Valvula de Controle, Notas de estudo de Cultura

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Válvulas de Controle

e Segurança

a

. edição (Revista)

Marco Antônio Ribeiro

Válvulas de Controle e

Segurança

5

a

. edição

Marco Antônio Ribeiro

Dedicado a Elvira Barbosa, a doutora

Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se

claramente e de modo compreensível. Quem se exprime de modo obscuro e

pretensioso mostra logo que não entende muito bem o assunto em questão, ou

então, que tem razão para evitar falar claramente. (Rosa Luxemburg)

 Tek, 1991, 1993, 1995, 1999 Salvador, BA, Primavera 1999

Autor

Marco Antônio Ribeiro se formou no ITA, em 1969, em Engenharia de

Eletrônica blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá,

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blablablá, blablablá.

Durante quase 14 anos foi Gerente Regional da Foxboro, em Salvador, BA,

período da implantação do pólo petroquímico de Camaçari blablablá, blablablá,

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Fez vários cursos nos Estados Unidos e na Argentina e possui dezenas de

artigos publicados nas áreas de Instrumentação, Controle de Processo,

Automação, Segurança, Vazão e Metrologia e Incerteza na Medição blablablá,

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blablablá, blablablá.

Desde 1987, é diretor da Tek Treinamento & Consultoria Ltda. blablablá,

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serviços nas áreas de Instrumentação e Controle de Processo.

i

Válvulas de Controle

Conteúdo

iii

Apêndice A – uso das equações de

Apêndice C - variações de pressão

Apêndice D: valores

Conteúdo

Conteúdo REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• 1. CONSTRUÇÃO Conteúdo
• Objetivos de Ensino
• 1. Introdução
  • 1.1. Válvula no Processo Industrial
  • 1.2. Definição de Válvula de Controle
  • 1.3. Elemento Final de Controle
  • 1.4. Funções da Válvula de Controle
• 2. Corpo
  • 2.1. Conceito
  • 2.2. Elemento de controle
  • 2.3. Sede
  • 2.4. Plug
  • 2.5. Materiais
  • 2.6. Conexões Terminais
  • 2.7. Entradas e Saída
• 3. Castelo
  • 3.1. Conceito
  • 3.2. Tipos de castelos
  • 3.3. Aplicações especiais
• 4. Métodos de Selagem
  • 4.1. Vazamentos
  • 4.2. Vazamento entre entrada e saída
• 5. Atuador
  • 5.1. Operação Manual ou Automática
  • 5.2. Atuador Pneumático
  • 5.3. Ação do Atuador
  • 5.4. Escolha da Ação
  • 5.5. Forças atuantes
  • 5.6. Mudança da Ação
  • 5.7. Dimensionamento do Atuador
  • 5.8. Atuador e Outro Elemento Final
    • 2. DESEMPENHO
    • Objetivos de Ensino
    • 1. Aplicação da Válvula
      • 1.1. Introdução
      • 1.2. Dados do Processo
      • 1.3. Desempenho da Válvula
    • 2. Característica da Válvula
      • 2.1. Conceito
      • 2.2. Características da Válvula e do Processo
      • 2.3. Relações Matemáticas
      • 2.4. Característica de Igual Percentagem
      • 2.5. Característica Linear
      • 2.6. Característica de Abertura Rápida
      • 2.7. Característica Instalada
      • 2.8. Escolha da Característica
      • 2.9. Linearização da Característica
      • 2.10. Vazão do Corpo
      • 2.11. Coeficiente de Resistência K
      • 2.12. Coeficiente de Descarga
      • 2.13. Resistência Hidráulica
    • 3. Rangeabilidade
    • 4. Controle da Válvula
      • 4.1. Ganho
      • 4.2. Dinâmica
      • 4.3. Controlabilidade da Válvula
    • 5. Vedação e Estanqueidade
      • 5.1. Classificação
      • Vazamento
      • 5.2. Vazamento
      • 5.3. Válvulas de Bloqueio
  • 3. APLICAÇÕES ii
  • Objetivos
  • 1. Dados do Processo
    • 1.1. Coleta de dados
    • 1.2. Condições de Operação
    • 1.3. Distúrbios
    • 1.4. Tempo de resposta
    • 1.5. Tubulação
    • 1.6. Fatores ambientais
    • 1.7. Documentação
    • 1.8. Normas e Especificações
  • 2. Válvula para Líquidos
• ideal 2.1. Vazão ideal através de uma restrição - 2.2. Vazão através da válvula - 2.3. Tubulação não padrão
  • 3. Válvula para Gases
    • 3.1. Fluidos Compressíveis
    • 3.2. Fator de expansão
    • 3.3. Relação dos calores específicos
    • 3.4. Fator de compressibilidade
  • 4. DIMENSIONAMENTO
  • Objetivos de Ensino
  • 1. Introdução
  • 2. Coeficiente de vazão
    • 2.1. Introdução
    • 2.2. Dados para o cálculo
    • 2.3. Uso das equações ISA
  • 3. Queda de Pressão na Válvula
    • 3.1. Introdução
    • 3.2. Recomendações
    • 3.3. Queda de pressão e vazão
    • 3.4. Queda de pressão
  • 4. Roteiro de dimensionamento
    • 4.1. Vazão através da válvula
  • 5. Válvula para líquidos
    • 5.1. Líquido
    • 5.2. Fatores de correção
    • 5.3. Exemplo
    • Dados do processo
    • Solução
  • 6. Válvulas para gases e vapores
    • 6.1. Gases e líquidos
    • 6.2. Equações de dimensionamento
    • 6.3. Vazão crítica ou chocada - 6.4. Fator da relação dos calores específicos - 6.5. Fator de expansão Y - 6.6. Fator de compressibilidade Z - 6.7 Ruído na válvula - 6.8. Exemplo - Dados do processo - Solução - 6. Curso da válvula - 7. Considerações Adicionais
      • CONTROLE DIMENSIONAR VÁLVULAS DE - 1. Escopo - 2. Introdução - 3. Nomenclatura
      • não volátil 4. Fluido incompressível – vazão de líquido - 4.1. Equações para vazão turbulenta - 4.2. Constantes numéricas - 4.3. Fator de geometria da tubulação - 4.4. Equações para vazão não turbulenta
      • líquido volátil 5. Fluido incompressível – vazão chocada de - 5.1. Equações para vazão chocada de líquido
        • líquido, FL 5.2. Fator de recuperação de pressão do
        • combinado do líquido, FLP 5.3. Fator de recuperação de pressão
      • vapor 6. Fluido compressível – vazão de gás e - 6.1. Equações para vazão turbulenta - 6.2. Constantes numéricas - 6.3. Fator de expansão Y - 6.4. Vazão chocada - 6.5. Fator de relação de queda de pressão, xT
        • com redutores ou outras conexões, xTP 6.5. Fator de relação de queda de pressão
        • Fk 6.7. Fator de relação dos calores específicos, - 6.8. Fator de compressibilidade, Z
• válvulas vazão para dimensionamento de
• Fp e Flp Apêndice B - derivação dos fatores
• tubulação no sistema válvula de controle e
• capacidade da válvula representativos dos fatores de
• Reynolds Apêndice E: fator do número de
  • requerido (Seleção do tamanho da válvula) Determinação do coeficiente de vazão - Previsão da vazão - Previsão da queda de pressão
• de líquido não turbulenta Apêndice F: equações para vazão - Problema 1. - Problema - Problema
• pressão crítica do líquido, FF Apêndice G: fator de relação de
• Apêndice H: derivação de xt
• válvula de controle - Notação SI Apêndice I: equações da vazão da - Equações para líquido - Equações para gás e vapor - Apêndice J: referências
• Commmission (IEC) International Electrotechnical - ISA - 5. RUÍDO E CAVITAÇÃO - Objetivos de Ensino - 1. Ouvido humano - 2. Som e ruído - 3. Ruído da Válvula - Vibração mecânica - Ruído hidrodinâmico - Ruído aerodinâmico - 4. Controle do Ruído - Tratamento do caminho - Tratamento da fonte - 5. Previsão do ruído da válvula - Cálculo da ruído na válvula - Exemplos de cálculo de ruído - 6. Cavitação - 6.1. Geral - 1.2. Cavitação na válvula - 4. Velocidade do fluido na válvula - 4.1. Introdução - 4.2. Projeto do trim - 4.3. Erosão por cavitação - 4.4. Erosão por abrasão - 4.5. Ruído - 4.6. Vibração - 3. Golpe de Aríete - 6. INSTALAÇÃO - Objetivos de Ensino - 1. Instalação da Válvula - 1.1. Introdução - 1.2. Localização da Válvula - 1.3. Cuidados Antes da Instalação - 1.4. Alívio das Tensões da Tubulação - 1.5. Redutores - 1.6. Instalação da Válvula - 1.7. Válvula Rosqueada - 1.8. Válvula Flangeada - 2. Acessórios e Miscelânea - 2.1. Operador Manual - 2.2. Posicionador - 2.3. Booster - 2.4. Chaves fim de curso - 2.5. Conjunto Filtro Regulador - 2.6. Transdutor Corrente para Ar - 2.7. Relés de Inversão e de Relação - 3. Tubulação iv - 3.1. Classificação dos Tubos - 3.2. Diâmetros dos Tubos - 3.3. Espessuras Comerciais - 3.4. Aplicações dos Tubos - 3.5. Conexões - 3.6. Velocidade dos Fluidos - 3.7. Dimensionamento da Tubulação - 3.8. Válvula com Redução e Expansão
• MANUTENÇÃO 7. CALIBRAÇÃO, AJUSTE E - 1. Calibração e Ajuste - 1.1. Ajuste de Bancada - 1.2. Ajuste do Curso da Válvula - 1.3. Calibração do Posicionador - 1.4. Montagem e Desmontagem - 2. Manutenção - 2.1. Conceitos gerais - 2.2. Procedimento típico de manutenção - 3. Pesquisa de Defeitos ( Troubleshooting ) - 3.1. Erosão do corpo e dos internos - 3.2. Vazamento entre sede e obturador - 3.3. Vazamento entre anel da sede e o corpo - 3.4. Vazamento na caixa de gaxetas - 3.5. Desgaste da haste - 3.6. Vazamento entre castelo e corpo
  • quebrada 3.7. Haste quebrada ou conexão da haste
  • pistão 3.8. Vazamento excessivo através do selo do - 3.9. Válvula não responde ao sinal - 3.10. Válvula não atende o curso total - 3.11. Curso da válvula lento e atrasado
    • 8. TIPOS DE VÁLVULAS
    • Objetivos de Ensino
    • 1. Parâmetros de Seleção
      • 1.1. Aplicação da Válvula
      • 1.2. Função da Válvula
      • 1.3. Fluido do Processo
      • 1.4. Perdas de Carga
      • 1.5. Condições de Operação
      • 1.6. Vedação
      • 1.7. Materiais de Construção
      • 1.8. Elemento de Controle da Vazão
    • 2. Tipos de Válvulas
         • 3. Válvula Gaveta
           • 3.1. Válvula Gaveta
           • 3.2. Custo
           • 3.3. Característica de vazão
           • 3.4. Descrição
           • 3.5. Vantagens
           • 3.6. Desvantagens
           • 3.7. Aplicações
         • 4. Válvula Esfera
           • 4.1. Válvula Esfera
           • 4.2. Custo
           • 4.3. Característica
           • 4.4. Descrição
           • 4.5. Vantagens
           • 4.6. Desvantagens
           • 4.7. Aplicações
         • 5. Válvula Borboleta
           • 5.1. Válvula Borboleta
           • 5.2. Custo
           • 5.3. Característica
           • 5.4. Descrição
           • 5.5. Vantagens
           • 5.6. Desvantagens
           • 5.7. Aplicações
           • 5.8. Supressão do ruído
           • 5.9. Válvula Swing
         • 6. Válvula Globo
         • 6.1. Válvula Globo
           • 6.2. Custo
           • 6.3. Característica
           • 6.4. Descrição
           • 6.4. Trim
           • 6.5. Haste
           • 6.6. Castelo
           • 6.7. Corpo
           • 6.8. Conexões
           • 6.9. Materiais de construção
           • 6.10. Vantagens
           • 6.11. Desvantagens
           • 6.12. Aplicações
         • 7. Válvula Diafragma
           • 7.1. Introdução
           • 7.2. Custo
           • 7.3. Característica
           • 7.1. Descrição
           • 7.4. Vantagens
           • 7.5. Desvantagens
           • 7.6. Aplicações
           • 7.7. Válvula Pinch
• 8. Válvula Macho (Plug Furado) v
  • 8.1. Válvula Macho (Plug)
  • 8.2. Custo
  • 8.3. Característica
  • 8.4. Descrição
  • 8.5. Vantagens
  • 8.6. Desvantagens
  • 8.7. Aplicação
• 9. VÁLVULAS ESPECIAIS
• Objetivos de Ensino
• 1. Introdução
• 2. Válvula de Retenção
  • 2.1. Conceito
  • 2.2. Válvula de Retenção a Portinhola
  • 2.3. Válvula a Levantamento
  • 2.4. Válvula de Retenção Tipo Esfera
  • 2.6. Válvula de Retenção e Bloqueio
  • 2.7. Aplicações
• 3. Válvula de retenção de excesso de vazão
• 4. Válvula Auto-Regulada
  • 4.1. Conceito
  • 4.2. Vantagens do Regulador
  • 4.3. Desvantagens do Regulador
  • 4.4. Regulador de Pressão
  • 4.5. Regulador de Temperatura
  • 4.6. Regulador de Nível
  • 4.7. Regulador de Vazão
• 5. Válvula Redutora de Pressão
  • 5.1. Conceito
  • 5.2. Precisão da Regulação
  • 5.3. Sensibilidade
  • 5.4. Seleção da Válvula Redutora de Pressão
  • 5.5. Instalação
  • 5.6. Operação
  • 5.7. Manutenção
• 6. Válvula Solenóide
  • 6.1. Solenóide
  • 6.2. Válvula Solenóide
  • 6.3. Operação e Ação
  • 6.4. Invólucros da Solenóide
    • SEGURANÇA 10. VÁLVULA DE ALÍVIO E
      • 1. Princípios básicos
        • 1.1. Introdução
        • 1.2. Objetivo
        • 1.3. Terminologia
        • 1.4. Normas
      • 2. Projeto e Construção
        • 2.1. Princípio de Operação
        • 2.2. Válvula com mola
        • 2.4. Válvulas com piloto
        • 2.5. Operação prática
      • 3. Dimensionamento
        • 3.1. Introdução
      • 4. Sobrepressão e Alívio
        • 4.1. Introdução
        • 4.2. Condições de Fogo
        • 4.3. Fatores ambientais
        • 4.4. Condições de processo
      • 5. Instalação
        • 5.1. Introdução
        • 5.2. Metodologia
        • 5.3. Aplicação no Reator
        • 5.4. Práticas de instalação
        • 5.5. ASME Unfired Pressure Vessel Code
      • 11. TERMINOLOGIA
      • 1.Escopo
      • 2. Classificação
        • Ação
        • Acessório
        • Altura de velocidade (velocity head)
        • Amortecedor ( Snubber )
        • AOV
        • ARC
        • Atuador
        • Automática
        • Av
        • Backlash
        • Back Pressurre (contrapressão)
        • Banda morta
        • Bench Set
        • Blowdown
        • Bomba
        • Booster, Relé booster de sinal
        • Bucha (Gaxeta)
        • Bypass
        • Calor específico
        • Capacidade de vazão
  • Característica da vazão vi
  • Carga viva
  • Castelo
  • Cavidade do corpo
  • Cavitação
  • Chave
  • Ciclos da vida
  • Cilindro
• Institute) Classe ANSI (American National Standards
  • Coeficiente de Bernoulli
  • Coeficiente de descarga
  • Coeficiente de resistência
  • Coeficiente de vazão (CV )
  • Compressível e lncompressível
  • Compressor
  • Conexão terminal
  • Corpo
  • Curso ( travel, stroke )
  • Desbalanceada, Dinâmica
  • Desbalanceada, Estática
  • Diafragma
  • Disco
  • Disco de Ruptura
  • Distúrbio
  • Drift (desvio)
  • Eixo
  • Elemento de Fechamento
  • Elemento final de controle
  • Emperramento ( stiction )
  • Entrada
  • Equipamento Adjacente
  • Equipamento Auxiliar
  • Estados correspondentes
  • Exatidão (accuracy)
  • Falha
  • Fator de compressibilidade
  • Fator de Recuperação da Pressão (FL)
  • Fechamento na extremidade morta
  • Fim de curso mecânico
  • Flacheamento ( Flashing )
  • Flange
  • Gaiola
  • Ganho da válvula de controle
  • Gás ideal
  • Gaxeta
  • Golpe de Aríete
  • Guia
  • Haste
  • Histerese
  • Indicador do curso
  • Kv
  • Lift
  • Linearidade
  • Manual
  • Modulação
  • MOV
  • Número de Reynolds
    • Obturador
    • Orifício de Controle da Vazão
    • OSHA
    • Override do sinal
    • Pedestal (yoke)
    • Pistão
    • Plaqueta de dados
    • Posicionador
    • Precisão (precision)
    • Pressão
    • Queda de pressão
    • Rangeabilidade da válvula
    • Recuperação
    • Redutor e Expansão
    • Resistência Hidráulica
    • Resolução
    • Rosca
    • Rotatória
    • Ruído
    • Schedule da Tubulação
    • Sede
    • Selos da Haste
    • Sensitividade
    • Sobrepressão
    • Suprimento
    • Temperatura crítica
    • Tempo de curso
    • Transdutor
    • Trim
    • Troubleshooting
    • 3. Tubulação
    • Válvula
    • Válvula de pé (Foot valve)
    • Vazão
    • Vazamento (leakage)
    • Via ( port )
    • Vedação
    • Vena contracta
    • Volante ( handwheel )

1

1. Construção

Objetivos de Ensino

1. Mostrar as principais funções da

válvula na indústria de processo.

2. Listar as principais sociedades

técnicas e associações que

elaboram e distribuem normas sobre

válvulas.

3. Apresentar as funções da válvula de

controle na malha de controle do

processo.

4. Descrever fisicamente as partes

constituintes da válvula de controle

típica.

5. Mostrar todos os tipos disponíveis

de castelo da válvula.

6. Apresentar as características e

aplicações dos principais atuadores

de válvula.

1. Introdução

1.1. Válvula no Processo Industrial

Aproximadamente 5% dos custos totais

de uma indústria de processo químico se

referem à compra de válvulas. Em termos

de número de unidades, as válvulas perdem

apenas para as conexões de tubulação. É

um mercado estável de aproximadamente

US$ 2 bilhões por ano.

As válvulas são usadas em tubulações,

entradas e saídas de vasos e de tanques

em várias aplicações diferentes; as

principais são as seguintes:

1. serviço de liga-desliga

2. serviço de controle proporcional

3. prevenção de vazão reversa

4. controle e alivio de pressão

5. especiais:

a) controle de vazão direcional

b) serviço de amostragem

c) limitação de vazão

d) selagem de saídas de vasos

De todas estas aplicações, a mais

comum e importante se relaciona com o

controle automático e contínuo do processo.

1.2. Definição de Válvula de Controle

Várias entidades e comitês de normas já

tentaram definir válvula de controle, mas

nenhuma definição é aceita universalmente.

Algumas definições exigem que a válvula de

controle tenha um atuador acionado

externamente. Por esta definição, a válvula

reguladora auto-atuada pela própria energia

do fluido manipulado não é considerada

válvula de controle mas inclui válvula

solenóide e outras válvulas liga-desliga.

É polêmico considerar uma válvula liga-

desliga como de controle, pois algumas

definições determinam que a válvula de

controle seja capaz de abrir, fechar e

modular (ficar em qualquer posição

intermediária), mas nem toda válvula de

controle é capaz de prover vedação

completa. Não há consenso do valor do

vazamento que desqualifica uma válvula de

controle.

Outra definição de válvula de controle

estabelece que o sinal para o atuador da

válvula venha de um controlador

automático. Porém, é aceito que o sinal de

atuação da válvula pode vir de controlador,

estação manual, solenóide piloto ou que a

válvula seja também atuada manualmente.

Certamente, não há um limite claro entre

uma válvula de controle e uma válvula de

bloqueio com um atuador. Embora a válvula

de bloqueio não seja usada para trabalhar

em posição intermediária e a válvula de

controle não seja apropriada para dar

vedação total, algumas válvulas de bloqueio

Construção

3

nível, vazão ou controladores mais simples.

Neste caso, a válvula mais usada é a

solenóide, atuada por uma bobina elétrica.

O sinal de controle que chega ao atuador

da válvula pode ser pneumático ou

eletrônico. A válvula de controle com

atuador pneumático é o elemento final de

controle da maioria absoluta das malhas.

Mesmo com o uso cada vez mais intensivo e

extensivo da instrumentação eletrônica,

analógica ou digital, a válvula com atuador

pneumático ainda é o elemento final mais

aplicado. Ainda não se projetou e construiu

algo mais simples, confiável, econômico e

eficiente que a válvula com atuador

pneumático. Ela é mais usada que as

bombas dosadoras, alavancas, hélices,

basculantes, motores de passo e atuadores

eletromecânicos.

Há quem considere o elemento final de

controle o gargalo ou o elo mais fraco do

sistema de controle. Porém, as exigências

do processo químico são plenamente

satisfeitas com o desempenho da válvula

com atuador pneumático.

Fig. 1.2. Malha de controle com válvula

1.4. Funções da Válvula de Controle

Uma válvula de controle deve:

1. Conter o fluido do processo, suportando

todos os rigores das condições de

operação. Como o fluido do processo

passa dentro da válvula, ela deve ter

características mecânicas e químicas

para resistir à pressão, temperatura,

corrosão, erosão, sujeira e

contaminantes do fluido.

2. Responder ao sinal de atuação do

controlador. O sinal padrão é aplicado

ao atuador da válvula, que o converte

em uma força, que movimenta a haste,

em cuja extremidade inferior está o

obturador, que varia a área de

passagem do fluido pela válvula.

3. Variar a área de passagem do fluido

manipulado. A válvula de controle

manipula a vazão do meio de controle,

pela alteração de sua abertura, para

atender as necessidades do processo.

4. Absorver a queda variável da pressão

da linha, para compensar as variações

de pressão a montante ou a jusante

dela. Em todo o processo, a válvula é o

único equipamento que pode fornecer

ou absorver uma queda de pressão

controlável.

Fig. 1.3. Símbolos de uma malha de controle

A válvula de controle age como uma

restrição variável na tubulação do processo.

Alterando a sua abertura, ela varia a

resistência à vazão e como conseqüência, a

própria vazão. A válvula de controle está

ajustando a vazão, continuamente,

( throttling ).

Depois de instalada na tubulação e

para poder desempenhar todas as funções

requeridas à válvula de controle deve ter

corpo, atuador e castelo. Adicionalmente,

ela pode ter acessórios opcionais que

facilitam e otimizam o seu desempenho,

como posicionador, booster , chaves,

volantes, transdutores e relé de inversão.

Atualmente já são comercialmente

disponíveis válvulas inteligentes de

controle, baseadas em microprocessadores.

XIC

XT

XV

XE

XY

Construção

4

O projeto incorpora em um único

instrumento a válvula, atuador, controlador,

alarmes e as portas de comunicação digital.

As interfaces de comunicação incluem duas

portas serial, RS-422, para ligação com

computador digital; Várias (até 16) válvulas

podem ser ligadas ao computador.

Fig.1.4. Válvula com corpo, castelo e atuador

2. Corpo

2.1. Conceito

O corpo ou carcaça é a parte da

válvula que é ligada à tubulação e que

contem o orifício variável da passagem do

fluido. O corpo da válvula de controle é

essencialmente um vaso de pressão, com

uma ou duas sedes, onde se assenta o plug

(obturador), que está na extremidade da

haste, que é acionada pelo atuador

pneumático. A posição relativa entre o

obturador e a sede, modulada pelo sinal

que vem do controlador, determina o valor

da vazão do fluido que passa pelo corpo da

válvula, variando a queda de pressão

através da válvula.

No corpo estão incluídos a sede,

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. Em uma

válvula tipo globo, o trim inclui haste,

obturador, assento, guias, gaiola e buchas.

Em válvulas rotatórias, o trim inclui o

membro de fechamento, assento, haste,

suportes e gaxetas. Assim, o trim da válvula

está 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. diminuição das forças indesejáveis na

válvula, como as que se opõem ao

atuador, as que tendem a girar ou vibrar

as peças ou as que impõem pesadas

cargas nos guias e suportes

5. fatores para minimizar os efeitos da

erosão, cavitação, flacheamento

( flashing) e corrosão.

2.2. Elemento de controle

As válvulas podem ser classificadas em

dois tipos gerais, baseados no movimento

do dispositivo de fechamento e abertura da

válvula:

1. deslocamento linear

2. rotação angular

Fig. 1.5. Válvula globo com movimento linear do

elemento de controle (haste)

A válvula com elemento linear possui um

obturador (plug) preso a uma haste que se

desloca linearmente em uma cavidade

variando a área de passagem da válvula.

Construção

6

3. revestimentos

4. engaxetamento

5. selo

Corpo

Como a válvula está em contato direto

com o fluido do processo o seu material

interior deve ser escolhido para ser

compatível com as características de

corrosão e abrasão do fluido.

A parte externa do corpo da válvula (em

contato com a atmosfera do ambiente) é

metálica, geralmente ferro fundido, aço

carbono cadmiado, aço inoxidável AISI 316,

ANSI 304, bronze, ligas especiais para altas

temperatura e pressão e resistentes à

corrosão química. O material do corpo de

válvula que opera em baixa pressão pode

ser não metálico: polímero, porcelana ou

grafite.

As partes internas, (aquelas que estão

em contato com o fluido e são o interior do

corpo, sede, obturador, anéis de

engaxetamento e vedação) também devem

ser de material adequado.

Uma válvula de controle desempenha

serviço mais severo que uma válvula

manual, mas os materiais para suportar a

corrosão podem ser os mesmos. Se o

material é satisfatório para a válvula

manual, também o é para a válvula de

controle. A experiência anterior em uma

dada aplicação é o melhor parâmetro para a

escolha do material. A corrosão é um

processo químico complexo, que é afetada

pela concentração, temperatura, velocidade,

aeração e presença de íons de outras

substâncias. Há tabelas guia de

compatibilidade de materiais e produtos

típicos. Como exemplos

1. o aço inoxidável tipo 17 4pH é resistente

à corrosão de água comum mas é

corroído pela água desmineralizada

pura.

2. O titânio é excelente para uso com cloro

molhado mas é atacada pelo cloro seco.

3. O aço carbono é satisfatório para o

cloro seco mas é atacada rapidamente

pelo cloro molhado.

Fig. 1.9. Partes internas ou molhadas da válvula

Por isso, não há substituto para a

experiência real de processos menos

comuns. O pior da corrosão é que o material

corrosivo pode ser também perigoso e não

deve ser vazado para o ambiente exterior. O

sulfeto de hidrogênio (H 2 S) pode causar

quebras em materiais comuns da válvula,

resultando em vazamentos. Porém o H 2 S é

também letal.

Além da corrosão, fenômeno químico,

deve ser considerada a erosão, que é um

fenômeno físico associado com a alta

velocidade de fluidos abrasivos. Um

material pode ser resistente à corrosão de

um fluido com processo, mas pode sofrer

desgaste físico pela passagem do fluido em

alta velocidade e com partículas abrasivas.

Internos

As partes do trim (sede, plug, haste)

estão em contato direto com o fluido do

processo. Pelo seu formato, elas devem ser

de material torneável e o aço inoxidável é o

material padrão para válvulas globo e

gaveta. Para aplicações com alta

temperatura e fluidos corrosivos, são

usadas ligas especiais como aço 17-4pH,

ANSI 410 ou ANSI 440C e ligas

proprietárias como stellite, hastelloy, monel

e inconel.

Revestimento

Às vezes, o material que suporta alta

pressão é incompatível com a resistência à

corrosão e por isso devem ser usados

materiais diferentes de revestimento, como

elastômeros, teflon (não é elastômero),

Construção

7

vidro, tântalo e borracha. Estes materiais

são usados para encapsulamento ou como

membros flexíveis de vedação.

A válvula deve ser revestida quando o

material molhado é muito caro, como os

metais nobres e o tântalo. Para ser possível

o revestimento, o corpo da válvula deve ter

um formato simples. Sempre está surgindo

material sintético diferente para suportar

temperaturas e pressões cada vez maiores.

A vida útil de um material de

revestimento depende de vários fatores:

concentração, temperatura, composição e

velocidade do fluido, composição do

elastômero, seu uso na válvula e qualidade

da mão de obra em sua instalação.

O teflon é usado como material de selo

para válvulas rotatórias e globo e para

revestimento e encapsulamento de válvula

esfera e borboleta. O teflon é atacado

somente por metais alcalinos derretidos,

como cloro ou flúor sob condições

especiais. Praticamente, ele não tem

problema de corrosão. As características

notáveis do teflon são:

1. O teflon é um plástico e não é um

elastômero.

2. Quando deformado, ele se recupera

muito lentamente.

3. Ele também não é resiliente como um

elastômero.

4. Ele é pouco resistente à erosão.

5. A sua faixa nominal de aplicação é de –

100 a 200 oC.

Há alguns problemas com o revestimento

de válvulas. O vácuo é especialmente ruim

para o revestimento e raramente se usam

revestimentos com pressão abaixo da

atmosférica. Os revestimentos devem ser

finos e quando sujeitos a abusos, eles são

destruídos rapidamente. Como o diâmetro

da válvulas é tipicamente menor que o

diâmetro da tubulação, as velocidades no

interior da válvula são maiores que a

velocidade na tubulação. Qualquer falha de

revestimento deixa o metal base exposto à

corrosão do fluido da linha, resultando em

falha repentina da linha.

Fig. 1.10. Válvula com revestimento interno

2.6. Conexões Terminais

A válvula é instalada na tubulação

através de suas conexões. O tipo de

conexões terminais a ser especificado para

uma válvula é normalmente determinado

pela natureza do sistema da tubulação em

que a válvula vai ser inserida. Uma válvula

de 4” (100 mm) é a que tem conexões para

ser montada em uma tubulação com

diâmetro de 4” (100 mm). Geralmente o

diâmetro das conexões da válvula é menor

que o diâmetro da tubulação onde a válvula

vai ser montada e por isso é comum o uso

de redutores.

As conexões mais comuns são:

flangeadas, rosqueadas, soldadas. Há

ainda conexões especiais e proprietárias de

determinados fabricantes. Os fatores

determinantes das conexões terminais são:

tamanho da válvula, tipo do fluido, valores

da pressão e temperatura e segurança do

processo.

Conexão rosqueada

As conexões rosqueadas são usadas

para válvulas pequenas, com diâmetros

menores que 2" ou 4". A linha possui a

rosca macho e o corpo da válvula a rosca

fêmea. É econômico e simples e muito

adequado para pequenos tamanhos.

As conexões rosqueadas podem se

afrouxar quando se tem temperatura

elevada com grande faixa de variação ou

quando a instalação está sujeita à vibração

mecânica. As roscas em aço inoxidável

tendem a se espanar, quando conectadas a

outros materiais e isso pode ser evitado

com o uso de graxas especiais.

Construção

9

Fig. 1.14. Classes de flange versus temperatura e

pressão para aço carbono

Fig. 1.15. Válvula de 4 vias flangeada

Conexão wafer

Algumas válvulas possuem faces lisas,

em flange e são instaladas sanduíchadas

entre dois flanges da tubulação. São

chamadas de wafer e foram usadas

inicialmente em válvula borboleta estreita.

Atualmente, há válvula com corpo longo e

conexões wafer.

Devem ser tomados cuidados com os

parafusos, gaxetas, compressão, expansão

e contração dos materiais envolvidos.

Recomenda-se o uso de torquímetro para

apertar os parafusos e não se deve usar

este tipo de conexão em processos com

temperatura muito alta, muito baixa ou

grande variação.

A vantagem da conexão tipo wafer é a

ausência de flange na válvula, reduzindo

peso e custo. Também não há problema de

compatibilidade e ela pode ser inserida

entre dois flanges de qualquer tipo.

A desvantagem inclui os problemas

potenciais de vazamento e por isso

equipamentos com conexões tipo wafer são

considerados politicamente incorretos.

Fig. 1.16. Válvula borboleta com tomada tipo wafer

2.7. Entradas e Saída

A válvula de duas vias é a que tem

duas conexões: uma de entrada e outra de

saída. A válvula de duas vias é a mais

usada. Há aplicações de mistura ou divisão,

que requerem válvulas com três vias:

1. duas entradas e uma saída (mistura ou

convergente)

2. uma entrada e duas saídas (divisão ou

divergente)

A diferença na construção é que a força

do fluido é feita para agir em uma direção

tendendo a abrir ambos os obturadores em

cada caso, dando uma estabilidade

dinâmica sem o uso de grande atuador.

Construção

10

Fig. 1.17. Válvula liga-desliga de 2 vias

Fig. 1.18. Válvula de controle de 2 vias

Fig. 1.19. Diferentes configurações de válvula de três

vias

Fig. 1.20. Esquema de válvula de 4 vias

Fig. 1.21. Vista de uma válvula de 4 vias

3. Castelo

3.1. Conceito

O castelo ( bonnet ) liga o corpo da

válvula ao atuador e completa o fechamento

do corpo. A haste da válvula se movimenta

através do engaxetamento do castelo. O

castelo também pode fornecer a principal

abertura para a cavidade do corpo para o

conjuntos das partes internas ou ele pode

ser parte integrante do corpo da válvula. É

fundamental que a conexão do castelo

forneça um bom alinhamento da haste,

obturador e sede e que ela seja robusto

suficientemente para suportar as tensões

impostas pelo atuador. Porém, há válvulas

que não possuem castelo.

Normalmente, é necessário remover o

castelo para ter acesso ao assento da

válvula e ao elemento de controle da vazão,

para fins de manutenção.

3.2. Tipos de castelos

Os três tipos básicos de castelo são:

1. aparafusado

2. união

3. flangeado.

O castelo e corpo rosqueados

constituem o sistema mais barato e é usado

apenas em pequenas válvulas de baixa

pressão.

O castelo preso ao corpo por uma

união é usado em válvulas maiores ou para

válvulas pequenas com alta pressão,

permitindo uma vedação melhor que a do

castelo rosqueado.

O sistema com castelo flangeado é o

mais robusto e permite a melhor vedação,

sendo usado em válvulas grandes e em

qualquer pressão.

O engaxetamento no castelo para alojar

e guiar a haste com o plug, deve ser de tal

modo que não haja vazamento do interior da

válvula para fora e nem muito atrito que

dificulte o funcionamento ou provoque

histerese. Para facilitar a lubrificação do

movimento da haste e prover vedação,

usam-se caixas de engaxetamento. Algumas

caixas requerem lubrificação periódica. Os

materiais típicos de engaxetamento incluem: