L3-Válvulas 1

L3-Válvulas 1

Faculdade de Engenharia Mecânica-FEMEC

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica

Disciplina: Sistemas de Controle Hidráulicos e Pneumáticos (GEM 37)

Professor: João Cícero

Válvulas”

Aluno: Bruno Nunes Pizzotti Ferreira Matrícula: 1041153-0

Daniel Silva Marobin 1041154-8

2007/2

  1. Introdução

Neste relatório iremos abordar sobre válvulas, definindo o conceito de válvula de controle, lembrando que essa é formada por um conjunto de três partes, ou seja, a válvula propriamente dita, um atuador e o posicionador. As válvulas estão presentes no dia-a-dia de todos nós, sendo aplicadas em uma gama enorme de situações, industriais e também domésticas, como em vasos sanitários e botijões de cozinha.

Diferentes tipos de válvulas serão apresentadas abaixo, como a válvula de gaveta, globo, esfera etc, com as suas peculiaridades e aplicações.

Além disso, a diferenciação de válvula de alívio, empregada em sistemas líquidos e válvulas de segurança em sistemas envolvendo gases.

  1. Objetivo

Definir o conceito de válvula de controle, apresentar os principais tipos de válvulas e suas aplicações e diferenciar válvula de alívio de válvula de segurança.

  1. O que é uma válvula de controle

Vamos adotar a definição simples de que uma válvula de controle é um equipamento usado para modificar a vazão de um fluido em um processo. Como elemento final de controle, as válvulas são normalmente culpadas por todo e qualquer problema que ocorre no processo. Quando falamos de válvula de controle podemos imaginar apenas a válvula, ou seja, o dispositivo mecânico instalado na tubulação que controla a passagem do produto, seja ele líquido, gás ou um mistura destes.

Contudo, aqui vamos nos referir às válvulas com controle automático de posição, lembrando que ela é, na verdade, um conjunto formado por três partes: A- a válvula propriamente dita, que restringe mecanicamente o produto na tubulação onde está instalada

B- um atuador, que transforma a energia elétrica, pneumática ou hidráulica em movimento para a válvula;

C- e um posicionador, um circuito eletrônico, eletropneumático ou eletro-hidráulico que controla o atuador para aperfeiçoar o funcionamento da válvula.

  1. Tipos de válvulas

Gaveta: É indicada para processos que exigem abertura rápida. Não trabalham com modulação freqüente.

· Aplicações: óleo, gás, ar, lodo, líquidos densos, vapor, gases não condensados e líquidos corrosivos;

· Vantagens: alta capacidade de vazão; boa vedação; baixo custo; baixa queda de pressão na linha;

· Desvantagens: controle pobre (baixa resolução); cavitação em baixas pressões; não indicada para controle com modulação.

Fig 01: Tipos de válvulas de gaveta

Globo: É indicada para controle linear e igual porcentagem, controle de vazão e operação em modulação freqüente.

· Aplicações: líquidos em geral, vapores, gases, substâncias corrosivas, lodo.

· Vantagens: modulação eficiente com boa velocidade de resposta; controle fino (boa resolução); opções com múltiplas geometrias.

· Desvantagens: alta queda de pressão na linha; é relativamente cara comparada aos outros tipos.

Fig 02: Válvulas Globo

Esfera: Indicada para processos com abertura rápida ou linear. Recomendada também para operações On-Off e/ou modulação limitada.

· Aplicações: maioria dos líquidos, inclusive em altas temperaturas; lodo, lama, água com sólidos em suspensão.

· Vantagens: baixo custo, alta capacidade, boa vedação com baixo torque e baixa manutenção.

· Desvantagens: baixa capacidade de modulação com velocidade de resposta limitada. Suscetível a cavitação.

Fig 03: Válvulas Esfera

Borboleta: Para controle linear e igual porcentagem. Recomendada para processos com abertura e fechamento rápidos ou com modulação.

· Aplicações: líquidos, gases, lodo e outros líquidos com sólidos em suspensão.

· Vantagens: baixo custo e pouca manutenção; alta capacidade de vazão. · Desvantagens: alto torque necessário para o controle; muito usada em conjunto com atuadores elétricos. Sofre cavitação em baixas pressões.

Fig 04: Válvula Borboleta

  1. Resolução no movimento da válvula

On-Off: É o tipo mais simples. Pode estar totalmente aberta ou fechada. Normalmente não precisa de um atuador e um posicionador, basta um solenóide elétrico.

Abertura gradual ou com modulação: Permite o controle do curso do elemento restritor entre 0 e 100% de abertura. Dessa forma, é possível controlar com precisão a quantidade do produto que passa por ela. Porém, é necessário um sistema de controle mais sofisticado, com atuador e posicionador.

  1. Direção do movimento da válvula

Linear: Para abrir ou fechar a válvula há uma haste que se movimenta no eixo longitudinal. Observa-se que o fluxo é tortuoso, havendo queda de pressão na passagem pelo corpo da válvula. É mais usada para aplicações de alta pressão ou com pequenas vazões. O tempo de fechamento é usualmente maior que no tipo rotativo.

Rotativo: Neste tipo o eixo gira para obstruir ou deixar passar o produto. Possui uma velocidade de recuperação (fechamento) maior que a linear, mas em compensação trabalha com pressões menores. Aceita produtos abrasivos de maneira melhor que o tipo linear.

Características de abertura: de acordo com o tipo de válvula e o processo que se deseja controlar, a curva característica da abertura da válvula em função do set point (SP) pode ser Linear, Quadrática, Igual Porcentagem, dentre outras.

  1. Válvula de Alívio de Pressão

A Válvula de Alívio de Pressão é utilizada contra surtos de sobre pressão em tanques, reservatórios e máquinas. Possui rapidez de reação (inferior a 50 m/s). Pode ser fornecida, dependendo de seu modelo, com capas de proteção para direcionar o fluxo do líquido, que por ventura sairá quando a mesma atuar, bem como poderá ter contatos de sinalização para alarme e/ou desligamento.

As válvulas de alívio são dispositivos que atuam na proteção contra as sobrepressões, pois, através de mecanismos de regulagem, abrem-se quando a pressão excede a valores pré-fixados, permitindo a saída de uma quantidade de água até que a pressão caia abaixo do valor estabelecido, quando, então, fecham-se imediatamente. Desta forma, controlam o excesso de pressão, mantendo a pressão estabilizada.

Dado à pequena compressibilidade da água e ao curto tempo de ocorrência do golpe, é de se esperar que para estabilizar a pressão, a quantidade de água extravazada não seja importante.

O funcionamento destas válvulas é por meio de molas que acionam um tampão, ou através de mecanismos mais aperfeiçoados (válvulas compensadas) que conferem às mesmas maior precisão e eficácia.

Estes dispositivos, que devem ser instalados no trecho que se deseja proteger contra os efeitos da sobrepressão, devem abrir-se a uma pressão pré-fixada na ordem de aproximadamente 10% acima da pressão manométrica. Este número é um limite prático médio recomendado por diversos especialistas.

Uma característica importante requerida para estas válvulas é que tenham uma baixa inércia, de forma que possam abrir antes que a pressão estabelecida (pré-fixada) possa ser, em muito, excedida. Esta característica associada a um fechamento amortecido dará uma grande eficácia à válvula de alívio.

Cabe ainda ressaltar que a utilização destas válvulas requer um programa de manutenção cuidadoso e contínuo, e assim sendo, as válvulas de alívio podem vir a ser uma solução viável e bem econômica.

Princípio de Funcionamento

Quando ocorrer um surto de sobre pressão interna no tanque, que ultrapasse a pressão de calibração da válvula, esta irá atuar imediatamente aliviando a sobre pressão interna excedente, preservando assim a integridade física do tanque e dos equipamentos a ele ligados. Após o alívio da pressão, a válvula retorna à posição original automaticamente. Válvulas equipadas com ou sem contatos elétricos, possuem um pino sinalizador situado no centro das mesmas, que ficará exposto após sua atuação, acionando os contatos (se houver), permanecendo assim até o seu rearme manual.

As Válvulas instaladas submersas em líquido, antes de serem colocadas em operação, deverão ser purgadas até que os gases contidos sejam eliminados. Um exemplo desta utilização ocorre em transformadores dotados de tanque de expansão de óleo.

Manutenção da Válvula de Alívio:

1. Caso a válvula esteja abrindo durante a operação de trabalho, esta poderá ser regulada através do parafuso de ajuste interno à capa de proteção sextavas. Ao girar o parafuso sentido horário, a válvula ajustada para maior, isto deverá reduzir o escoamento. Assegure que a regulagem da pressão de abertura da válvula seja igual ou inferior a máxima pressão de trabalho do vaso (vide a plaqueta)

2. Caso o item 1 não resolva, é possível que o embolo interno esteja travado limitado por sujeira, ou a vedação danificada. Isto visto, a mesma deverá substituída ou consertada.

3. O copo de purga cheio de diesel freqüentemente (mais de uma vez por dia); é o indicador de que eliminador de ar e/ou válvula de alívio podem estar com problemas.

Regulagem de Válvulas de Alívio

Exceto quando previamente solicitada pelo cliente uma regulagem numa pressão previamente definida, as válvulas de alívio da MIPEL são fornecidas reguladas para 100 PSI.

Assim sendo, caso a necessidade do usuário seja de operação em pressão diferente de 100 PSI, cabe a este proceder a conveniente regulagem por ocasião da instalação da válvula, respeitando-se sempre os limites permitidos de regulagem para as válvulas MIPEL que vão de uma pressão de cerca de 10 até 150 PSI, bem como todos os procedimentos e condutas necessárias para uma correta regulagem de válvulas de alívio. A regulagem de válvulas de alívio em princípio é uma operação muito simples com a aplicação de uma pressão em que se deseja que a válvula seja aberta (início de descarga), sendo assim o parafuso de ajuste fixado em posição correspondente através da porca de trava. Neste caso, o controle da pressão de regulagem deve ser feito através de um manômetro instalado em linha com a válvula, admitindo-se como ideal o início da abertura da mesma à exata pressão de regulagem desejada, sua abertura total (descarga plena) com cerca de 25% de sobre pressão e fechamento com cerca de 90% da pressão de regulagem desejada. Para execução de regulagem de válvulas de alívio o executante deve dispor de chave de fenda para aumentar ou diminuir a tensão da mola (pressão de regulagem) através do parafuso de ajuste e um sistema como, por exemplo, uma bomba para gerar a pressões requeridas. Com o acionamento (rosqueamento) do parafuso de ajuste no sentido horário aumenta-se a tensão da mola, reduzindo-se a mesma com acionamento em sentido contrário. Para prevenir possíveis problemas em regulagens de válvulas de alívio é recomendável que a porca de trava esteja sempre solta no acionamento do parafuso de ajuste. Para se obter maior precisão em regulagens de pressão abaixo de 40 PSI recomenda-se substituir-se a mola original da válvula de alívio por sua correspondente da MIPEL (ref. 229).

Obturadores de Válvulas de Alívio

Em válvulas de alívio são usados 2 tipos de obturadores sendo ambos planos construídos em bronze ou em PTFE (ver figura 62). Ambos os obturadores são recomendados para uso com fluídos limpos e os de PTFE onde se desejam melhores condições de estanqueidade.

  1. Válvula de Alívio de Vácuo/ Pressão

Condições controladas de pressões inseguras

A válvula de alívio de vácuo/pressão Quik-Vent é um excelente dispositivo de segurança para ser usado em silos de estocagem ou qualquer outro container com pressão de ar excessiva que pode ser gerada pelo sistema de transporte pneumático ou outro equipamento do processo.

Condições inseguras são facilmente controladas pela válvula de alívio de vácuo/pressão. As portas de exaustão esvaziam rapidamente ar ou gases para proteger contra condições inesperadas de pressão positiva ou negativa.

Sensores opcionais estão disponíveis para melhorar o sinal elétrico indicando quando estiver em condições de sobre ou sub pressão.

Como trabalha a válvula de alívio de vácuo/pressão Quik-Vent

Quando o ar excede o valor preajustado da válvula de alívio de vácuo/pressão Quik-Vent, a porta de exaustão abre instantaneamente e expele qualquer excesso de pressão positiva para a atmosfera. Então, depois que as condições preajustadas são alcançadas, a porta de exaustão é fechada e vedada. Quando a pressão negativa excede o valor preajustado, a porta de exaustão abre instantaneamente para permitir a entrada do ar atmosférico no container.

A abertura e o fechamento da porta de exaustão da válvula de alívio de vácuo/pressão Quik-Vent é realizada por tensão de mola, que pode ser também preajustada ou ajustada no campo.

Características de Construção

A válvula de alívio de vácuo/pressão Quik-Vent pode ser instalada por dentro ou por fora. A tampa é feita de polietileno para melhorar a resistência a corrosão e intempéries.

A válvula de alívio de vácuo/pressão Quik-Vent tolera materiais finos, poeira granular e vem premontada e pronta para a instalação. É simples para instalar e fácil para manter.

  1. Válvulas de Esfera

São válvulas de bloqueio que necessitam para possibilitar manutenção ou parada de equipamentos ou acessórios. Estas válvulas são as mais recomendadas pois possuem vedação estanque, perda de carga mínima, fácil visualização e acionamento rápido. Devem ser instaladas antes de equipamentos, acessórios ou pontos de consumo.

  1. Válvulas de Segurança

Válvulas de Segurança são exigidas por norma em diversos equipamentos como: caldeiras, vasos de pressão, equipamentos encamisados, após válvulas redutoras de pressão, pulmões de ar comprimido, etc.

Com a elevação da pressão interna do vaso, a válvula de segurança pré-ajustada na pressão determinada, deverá abrir e descarregar grande quantidade do fluído para que a pressão seja reduzida sem oferecer riscos de ruptura ou explosão da tubulação ou equipamento. Todas as válvulas são fornecidas com lacre e certificado de calibração.

  1. Válvula de Abertura ou Fechamento Rápido (QUICK OPENNIG ou QUICK CLOSED)

Válvula de abertura ou fechamento rápido, ela é utilizada aonde se requer que a válvula abre e feche rapidamente em situação pré-determinada.

Descrição da Operação

A válvula é normalmente aberta quando a pressão dirigida da entrada está bloqueada e a pressão da câmara sobre o diafragma for drenada, quando está mesma pressão é dirigida para a tampa a válvula principal fecha hermeticamente devido a área sobre o diafragma é a que determina a posição da válvula principal se está aberta ou fechada. Se não for especificada, a válvula é fabricada para aplicações com temperatura máxima de 60ºC. A Pressão na tampa é controlada por um sistema composto de piloto manual de 3 vias que se sua posição normal (alavanca para cima) interliga a pressão de montante (entrada) com a tampa mantendo a válvula principal fechada, quando acionada (alavanca para o lado, giro de 90º) fecha a admissão de pressão a montante e drena automaticamente a pressão da tampa fazendo a válvula principal abrir.

Instalação

1- Verifique o sentido de fluxo da válvula principal.

2- Verifique a tubulação de sustentação da válvula principal, deverão estar bem suportada para que a operação não seja em condição de vibrações.

Gráfico Ilustrativo das diferenças entre as Válvulas de igual percentagem, Quick Opennig e Quick Closed:

1- Abertura Rápida

2- Igual Percentagem

3- Fechamento Rápido

4- Válvula Mista

Como observamos no gráfico acima, as válvulas podem ser classificadas quanto à forma de abertura ou fechamento das mesmas. As válvulas de abertura rápida caracterizam-se por terem uma resposta rápida ao seu acionamento. O mesmo acontece com as válvulas de fechamento rápido, ele tem uma resposta rápida ao acionamento de fechamento. Já as válvulas de igual percentagem, apresentam uma igualdade na velocidade de abertura e fechamento da válvula, ou seja, o tempo decorrido desde o acionamento até a abertura ou fechamento da válvula é o mesmo.

  1. Válvula de Bloqueio

Descrição

A válvula de bloqueio foi projetada para operar com óleo e graxa em grandes sistemas ou em sistemas com diferentes freqüências de lubrificação. Ela pode ser utilizada em sistemas de linhas de máquinas transfer, centros de usinagem , linha de transportadores , em projetos onde se adota o principio de “Linha Utilitária“ e em sistemas de movimentação de graxa a granel. A válvula pode ser montada em subplaca para instalação em linhas de alimentação ou de abastecimento, ou diretamente nas seções iniciais dos distribuidores progressivos modulares.

Funcionamento

A válvula de bloqueio é uma válvula de simples ação normalmente fechada. Ao ser energizada permite o fluxo de lubrificante, e quando desenergizada bloqueia a passagem fazendo o pistão retornar por ação da mola.

  1. Conclusão

Existem vários tipos de válvulas que são utilizados nas mais diferentes situações em locais muito diferentes, como industrias e residências. Cada tipo de válvula apresenta suas características particulares que as tornam mais adequada para determinadas aplicações, como as válvulas de esfera utilizadas na abertura ou fechamento total da passagem de fluidos.

Um conceito muito importante é o de válvulas de segurança e de alívio. Essas válvulas são de extrema importância para o processo e para a segurança dos operadores e basicamente diferenciam-se pelo fato de a de alívio trabalhar com líquidos e a de segurança com gases. Além disso, válvula de segurança é aquela que protege o equipamento. Porém, as pessoas costumam confundir esta aplicação com a utilização da válvula de alívio, que tem como função proteger apenas o processo, liberando a pressão gradualmente. Por isso, a válvula de alívio não é capaz de atender as necessidades de proteção para o equipamento, que exige uma ação mais efetiva.

  1. Bibliografia

http://www.mipel.com.br/homeport/manualpdf/06.pdf

pt.wikipedia.org/wiki/Válvula

http://www.engprod.ufjf.br/epd_automacao/EPD030_Atuadores.pdf

http://www.spiraxsarco.com/br/global/corporate_preview_news.asp?id=1354&type_id=1

http://pt.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_de_seguran%C3%A7a

http://www.mipel.com.br/homeport/manualpdf/25-26.pdf

http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/ValvEsfe.htm

http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Valvulas.htm?submit=Voltar

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