Montagem, desmontagem e calibragem de uma válvula de controle

Montagem, desmontagem e calibragem de uma válvula de controle

(Parte 1 de 2)

4/5/2009

“Válvula de controle é todo dispositivo que através de uma parte móvel abra, obstrua ou regule uma passagem através de uma tubulação, esta obstrução pode ser manual ou automática, parcial ou total. “

IFBA

Relatório Prático

Válvula de Controle

Título: Desmontagem, montagem e calibração de válvulas de controle

Objetivo: Conhecer as partes internas de uma válvula de controle, visando entender seu funcionamento e estudar a sua calibragem.

IFBA – Instituto Federal de Ciências Tecnológicas da BahiaAutomação e Controle Industrial

Turma: 5831

Professor: Arleno de Jesus

Alunos: Murilo Lessa Nª: 29 Paula Espínola 30

Pedro Brasileiro 31 Vinicius Matheus 35

Vítor Brito 38

Índice

Fundamentação Teórica P.04

  1. Aplicação das válvulas de controle P.04

  1. Componentes de uma válvula de controle ...............................................................................P.05

  1. Válvulas Globo P.09

Práticas no Laboratório P.11

  1. Prática 01 – Desmontar/montar a válvula de controle P.11

  1. Prática 02 – Calibragem de uma válvula de controle P.12

Conclusão.........................................................................................................................................P.13

Sugestão............................................................................................................................................P.13

Referências.......................................................................................................................................P.14

Fundamentação Teórica

1. Aplicação das válvulas de controle

O mercado de produtos industrializados tem sido cada vez mais concorrido, sendo assim surgiu à necessidade de baratear os custos de produção e aumentar a qualidade do produto. Uma das formas de obter esse diferencial é através da otimização dos processos, de técnicas de controle e análises de minúcias inseridas no processo, como mau posicionamento de instrumentos.

No meio das estratégias de controle, surge a figura do controlador. Este compara o valor desejado ao valor medido, e se houver um desvio, manipula a sua saída de forma a eliminá-lo. Dentro do projeto de uma malha é básico ter a definição do desempenho desejado é óbvio que o processo empoe restrições ao controle, sendo assim um bom desempenho de controle é aquele que leva o sistema a ter uma resposta mais rápida possível para aquele processo e com um amortecimento razoável. Por exemplo, um processo lento, ao qual o tempo morto1 é de 30 minutos, não pode ter um controle de 2 minutos, isto tornaria o processo instável.

A definição do sistema de controle de vazão é muito minuciosa, porque este tem um tempo morto desprezível e uma constante de tempo da ordem de segundos, sendo assim, o tempo da resposta do sistema depende principalmente do tempo de resposta do elemento primário, do tamanho da tubulação do processo, da transmissão de sinal e do elemento final de controle. Além do disso, o sinal de vazão é muito ruidoso, e estes são originados nos sistemas de bombas, compressores ou irregularidades no sistema de tubulação, válvulas e medição.

O controle de vazão é feito pelo elemento final de controle, e o mais comum dele na indústria de processo é a válvula de controle. Tipicamente uma válvula de controle constitui-se do corpo da válvula, das partes internas como o obturador e a sede, um atuador que fornece a força motora para operar a válvula, e uma variedade de acessórios, que incluem posicionadores, transdutores, reguladores de pressão e de alimentação e chaves de posição, entre outros. Os acessórios são essenciais para um bom desempenho final da válvula.

Estudos abrangentes sobre o desempenho das malhas de controle indicam uma alta variabilidade do processo, e que em muitos casos as culpadas são as válvulas de controle, os fatores que levam ao baixo desempenho das válvulas de controle são: o dimensionamento e o tipo de válvula; características estáticas e o tempo de resposta da válvula; a banda morta; o projeto do conjunto atuador posicionador. Estes fatores serão abordados a seguir.

As normas ANSI/ISA-75.01.01 e IEC 60534-2-1 estabelecem um procedimento para o dimensionamento de válvulas de controle com fluidos compressíveis e incompressíveis. A não-utilização da correção, trazida por essas normas, no efeito da geometria da tubulação adjacente (no caso da válvula globo) não produz erros significantes nos cálculos de vazão, todavia para válvulas de alta recuperação de pressão (como as borboletas e as esferas) causaram notáveis erros.

As válvulas de controle podem ser caracterizadas por um fator denominado “características de vazão”. Este fator mostra a relação entre o Cv2 e abertura em percentual. A característica inerente de vazão mostra uma curva observada com diferencial de pressão constante, enquanto a característica instalada demonstra a curva características em serviço, como todas as variações de pressões e outros parâmetros do sistema.

Banda morta é definida pela faixa onde o sinal de entrada pode ser variado, considerando uma reversão de sinal, sem iniciar uma variação observável no sinal de saída do processo. Para um bom desempenho de uma malha, recomenda-se que a banda morta seja menor ou igual a 1%. Há diversas causas para ela, mas a principal é o atrito. O atrito entre a haste e o engaxetamento da válvula é uma fonte de banda morta em válvula globo.

As folgas mecânicas resultam na descontinuidade do movimento quando há inversão da direção de atuação da válvula de controle, estas folgas ocorrem nas engrenagens de transmissão de movimento e na conexão entre a haste e o seu atuador. A eliminação dessas folgas é fundamental para o desempenho da válvula.

2. Componentes de uma válvula de controle

Fig. 01 Componentes da Válvula de Controle

2.1 Atuador: É a parte da válvula de controle que fornece a força com que a válvula realiza seu trabalho, o atuador mais comumente utilizado no acionamento de válvulas de controle consiste numa câmara bipartida que contem um diafragma flexível. Numa das partes desta câmara o atuador recebe o sinal de controle, e, na outra parte, o diafragma é fixado a um prato, onde se apóiam uma haste e uma mola.

Quando se aplica em seu lado próprio, ar, proveniente diretamente do controlador, se este for pneumático ou de um posicionador eletropneumático, a força produzida se opõe à força gerada pela mola, a qual limita o curso e regula a posição da haste. Assim, esse tipo de atuador transforma a pressão de ar aplicada num movimento de translação.

A mola tem função de se opor à força desenvolvida pela pressão do ar de atuação que age no diafragma, de modo a posicionar a haste do atuador para cada sinal recebido do controlador. A maioria dos atuadores opera numa faixa de pressão que varia de 3 a 15 psi, a qual representa 0,2 a 1,0 kgf/cm².

O sistema de atuação das válvulas de controle transforma pressão de ar em força aplicada ao diafragma e existe uma relação praticamente linear entre a pressão de ar de atuação e o deslocamento (curso da haste).

Fig. 02 Gráfico da relação entre o curso da haste e a pressão no diafragma.

Os atuadores tipo mola e diafragma apresentam algumas variações que devem ser analisadas, em função da necessidade do processo.

Quanto à ação, os atuadores podem ser do tipo ação direta ou ação inversa, como se pode observar abaixo:

Normalmente, estes atuadores destinam-se ao acionamento de válvulas denominadas de curso linear, ou seja, haste ascendente ou descendente, dependendo da abertura ou fechamento da mesma. As válvulas acionadas por estes tipos de atuadores são normalmente as denominadas válvulas globo e suas variações.

Além dos atuadores tipo mola e diafragma, existem outros tipos de atuadores pneumáticos bastante aplicados em indústrias de processo para controle e principalmente bloqueio de fluxo. São os atuadores a pistão:

Fig. 05 Esquema do funcionamento dos atuadores a pistão.

Estes atuadores destinam-se normalmente a bloqueio de fluxo por questões de segurança de processo e de equipamentos, sendo que a válvula pode assumir, neste caso, a posição aberta ou fechada.

2.2. Corpo e Internos: A válvula de controle varia a vazão, introduzindo uma restrição no circuito, dissipando uma parte da energia proveniente de uma fonte de pressão. A válvula reduz a pressão na descarga da bomba, de modo análogo a um resistor, o qual faz cair à tensão desenvolvida por uma fonte de energia elétrica.

O fluido do processo passa pelo corpo da válvula de controle, sendo que o obturador é o elemento móvel da válvula, responsável por restringir a vazão. O seu formato fixa a relação entre a abertura da válvula e a vazão correspondente, dando origem, como veremos mais adiante, à característica de vazão da válvula de controle. O corpo da válvula é função da aplicação, bem como os seus internos.

O tipo de corpo mais freqüentemente utilizado é o da válvula globo de sede simples.

Fig. 06 Corpo de uma válvula de controle tipo globo.

2.3. Castelo e engaxetamento: O castelo é a parte da válvula que conecta o atuador ao corpo da válvula, guiando a haste da mesma, alojando o sistema de selagem do fluido do processo e exercendo um papel importante de realizar troca de calor do sistema de engaxetamento com o ambiente.

Pode ser dividido em quatro tipos:

- Castelo normal

- Castelo aletado

- Castelo alongado

- Castelo com fole de vedação

Com castelo normal, a válvula pode ser utilizada em praticamente todos os tipos de aplicação em que a temperatura não ultrapasse 180° C e que o fluido de processo não possua características tóxicas ou inflamáveis.

O castelo alongado com aletas de resfriamento é utilizado quando a temperatura ultrapassa 180°C. Deve ser convenientemente dimensionado para garantir uma queda acentuada de temperatura das gaxetas não seja inferior a -25°C, sendo recomendados para aplicações em temperaturas inferiores a -5°C.

Com relação aos castelos com fole de vedação, os mesmos são utilizados para fluidos tóxicos e inflamáveis e servem como reforço das gaxetas. O fole é normalmente fabricado de liga metálica resistente a corrosão, flexível, devendo ser soldado a haste da válvula.

Nas Válvulas do tipo esfera e borboleta, que possuem haste ou eixo com deslocamento rotativo, o desgaste das mesmas, normalmente anéis de vedação em torno do eixo, é menor. No caso das válvulas globo, como a haste é deslizante há a necessidade de uma selagem da haste através do denominado sistema de engaxetamento.

Constituem-se de anéis e acessórios com a função de fixar o sistema ao castelo, em torno da haste, de modo a se evitar vazamentos do fluido de processo.

Os materiais mais utilizados no engaxetamento das válvulas de controle são o teflon, a asbesto e o grafite. O material das gaxetas deve ser compatível com o fluido do processo, deve efetuar uma boa selagem da haste e produzir mínimo atrito no deslocamento da haste. O teflon é o material mais utilizado, cobrindo a maior parte das aplicações. Em serviços com alta temperatura e/ou pressão, o teflon pode ser impregnado com outros materiais, como, por exemplo, a fibra de vidro. O teflon está limitado a temperaturas da ordem de 230°C, mas, caso carregado com fibra de vidro, pode atender até temperaturas de 450°C. Nestas temperaturas, porém, utilizam-se materiais mais apropriados, como o asbesto ou o grafite. O limite mínimo pode chegar a -185°C. Outro material muito aplicado no sistema de engaxetamento é o grafite, onde a maior vantagem é a resistência a altas temperaturas (540°C) Alguns tipos especiais de grafite utilizados em castelos estendidos podem atingir temperaturas de até 640°C.

Uma desvantagem do grafite, entretanto, é a menor durabilidade, obrigando sua substituição com maior freqüência. As condições extremas de utilização devem ser bem especificadas, de modo que os fabricantes possam auxiliar no fornecimento do sistema de engaxetamento mais adequado.

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