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A finalidade da válvula de controle é estabelecer e controlar a pressão e a temperatura do fluido próximo aos pontos de ajuste, bem como garantir a segurança da instalação e dos operadores de máquinas na indústria que dependem dessas tubulações.
Este equipamento permite a substituição e manutenção de componentes instalados em toda a planta, como caldeiras. No mercado, as válvulas de ½” a 12” de diâmetro podem ser conectadas por conexões roscadas ou flangeadas, essas válvulas são fabricadas em materiais como aço carbono ou inox e ferro dúctil, com pressão máxima de 21 bar.
A primeira escolha a ser feita é entre uma válvula de controle de duas ou três vias.
As válvulas globo são frequentemente usadas para aplicações de controle devido à sua adequação para regulagem de fluxo e à facilidade com que podem receber uma “característica” específica, relacionando a abertura da válvula ao fluxo.
Dois tipos típicos de válvula globo são mostrados na figura abaixo. Um atuador acoplado ao eixo da válvula de controle é que forneceria o movimento ao equipamento.
Dois diferentes tipos de Válvula Globo
As principais partes constituintes da válvula de controle tipo globo são:
A figura a seguir é uma representação esquemática de uma válvula globo de duas vias de assento único. Neste caso, o fluxo do fluido está empurrando o obturador da válvula e tendendo a manter o obturador fora da sede da válvula.
Fluxo através de uma válvula globo de assento único e duas portas
A diferença de pressão a montante (P1) e a jusante (P2) da válvula, contra a qual a válvula deve fechar, é conhecida como pressão diferencial (ΔP). A pressão diferencial máxima contra a qual uma válvula pode fechar dependerá do tamanho e tipo de válvula e do atuador que a opera.
Em um sistema de vapor, a pressão diferencial máxima é geralmente assumida como sendo a mesma que a pressão absoluta a montante. Isso permite possíveis condições de vácuo a jusante da válvula quando a válvula fecha. A pressão diferencial em um sistema de água fechado é a pressão diferencial máxima da bomba.
Fluxo através de uma válvula de assento duplo e duas portas
O vazamento da válvula de controle é classificado em relação ao quanto a válvula vazará quando totalmente fechada. A taxa de vazamento em uma válvula de assento duplo padrão é, na melhor das hipóteses, Classe III (um vazamento de 0,1% do fluxo total), o que pode ser demais para torná-la adequada para determinadas aplicações. Consequentemente, como os caminhos de fluxo através das duas portas são diferentes, as forças podem não permanecer em equilíbrio quando a válvula se abre.
Existem vários padrões internacionais que normatizam as taxas de vazamento em válvulas de controle. As seguintes taxas de vazamento são extraídas da Norma Britânica BS 5793 Parte 4 (IEC 60534-4).
Para uma válvula de controle de sede simples padrão não balanceada, a taxa de vazamento normalmente será Classe IV, (0,01% da vazão total), embora seja possível obter Classe V, (1,8 x 105 x pressão diferencial (bar) x diâmetro da sede (mm). Geralmente, quanto menor a taxa de vazamento, maior o custo.
Devido ao problema de vazamento associado às válvulas de assento duplo, quando for necessário um fechamento hermético, uma válvula de assento único deve ser especificada. As forças necessárias para fechar uma válvula globo de assento único aumentam consideravelmente com o tamanho da válvula.
Algumas válvulas são projetadas com um mecanismo de balanceamento para reduzir a força de fechamento necessária, especialmente em válvulas que operam com grandes pressões diferenciais.
Em uma válvula com pistão balanceado, parte da pressão do fluido a montante é transmitida através de caminhos internos para um espaço acima do obturador da válvula, que atua como uma câmara de balanceamento de pressão.
A pressão contida nesta câmara fornece uma força descendente no obturador da válvula conforme mostrado na figura abaixo, equilibrando a pressão a montante e auxiliando a força normal exercida pelo atuador, para fechar a válvula.
Válvula de controle de vapor com balanceamento de pistão
As válvulas deslizantes tendem a ter dois designs diferentes: tipo de porta de cunha e tipo de corrediça paralela. Ambos os tipos são adequados para isolar o fluido, pois fornecem um fechamento hermético e, quando abertos, a queda de pressão entre eles é muito pequena.
Ambos os tipos são usados como válvulas operadas manualmente, mas se for necessário acionamento automático, geralmente é escolhida a válvula de controle deslizante paralela, seja para isolamento ou controle.
Válvula de gaveta em cunha e válvula deslizante paralela (operação manual)
A válvula de corrediça paralela fecha por meio de dois discos deslizantes carregados por molas, que passam através do caminho do fluxo. A pressão do fluido garante uma junta estanque entre o disco a jusante e sua sede.
Válvulas deslizantes paralelas de grande porte são usadas nas principais linhas de vapor e alimentação nas indústrias de energia e processo para isolar seções da planta. As corrediças paralelas de pequeno diâmetro também são usadas para o controle de serviços auxiliares de vapor e água.
As válvulas do tipo rotativas, muitas vezes chamadas de válvulas de um quarto de volta, incluem válvulas macho, válvulas de esfera e válvulas borboleta. Todas requerem um movimento rotativo para abrir e fechar e podem ser facilmente equipadas com atuadores.
A figura abaixo mostra uma válvula macho excêntrica típica. Essas válvulas são normalmente instaladas com o eixo do obturador na horizontal, conforme mostrado, e o atuador acoplado situado ao lado da válvula de controle.
As válvulas macho podem incluir ligações entre o obturador e o atuador para melhorar a força de alavancagem e fechamento, e posicionadores especiais que modificam a característica inerente da válvula para uma característica de porcentagem igual mais útil.
Vista lateral de uma válvula macho excêntrica (mostrada em uma posição parcialmente aberta)
A figura abaixo mostra uma válvula esfera composta por uma esfera localizada entre dois anéis de vedação em forma de corpo simples. A esfera tem um orifício que permite a passagem do fluido. Quando alinhado com as extremidades do tubo, isso fornece um fluxo de passagem total ou quase total com muita pouca queda de pressão.
Girar a esfera em 90° abre e fecha a passagem do fluxo. As válvulas esfera projetadas especificamente para fins de controle terão esferas ou assentos característicos, para fornecer um padrão de fluxo previsível.
Válvula de esfera (mostrada na posição totalmente aberta)
Válvulas esfera são um meio econômico de fornecer controle com fechamento hermético para muitos fluidos, incluindo vapor em temperaturas de até 250°C (38 bar g, vapor saturado).
Acima desta temperatura, são necessários materiais de assento especiais ou assentos metal-metal, o que pode ser caro. As válvulas de esfera são facilmente acionadas e frequentemente usadas para controle e isolamento remoto.
Para aplicações de controle crítico, esferas segmentadas e esferas com furos de formato especial estão disponíveis para fornecer diferentes características de fluxo.
A figura a seguir é um diagrama esquemático simples de uma válvula borboleta, que consiste em um disco girando em mancais. Na posição aberta, o disco fica paralelo à parede do tubo, permitindo o fluxo total através da válvula. Na posição fechada, é girado contra um assento e perpendicular à parede do tubo.
Válvula borboleta
Tradicionalmente, as válvulas borboleta eram limitadas a baixas pressões e temperaturas, devido às limitações inerentes aos assentos macios usados. Atualmente, válvulas com sedes de temperatura mais altas ou sedes metal-metal de alta qualidade e especialmente usinadas estão disponíveis para superar essas desvantagens.
As válvulas borboleta padrão agora são usadas em aplicações de controle simples, particularmente em tamanhos maiores e onde é necessária uma abertura limitada.
Válvulas borboleta especiais estão disponíveis para tarefas mais exigentes.
Válvulas de três portas podem ser usadas para serviço de mistura ou desvio, dependendo do arranjo do obturador e da sede dentro da válvula de controle.
Aqui, o atuador empurra um disco ou par de bujões da válvula entre dois assentos, aumentando ou diminuindo o fluxo através das portas A e B de maneira correspondente.
Válvulas de três vias tipo Globo
Nem todos os modelos podem ser usados para serviço de mistura e desvio. A figura a seguir, por exemplo, mostra a aplicação incorreta de uma válvula globo fabricada como válvula misturadora, mas usada como válvula de desvio.
Válvula misturadora de três vias usada incorretamente como válvula de desvio
O fluxo que entra na válvula pela porta AB pode sair de qualquer uma das duas portas de saída A ou B, ou uma proporção pode sair de cada uma. Com a porta A aberta e a porta B fechada, a pressão diferencial do sistema será aplicada a um lado do plugue.
Quando a porta A está fechada, a porta B está aberta e a pressão diferencial será aplicada no outro lado do plugue. Em alguma posição intermediária do obturador, a pressão diferencial será revertida. Essa reversão de pressão pode fazer com que o plugue se mova para fora da posição, causando um controle ruim e possível ruído, pois o plugue “vibra” contra seu assento.
Para superar este problema em uma válvula de controle tipo obturador projetada para desvio, uma configuração de sede diferente é usada, conforme mostrado na figura abaixo. Aqui, a pressão diferencial é aplicada igualmente nos mesmos lados de ambos os bujões da válvula em todos os momentos.
Válvula de desvio do tipo plugue
Como vimos até aqui, com a especificação, instalação e manutenção adequadas, a válvula de controle pode fornecer anos de operação segura para suas instalações! E para a definição de todos os detalhes da compra e manuseio, você pode sempre contar com a equipe da Casa das Válvulas.
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