para fechar.• cP < 1", as válvulas podem trabalhar com fluxo emqualquer direção.• vantagens: menor custo, fácil manutenção, fechamcom pouco ou nenhum vazamento.• desvantagem: cp > 2", necessita de atuador de áreamaior.

b) Globo Sede Dupla

É provavelmente a mais usada que a de sedesimples. Ela foi desenvolvida para atender anecessidade de uma válvula que poderia serposicionada com força relativamente pequena doatuador, bom desempenho, conforme mostrado nafig.24.

As válvulas de sede dupla são dotada de umobturador quase totalmente balanceado, e utilizamatuadores pequenos e de força relativamentepequena, porém possuem a desvantagem de permitirum certo vazamento entre o obturador e a sede

(classe" = 0,5% Omax: índice de vazamento).

- 7.8 -

Fig. 24 - VÁLVULA GLOBO SEDE DUPLACORPO REVERSíVEL

Demais caracteristicas:

• Diferença de <Ps: 1/6" e 1/8", devido a suamontagem permitindo que o obturador menor passeatravés do orifício maior.• Semi-balanceada: o obturador de cima sofre

pressão a montante devido ao seu diâmetro sermaior que o diâmetro do obturador de baixo (maiorárea de passagem)• Reversível• Alta capacidade e vazão comparada com a de sedesimples.

c) Corpo Bipartido (SPLlT BODY)

A válvula de corpo bipartido, mostrada na figo 25,consiste de um corpo de duas metades, entre as quaisfica alojada a sede, permitindo dessa maneira, umasubstituição bastante fácil do anel da sede quandonecessário. (custo menor, em ligas resistentes àcorrosão).

Esse tipo de corpo permite uma verstilidade bastantegrande de montagem da válvula à tubulação; porexemplo se girarmos de 90° uma das partes do corpo,podemos fazer a sua montagem à tubulação, emângulo reto. O contorno interno do corpo é bastantesuave, e isento de "bolsões mortos" (evita coleta desólidos e não permite sedimentação).Características:• Desbalanceada: é guiada por cima (topo)• Atuador e sede são iguais a de uma de sedesimples• Classe IV = 0,01 % Oma.

• O anel da sede é apenas encaixado entre as duasmetades do corpo da válvula e pode ser removívelfacilmente.

• Tamanhos de 'j," a 8" e classe de pressão até 1500PSI.


Fig. 25 - VÁLVULA DE CORPO BIPARTIDO

d) Válvula Angular

A válvula angular foi desenvolvida especificamentepara aplicações com os hidrocarbonos coqueificados.O seu formato interno evita a acumulação de sólidosna base do corpo. Esta válvula é de sede-simples, deformato especial do corpo por exigências específicasda tubulação ou da vazão. Possui um vazamentomáximo de 0,01 % da sua máxima capacidade devazão e o seu obutador é guiado no topo. Esse tipo deválvula permite obter um fluxo regular semexcessivas turbulências e adequada para diminuir aerosão quando esta for considerável, através do usodo corpo com a direção do fluxo tendendo a fechar aválvula. A válvula angular pode também ser usadaquando o lay-out da tubulação não permitir ainstalação de uma válvula globo, em' serviços comvaporização, grande pressão diferencial e fluidos comsólidos em suspensão. Ver a fíg. 26.

Fig. 26 - VÁLVULA ANGULAR

e) Válvula Borboleta (Deslocamento Rotativo daHaste)

As válvulas borboletas tem encontrado aplicaçõesSMAR - CENTRO DE TREINAMENTO

crescentes como válvulas de controle; a característicade vazão inerente é surpreendentemente útil,conforme mostra a figo 27.

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Fig. 27 - VÁLVULA BORBOLETA

Este tipo de válvula tem grande capacidade devazão, pois o diâmetro do furo do cilindro éusualmente o diâmetro interno da tubulação na qualestão instaladas e a única obstrução é o seu disco.Em tamanhos grande elas são mais econômicas doque as válvulas globo.

Demais Características:

• Sempre o sentido do fluxo tende a fechar a válvula,• Movimento linear da haste, transformada emmovimento rotativo através de engrenagens. Consistede um corpo cilíndrico com disco solidário a um eixoinstalado perpendicularmente ao eixo cilíndrico,• Maior duração (vida útil) das gaxetas,• Requer mínimo espaço físico para instalação (fácilmanutenção),• Para </l até 60", é conectada aos flanges datubulação (waffer) ,• Vazamento maior possível (disco e sede de metal=3 a 5% do QmàJ,• Não deverá ter um ângulo de abertura maior que60° (rotação efetiva ~ disco e haste), pois casocontrário precisaria de um atuador hidráulico devidoa força ser muito grande,• Baixa perda de carga,• Baixo custo para grandes diâmetros,• Grandes atuadores são requeridos se a válvula forgrande ou tiver uma grande perda de carga,• Não tem castelo, pois não há vazamento para omeio exterior,• Tem uma única curva de vazão (característicaprópria do corpo e parte móvel) e difícil controlemodulado devido a sua curva e vazão.

f) Válvula Tipo Esfera

Esse tipo de válvula, era originalmente utilizada emserviços de bloqueio (shutoff), e mais

- 7.9 -

moderadamente, é utilizada como válvula de serviçomodular (throttling). É extremamente utilizada emfábricas de celulose e papel, ou com fluidos muitoviscosos com fibras ou sólidos em suspesão,conforme mostrado na fig.28.

Fig. 28 - VÁLVULA TIPO ESFERA

Demais características:• Duplo orifício,• i"lP pequeno entre montante e jusante,• Cavitação - um processo erosivo (formação debolhas que implodem no corpo da válvula),• <Ps até 12".

g) Válvula Saunders (Diafragma)

As válvulas Saunders são operadas forçando umdiafragma flexível contra um "arco", efetuando ofechamento. Este tipo de válvula só é utilizada paramanipular fluidos altamente corrosivos, com sólidosem suspensão e pasta (Iamaçenta), devido ao fato docorpo dessa válvula poder ser revestido internamentecom materiais inertes em relação ao fluidomanipulado.

Ela é normalmente confeccionada em ferro fundido,sendo os revestimentos mais cumuns, os de vidro,chumbo, ebonite, teflons ou borracha, para resistênciaà corrosão, etc ... Ver a figo 29.

Demais Características:• Geralmente não é aplicada para altas pressões,• Vedação total,• Serviços on-off, o cP > 6" não é recomendado,• Menor custo, simples manutenção

h) Válvula Camflex

o conceito da válvula Camflex é baseado em um

obturador esférico de rotação excêntrica, (<P1 a 12")montado em um corpo de passagem livre, classeANSI 600 libras. Independente do fluxo (direção),sempre tende a abrir a válvula.

-7.10-

COMPRESSOR

Fig. 29 - VÁLVULA SAUNDERS

Uma vedação estanque é conseguida através dadeformação elástica dos braços do obturador. A sedechanfrada é fixada ao corpo através de um anel deretenção roscada, conforme mostrado na fíg. 30.

o movimento excêntrico do obturador reduz os

requisitos de torque para a operação e permite umaoperação estável.Classe IV = 0,01 % 0rnáx (assentamento do obturadornos anéis).

Atuador fundido ao corpo. Vedação perfeita, com umaforça relativamente pequena em virtude de umamínima falta de alinhamento, ser compensado pelaflexão do braço suporte do obturador (força menorque as de sede simples = ±1/3). Sem flanges paradiminuir o pêso, permitindo o uso de um corpopadrão.

o eixo e o obturador descrevem um ângulo derotação de 50°, estando ligados por um braço dealavanca a um potente atuador do tipo mola opostaao diafragma rolante a um cilindro de dupla ação oua um volante manual, dependendo do tipo deacionamento desejado.


ABERTA.

50°

FECHADA'--

CENTRODO EIXO

CENTRO DOOBTURADOR

Fig. 30 - VÁLVULA CAMFLEX

A característica de fluxo deste tipo de válvula é linearmodificada em ambos os sentidos de fluxo. Estacaracterística é facilmente alterada para linear, igualporcentagem ou porcentagem modificada com o usode posicionadores de came, conforme mostrado nafig.31.

BRAçasFLEXlvEIS

Fig. 31 - DETALHES DA VÁLVULA CAMFLEX

Com este tipo de válvula é possível manipular fluídosem processos com larga faixa de temperatura (-200a 400"C) devido ao seu castelo alongadointegralmente fundido no corpo. Isto confere a válvulauma ampla superfície de radiação para normalizar atemperatura das gaxetas.

i) Válvula Três Vias

A válvula de controle de três vias, é utilizada paramistura ou combinação (combining) ou separação(diverting) de fluidos ou ainda apenas para desviar ofluído de um ramal da tubulação para outro, sendouma adapatação da válvula globo sede simples ou

sede dupla, conforme pode ser visto na figo 32.SMAR - CENTRO DE TREINAMENTO

Fig. 32 - VÁLVULA TRÊS VIAS

Demais funções:• Divisão de fluxos (divergente) - balanceada(pressões iguais),• Mistura de fluxos (convergente)balanceada/desbalanceada (pressões diferentes) degases, variação de pH, etc.,• Não se tem vazão (não controlada) e sim umaproporção dos fluidos que chegam ou que saem,• As áreas de passagem são opostas, enquanto umaabre, a outra fecha,• By-pass (trocador de calor).

7.3.4 - SELEÇÃO DO CORPO DA VÁLVULA

a) Generalidades

Escolher um corpo para uma determinada aplicaçãoem um processo, muitas vezes tornar-se difícil,envolvendo muitas considerações. Em geral, osfatores que devem ser levados em consideração sãoos seguintes:

o Pressão e perda de carga,O Temperatura,O Propriedades corrosivas, tóxicas, inflamáveis, etc ...

Exigências do controle:

O Estrangulamento variável,O Tudo ou nada,O Grau de vedação,O Serviços de mistura ou combinação,O Características dos internos.

b) Informações

Após o estabelecimento desses fatores, éapresentada a seguir, uma série de informações, quecondensadas, poderão auxiliar na escolha de um tipode válvula para uma aplicação particular.

- 7.11 -

I - Globo Sede Simples:-tSão manufaturadas, geralmente, nos diâmetros de%" a 6",...•Geralmente, são utilizados em aplicações onde sedeseja vedação estanque,...•Em diâmetros de Y:," e maiores, devemos levar emconsideração o deslocamento de forças no obturador,em relação ao atuador normalmente fornecido.

11-Globo Sede Dupla:...• Diâmetro de 2" a 12"....• Não deve ser especificada se vazamento mínimoentre o obturador e as sedes não for tolerável,-t Para serviços pesados, é imprescindível que oobturador seja guiado pela base (botton) e pelo topo(top) ,-t Guias nas saias tem um custo menor quando sepensa em serviços "on-off'.

111- Borboleta:-t Usada geralmente quando se tem pequenaspressões diferenciais, bem como pequenas pressõesde entrada,-t Ideal para grandes vazões,-t Econômica em grandes diâmetros,-t Adequada para manipular sólido-líquidos.

IV - Saunders:-t Adequada para fluidos corrosivos ou agressivos epastas,...• Desaconselhável para pressões elevadas,-t 8á vedação estanque,-t Usada geralmente em aplicações on-off.

V - Três Vias:

-t Serviços de combinação de fluidos,-t Serviços de separação ou fracionamento defluidos,-t Serviços de desvio de fluido para dois ramais datubulação

VI - Camflex:

-t Tem aplicação em cêrca de 86% dos locais ondese requer uma válvula de controle,-t Combina as melhores características das válvulas

globo, borboleta e esfera,...• Excelente capacidade e características de vazão,...• Ótima vedação,-t Requer pequena fôrça de atuação,...•É dinamicamente estável em ambas as direções dofluxo,...• Pode ser instalável entre flanges de qualquernorma ou padrão, até 600 libras ANSI (ouequivalente),-t Opera numa faixa de temperatura que vai desde-200°C até 400°C,-t Requer pequena fôrça de atuação,-t É dinamicamente estável em ambas as direções dofluxo,-t Pode ser instalável entre f1anges de qualquernorma ou padrão, até 600 libras ANSI (ouequivalente),

-7.12-

7.3.5 - COEFICIENTE DE VAZÃO (Cv)

O coeficiente de vazão é um fator destinado a

simplificar os cálculos de válvulas de controle. Ele édefinido como sendo: "o número de galões/minutoUSA de água à 60°F, que passa através de umaválvula completamente aberta, provocando umaperda de carga(pressão diferencial ou queda depressão) de 1PSI". Em unidades métricas, seria onúmero de litros/minuto de água à 15°C, criando umaperda de 5 g/cm2. Desta maneira, uma válvula comCv = 15 significa que, em posição aberta a passagemde 15 galões/min de água provocará uma perda decarga de 1 PSI.

Apesar da definição do Cv se referir essencialmenteà água à 60°F(15°C), os fatôres do Cv podem seraplicados com as devidas correções a outros fluidos,levando em consideração aos fatores e correçõesadquadas.

Equação: A fórmula para líquidos pode ser aplicadasem correção, quando se tratar de líquidos comtemperatura abaixo de 15°C. Acima deste valor, énecessário levar em consideração a influência datemperatura sobre a vazão em galões/min e adensidade relativa.

Onde:Q = Vazão máxima em galões/min (USA)llP = Queda de pressão em PSI nas condições de QD, = Densidade relativa do líquido em relação à água

7.4 - ACESSÓRIOS DA VÁLVULA DECONTROLE

Acessório de uma Válvula de Controle é um dispositivoauxiliar acoplado à válvula com o objetivo de obterdeterminadas adaptações ao controle das variáveis deum processo. Existem vários tipos de acessórios para asválvulas de controle: posicionadores, válvulassolenóides, reguladores de ar, transdutores eletropneumáticos, volantes manuais, etc.

O posicionador é sem sombra de dúvida, o acessóriomais utilizado nas válvulas de controle. Eles c1assificamse em posicionadores pneumáticos e eletro-pneumáticos.

7.4.1- Posicionador Pneumático

O posicionador pneumático é um dispositivo querecebe um sinal de pressão proviniente do controlador(pneumático), compara a pressão recebida com aposição do obturador e de acordo com a diferença,transmite um sinal de pressão ao atuador para a


7.4.1- Posicionador Pneumático

o posicionador pneumático é um dispositivo querecebe um sinal de pressão proviniente do controlador(pneumático), compara a pressão recebida com aposição do obturador e de acordo com a diferença,transmite um sinal de pressão ao atuador para acorreção da posição do obturador. Os posicionadorespneumáticos podem ser de ação simples ou açãodupla. Os posicionadores de ação simples sãoaplicados as válvulas que possuem um retorno doobturador pela ação de uma mola. O posicionador deação dupla, por sua vez, é aplicado nos pistõespneumáticos, sem retorno por ação de mola .

para aumentar a força de assentamento nas válvulasdo tipo sede simples, para aumentar a velocidade deresposta das válvulas para operar atuadorespneumáticos sem mola, para permitir operação emfaixa dividida, para inverter a ação da válvula, e paramodificar a característica de vazão das válvulas.

7.4.2 - Posicionador Eletro-pneumático:

A função do posicionador eletro-pneumático é similara do posicionador pneumático, sendo a únicadiferença básica a natureza do sinal de entrada(Corrente ou Tensão DC). A fig. 34 mostra umposicionador eletra-pneumático.

• Posicionador pneumático de ação simples:

A pressão proveniente do controlador, age no fole deentrada que aproxima a palheta do bico. A pressãoaumenta no interior do bico, empurra o conjuntodiafragma e obturador, abrindo a passagem do ar dealimentação para o atuador da válvula. A pressão noatuador da válvula, empurra o conjunto diafragma,prato, haste, e mola para baixo, comprimindo a mola.O movimento da haste cessa-se quando a força damola for igual a força do diafragma. A haste é ligadaao came, que é um disco excêntrico que serve pararealimentar o sistema. Com o movimento solidário da

haste e do came, a palheta irá afastar o bico atéencontrar um ponto de equilíbrio. Desta forma, oposicíonador garante a correta posição do obturadorda válvula em função de um sinal externo. Vejailustração na fig. 33.

NÚCLEO

MAGNET/CO

Fig. 34 - POSICIONADOR ELETRO-PNEUMÁTICO

POSICIONADOR

Fig. 33 - POSICIONADOR PNEUMÁTICO DE AÇÃOSIMPLES

\ALAVANCA DE RE;"UAMENTAÇAo

MECÂNICA (AO MESJ...{Q fEMPO. PALHETAi

Um sinal elétrico é aplicado à bobina que apraxima apalheta do bico. A pressão de saída do amplificadorpneumático aumenta e faz com que o atuado rdescreva um movimento descendente da haste. Umamola conectada à haste e a alavanca de

realimentação(barra), puxa a alavanca, que por suavez reposiciona a palheta, numa condição equilibrada.Desta forma, assim como no pneumático, oposicionador eletro-pneumático controla a posição doobturador da válvula de controle.

• Limitações no uso do posicionador: -Nãopodemos nos iludir com o fato de que osposicionadores possuem uma gama vasta deaplicações e achar que o mesmo poderá ser aplicadoem qualquer condição de controle. Os posicionadorespossuem limitações nos controles com tempos deatraso pequeno. O ganho na velocidade de respostaque ele promove a válvula é prejudicial nestasaplicações, podendo levar o controle a instabilidade.Como exemplo de limitação para uso dosposicionadores, citamos o controle de pressão evazão de líquidos.

~SINAL DO REGULADOR3 A 150s1

~Ip.~ J I

.cLEj j

! Ili: ALlMENTAÇAo~ I I 20psi

11U 'I'

1 ' I~ I

11 BOCAL :

\J~ '

• Aplicações de um posicionador: -Osposicionadores podem ser aplicados nos seguintescasos: para compensar a força gerada pelo atrito,

1---

SMAR - CENTRO DE TREINAMENTO -7.13-

7.4.3 - Posicionador FIELDBUS7.5 - I/P (CONVERSOR OU TRANSDUTOR)

Características do Fy-302:- Sensor de posicionamento por Efeito Hall,- Simples e dupla ação,- Duas(2) saídas de O a 100 PSlg,- Baixo consumo de ar,- Configuração remota,- Self diagnóstico,- A prova de tempo, explosão e intrinsicamente seguro,- Troca de características da válvula através de software,- Sensor de posição sem contato,- Linear ou rotativa,- Blocos de Função Fieldbus Foundation(PID, AO,disponíveis) e- Alta imunidade a alta frequência.

Este dispositivo converte o sinal elétrico de saída deum controlador eletrônico (4 a 20 mA/1 a 5Vdc), emsinal pneumático compatível com o atuadorpneumático da válvula de controle. Este transdutortanto pode ser corrente para pressão (I/P), outensão para pressão (E/P). Ver a figo 35.

° sinal de entrada de corrente é aplicado a umeletroímã. ° campo magnético criado e a corrente,produzem uma força que desloca a palheta alterandoa posição relativa entre a palheta e o bocal. Isso fazaumentar ou diminuir a pressão no bocal,aumentando ou diminuíndo o sinal de pressão para aválvula de controle. A faixa mais usual de I/P é 4 a 20

mA para 3 a 15 PSI.

Fig. 36 - DIAGRAMA FUNCIONAL

DIAGRAMA FUNCIONAL

ZERO

I fULCRO

RESTRliOf<:

BOBINA MAGNETOALAVANCA

SINAL DEENTRADA

RECEPTOR

g~~..L'..SC.SI~·~LOESAlDA

o ALIMEN r AÇÃO

OSAiDA

Fig.35 - Desenho doPosicionador -Smar

• Velocidade de resposta das válvulas decontrole com o uso de acessórios: A tabela 2,mostra o aumento da velocidade de resposta dasválvulas de controle com o uso dos posicionadores.

INSTRUM_CAP _09WPD . 02109/98 . PEM

Área do CursoTEMPO DE RESPOSTA (SEG)Diafrag

da-flla

VálvulaCOMCOMCOMSEM

POSICION

SOLEN.SOOSTEACESSÓ-

R

RIO

50

3/432115

100

1.1/2104370

200

3401710260

Tabela 2 - VELOCIDADE DE RESPOSTA DAS VÁLVULAS

- 7.14- SMAR - CENTRO DE TREINAMENTO

Capítulo 7 - Elementos Finais de Controle

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