valvulas de controle industrial

valvulas de controle industrial

Apresentação

  • Eduardo Luiz Ferreira Silva

  • Senai-Es Cetec

Apresentação

  • O que voce espera da palestra?

  • Iniciante

  • Revisar conceitos

  • Especificação, Seleção, Dimensionamento

  • Manutençao, Operação

  • Compra

  • Engenharia

  • Etc.,….

Palestra– Válvulas de Controle

  • PRINCIPAL OBJETIVO:

  • FORNECER INFORMAÇÕES SOBRE VÁLVULAS DE CONTROLE

Evitar Válvulas Super Dimensionadas

Evitar Válvulas Sub Dimensionadas

Válvulas de Controle Literatura de Apoio

  • Livros

  • Normas (Standards)

  • Revistas

  • Handbooks

  • Artigos Técnicos

  • Folhas de Dados

Válvulas de Controle - Atividades

  • Especificação

  • Dimensionamento

  • Seleção

  • Aquisição (Parecer técnico, documentação)

  • Fabricação*

  • Transporte & Armazenagem

  • Montagem

  • Operação

  • Manutenção

  • *Projeto, Materiais, Equipamentos, Controle de Qualidade, Testes, Laboratórios, Documentação, Embalagem, Assistência Técnica.

O Que Passa Dentro de uma Válvula?

Definição: Válvula de Controle

Definição: Válvula de Controle

  • Válvula de Controle: é um dispositivo operado por energia que modifica a quantidade de vazão do fluido em um sistema de controle de processo. Consiste de uma válvula conectada a um mecanismo de atuação capaz de modificar a posição do elemento de controle de vazão na válvula em resposta a um sinal do sistema de controle.

  • ANSI/ISA S75.05

Válvula de Controle – Características:

  • Requer fonte externa de energia

  • Opera modulando passagem

  • Tem um mecanismo de atuação capaz de modificar a posição do elemento de controle de vazão

  • Recebe o sinal de comando de um controlador externo

Símbolos da Malha de Controle

A Válvula na Malha de Controle

Elementos Finais de Controle

  • Válvulas de Controle

  • Variadores de Velocidade

  • Bombas

  • Dampers

Classificação de Válvulas

  • Função

  • Movimento da Haste

  • Tipos de Sede

Classificação de Válvulas: Função

    • Liga-Desliga (On-Off): bloqueia ou permite a passagem do fluido
    • Unidirecional (Nonreturn): permite a passagem do fluido em apenas uma direção
    • Modulante* (Throttling): permite a regulação do fluxo em qualquer ponto entre totalmente aberto e totalmente fechado
    • *Outros termos para controle modulante: controle regulatório ou controle continuo.

Classificação de Válvulas: Função

  • Liga-Desliga (On-Off)

    • Gaveta (Gate)
    • Macho (Plug)
    • Esfera (Ball)
    • Segurança e Alívio (Safety & Relief)
    • Fundo de Tanque (Tank-Bottom)
    • As Válvulas On-Off podem ser:
    • Manuais
    • Automáticas (adicionando um atuador)
    • Auto operadas

Classificação de Válvulas: Função

  • Válvula Unidirecional (Check Valve)

    • Slam
    • Non-Slam
    • Pistão
    • Esfera
    • Ref. API 594

Classificação de Válvulas: Função

  • Válvula Modulante (Throttling))

    • Válvulas de Controle
    • Reguladoras de Pressão

Classificação de Válvulas: Movimento

Classificação de Válvulas: Movimento

  • Movimento Linear (ou Haste Deslizante)

    • Globo
    • Angular
    • Três Vias
    • Gaveta (Gate)
    • (Pinch)
    • Diafragma

Classificação de Válvulas: Movimento

  • Movimento Rotativo (do Eixo)

    • Esfera
    • Borboleta
    • Disco (plug) Excêntrico
    • Macho (Plug)

Classificação de Válvulas: Sede

    • Válvula com Passagem Plena (Full Port):
    • Diâmetro Interno = Diâmetro Entrada/Saída
    • Aplicações:
    • Bloqueio ou Isolamento
    • Locais onde é necessário a passagem de Pig

Classificação de Válvulas: Sede

    • Válvula com Passagem Reduzida (Reduced Port):
    • Diâmetro Interno < Diâmetro Entrada
    • Aplicação: Controle do Fluido

Importância da Válvula de Controle

  • Parte do sistema de instrumentação

  • Afeta dinamicamente o ganho da malha de controle

  • É o item de maior custo da malha de controle

  • Manipula diretamente a energia do processo

  • Toda a inteligência do sistema de controle é traduzida ao processo através da Válvula de Controle.

  • Conseqüentemente afeta a produtividade do processo.

Válvula de Controle: Disciplinas

  • Controle

  • Processo

  • Mecânica dos Fluidos

  • Tecnologia de Materiais

  • Instrumentação & Eletrônica

  • Comunicação (Redes e Wireless)

  • Por tudo isto é geralmente o elemento mais difícil de especificar numa malha de controle.

Vantagens Uso Folha Dados Padrão

  • Permite a Elaboração de uma Especificação Completa

  • Promove o uso de uma Terminologia Uniforme

  • Facilita a Apresentação da Proposta e da Compra

  • Fornece um Registro Permanente de Informações

  • Melhora a Eficiência

Condições Operacionais - Fluido do Processo

  • Fluido pode ser

    • Líquido (Limpo ou Sujo), Gás ou Vapor
    • Monofásico ou Bifásico
    • Sujo ou Lama (Slurry)
    • Erosivo, Corrosivo
    • Fibroso
    • Tóxico, Inflamável
    • Polimerizar

Condições Operacionais – Pressão Critica

  • Pressão Critica (PC) é a Pressão de Vapor na Temperatura Critica.

  • Temperatura Critica (Tc) de um fluido é a temperatura acima da qual as fases distintas de liquido e gás não existem. Ao aproximar da temperatura critica, as propriedades das fases liquidas e gasosas se tornam iguais resultando numa fase única: o fluido supercompressivel.

Condições Operacionais – Pressão Critica

Condições Operacionais

  • Importante

    • Fornecer Vazão Mínima, Normal e Máxima
    • Fornecer P1, P2 e T nas Condições de Vazão Mínima, Normal e Máxima
    • Fornecer o valor da Pressão Diferencial Máxima
    • Fornecer o valor da Temperatura Máxima

Condições Operacionais

  • Vazão Máxima - Regimes

    • Vazão Máxima de Operação (Produção)
    • Vazão em Condição de Emergência
    • Vazão Máxima - Aplicação
    • Definir o Diâmetro da Válvula

Condições Operacionais

  • Coeficiente de Vazão

    • Cv Requerido: obtido através dos cálculos para as condições operacionais nas vazões mínima, normal e máxima
    • Cv Selecionado: Cv com a válvula 100% aberta
    • Regra de Bolso – Cálculo aproximado do Cv
    • Cv = d2 x 10, onde d é o diâmetro da válvula

Condições Operacionais

  • ● Cv Requerido x Curso da Válvula

    • Cv vazão mínima → Abertura > 10%
    • Cv vazão máxima → Abertura < 80%

Condições Operacionais

  • ● Pressão Diferencial Máxima - Regimes

    • Pressão Diferencial Máxima de Operação (Produção)
    • Pressão Diferencial em Condição de Emergência (Pressão de Shutoff)
    • ●Pressão Diferencial Máxima - Aplicação
    • Definir o Tamanho do Atuador
    • Nota: na ausência do dPmax, consideramos para o calculo do atuador o diferencial entre P1max e a atmosfera (P2).

Condições Operacionais

    • ●Vazão Mínima – Aplicação
    • Definir os Internos da Válvula

Condições Operacionais

    • ●Temperatura – Aplicação
    • Definir os Materiais do Corpo e dos Internos da Válvula

Condições Operacionais

    • ●Pressão de Vapor – Aplicação
    • Indica a ocorrência de Flashing e de Cavitação
    • Pressão de vapor é a pressão exercida
    • por um vapor quando este está em
    • equilibrio com o líquido que lhe deu
    • origem. A pressão de vapor é uma
    • medida da tendência de evaporação de
    • um líquido.
    • PV varia com a Temperatura
    • Pv < P1
  • PVC – Pressão na Vena Contracta

  • Ponto de maior velocidade e menor pressão

Tipos de Válvulas de Controle

Vantagens da Válvula Globo

  • Simples

  • Versátil

  • Facilidade de Manutenção

  • Possibilidade de acesso aos internos sem remoção da linha

  • Possibilidade de manipular fluidos numa faixa larga de pressão e de temperatura

  • Disponibilidade de materiais diferentes para atender aplicações com erosão, corrosão, altas temperaturas e altas pressões

Desvantagens da Válvula Globo

  • Por ter menor CV , a diferença entre o diâmetro da válvula e o da tubulação é menor e por isso o custo é maior

  • Menor capacidade de vazão para o mesmo diâmetro do corpo*

  • Maior peso*

  • Maior probabilidade de vazamentos para o exterior (selo dinamico – gaxetas)*.

  • * Comparado com a válvula rotativa 

Válvulas Globo: Partes Principais

Tipos de Válvula Globo

  • Globo Sede Simples

  • Globo Sede Dupla

  • Angular

  • Três Vias

  • Saunders

  • Pinch

  • Diafragma

Válvula de 3 Vias

Globo Tres Vias

Válvula Tipo Rotativa

Por Que Usar Válvulas Rotativas?

  • Vantagens

    • Solução Mais Econômica – Melhor Relação $/CV
    • Aplicação em Fluido Sujos, Com Potencial para Obstrução e Com Sólidos em Suspensão
    • Mais Compactas e Menor Peso
    • Melhor Sistema de Vedação do Eixo
  • Limitações

    • Restrição para Altas Quedas de Pressão
    • Poucas Opções de Características de Vazão

Tipos de Válvulas Rotativas

  • Esfera Segmentada

  • Obturador Excentrico

  • Borboleta

Válvula Esfera

Válvula Esfera - Operação

Válvula Obturador Excêntrico

Válvula Obturador Excêntrico

Válvula Borboleta

Válvula Borboleta - Vantagens

  • Baixo custo

  • Pequeno peso

  • Maior capacidade de vazão (duas a três vezes que a da globo)

  • Projeto seguro a fogo (fire-safe)

  • Baixo vazamento

  • Característica de igual percentagem

  • Vedação total (quando especial)

Válvula Borboleta - Desvantagens

  • Por ter alta capacidade, é geralmente usada superdimensionada

  • Alta recuperação da pressão, aumentando probabilidade de cavitação e ruído.

  • O movimento linear do atuador diafragma deve ser convertido por elos de engrenagens, introduzindo histerese e banda morta.

  • Há uma relação não linear entre o movimento do atuador e a rotação resultante do disco. Isto requer sempre o uso de posicionador.

Válvula Borboleta - Operação

Válvula Borboleta - Aplicações

  • As válvulas borboleta são usadas geralmente em sistemas de baixa pressão, onde não se necessita de vedação completa

  • Normalmente usadas em linhas de grandes diâmetros (maiores que 20")

Rotativa x Linear: Serviços Sujos

Tipos de Conexões

  • Conexões Roscadas

  • Mais utilizadas em válvulas de pequenos diâmetros (< 2.0”)

  • Vantagem: Mais econômicas. Vedação metal/metal na rosca.

  • Desvantagem: Difícil manutenção e vazamentos.

Tipos de Conexões

  • Conexões Flangeadas – Facilmente removidas da tubulação. Alto range de temperatura e pressão. Pode ser utilizada em válvulas de qualquer diâmetro. Tipos: FF / RF / RTJ.

Conexões Flangeadas: RF, FF e RTJ

Conexão Flangeada: Tipo Wafer

Tipos de Conexões

  • Conexões Soldadas –

  • São econômicas e apresentam mínimos níveis de vazamentos, mesmo em altas pressões.

  • Aplicação: Alta Temperatura e Alta Pressão

  • Desvantagem: são mais difíceis de serem retiradas da tubulação.

Válvulas de Controle: Castelo

Tipos de Castelo

Castelo Estendido

Sistemas de Engaxetamento

  • O sistema de engaxetamento fornece um selo dinâmico entre a pressão dentro da válvula e a haste.

  • Materiais do engaxetamento são selecionados pela temperatura e características químicas do processo.

Sistema de Engaxetamento: Exemplo de Falha

Sistema de Engaxetamento Especial para Redução de Vazamentos

  • O sistema de engaxetamento que requerem vazamentos reduzidos em conformidade com normas de proteção ambientais (abaixo de 500 PPM).

  • O projeto de “carga-ativa” usa molas para manter constante a carga de vedação nos anéis das gaxetas.

Sistema de Engaxetamento Especial - Foles de Selagem

Engaxetamento Rotativo x Linear

Internos Balanceados

  • Balanceamento é um termo geral usado para indicar que a força da pressão estática no obturador foi neutralizada.

  • O balanceamento pode ser obtido reduzindo a queda de pressão através do obturador ou reduzindo a área efetiva onde a queda de pressão age

  • Vantagem: atuador menor

Internos Balanceados

Internos Balanceados: Vantagens

Internos Balanceados: Desvantagens

Internos Não Balanceados

Internos Não Balanceados: Vantagens

Internos Não Balanceados: Desvantagens

Tipos de Guia: Gaiola

Sedes – Tipos de Retenção: Anel

  • Aplicação:

  • Obturador não

  • Balanceado

Sedes – Tipos de Retenção: Gaiola

Sedes – Tipos de Retenção: Roscas

Sedes – Tipos de Retenção: Roscas

  • Aplicação: Obturador Não Balanceado

  • Problemas:

  • Vazamento

  • Dificuldade de Remoção

Característica da Válvula

  • A característica da válvula de controle é definida como a relação entre a vazão através de válvula e a posição da válvula (curso) variando ambas de 0% a 100%

  • A vazão na válvula depende do sinal de saída do controlador que vai para o atuador da válvula

Tipos de Características de Vazão

  • Quanto à pressão:

    • Instalada (ou de operação)
    • Inerente (ou de projeto)
  • Quanto à relação matemática

    • Linear
    • Igual percentagem
    • Abertura rápida
    • Hiperbólica
    • Parabólica
    • Outras

Características da Válvula

  • A característica inerente da válvula se refere à característica observada com uma queda de pressão constante através da válvula; é a característica da válvula construída e fora do processo.

  • A característica instalada se refere à válvula quando em operação real, com uma queda de pressão variável e interagindo com as influências do processo não consideradas no projeto.

Característica Inerente de Vazão

Característica Inerente x Instalada : Linear

Característica Inerente x Instalada : =%

Característica Inerente x Instalada: Abertura Rápida

Característica de Vazão: Guia de Seleção

Característica de Vazão: Guia de Seleção

Característica de Vazão: Guia de Seleção

Característica de Vazão Guia de Seleção Simplificado

  • Método Baumann:

  • Determinar o dP da válvula na vazão mínima

  • Determinar o dP da válvula na vazão máxima

  • dP na vazão mínima : dP na vazão máxima

  • Se o resultado for menor que 2:1, usar característica linear

  • Se o resultado for maior que 2:1, usar característica igual porcentagem

  • Pneumáticos

  • Fonte: Control Valve Primer, pagina 60

Característica de Vazão Regra Prática

  • Na dúvida usar =%

“A SELEÇÃO DE UM ATUADOR ADEQUADO PARA A VÁLVULA DE CONTROLE É, NORMALMENTE, UMA TAREFA DEIXADA COM O FORNECEDOR”

  • “A SELEÇÃO DE UM ATUADOR ADEQUADO PARA A VÁLVULA DE CONTROLE É, NORMALMENTE, UMA TAREFA DEIXADA COM O FORNECEDOR”

  • “O FABRICANTE QUE GANHOU A CONCORRÊNCIA FOI PROVAVELMENTE O QUE COTOU COM O MENOR PREÇO, E, FREQUENTEMENTE, O QUE DIMINUIU O TAMANHO DO ATUADOR PARA REDUZIR OS CUSTOS”

  • Referencia: Control Valve Primer, Capitulo 10, página 81. HD Baumann

Funções Básicas do Atuador

    • ● Posicionar o componente de fechamento da válvula de controle (obturador)
    • ● Manter o obturador na posição desejada
    • ● Fornecer a carga de assentamento adequada com a classe de vazamento
    • ● Fornecer o deslocamento necessário
    • ● Executar o deslocamento no tempo necessário
    • ● Oferecer um Modo de Falha*
    • *Falha Abre/FalhaFecha/Travar na Última Posição

Um Atuador Sub Dimensionado:

  • Não fechará a válvula corretamente.

  • Não atenderá o nível de estanqueidade desejado.

  • Atuação instável

  • E o atuador Super Dimensionado?

Atuadores

Fatores que Influenciam a Seleção de um Atuador*

  • Tipo da Válvula

  • Ação na Falta de Ar

  • Pressão de Suprimento de Ar

  • Diâmetros do Corpo, dos Internos e da Haste

  • Classe de Vazamento

  • Pressão Diferencial Máxima

  • Tipo Engaxetamento

  • Curso da Haste

  • Acessórios: Volante e Batente (Travel Stop)

  • *Entre outros.

Tipos de Atuadores

  • Diafragma

  • Pistão

  • Hidráulico

  • Eletrohidraulico

  • Elétrico

Atuador Tipo Diafragma

Atuador Tipo Diafragma

Atuador tipo Pistão

  • Simples e dupla ação

  • Apresenta força superior ao tipo diafragma

  • Suprimento de ar de 40 a 125 psig

  • Opção de volante para operação manual

  • Aplicações típicas: Válvulas de Alta Pressão e serviços e exigem rápido acionamento, ex: Válvulas Anti Surge de Compressor.

Comparação Atuadores

Posicionadores: Fonte de Problemas

Quando Usar o Posicionador

Posicionadores

Tipos de Posicionadores

  • Analógicos:

  • Eletropneumáticos

  • Digitais

  • - 4-20 mA + Hart

  • - Fieldbus

Motivos de Preocupações com Válvulas de Controle

Posicionador Digital: Benefícios

Posicionador Digital: Benefícios

Assinatura da Válvula – Significado

Evolução do Diagnostico - Válvulas de Controle

Diagnósticos em Posicionadores

Seleção do Posicionador Inteligente: Itens Importantes

Posicionador Digital:

Acessórios: Válvula Solenoide

Acessórios: Válvula Solenoide

Acessórios: Booster

Acessórios: Volante & Batente

  • CLASSES DE VAZAMENTOS

Vazamentos Externos

  • Da Válvula para o Meio Ambiente

  • Fontes:

  • Juntas dos Flanges

  • Juntas do Castelo

  • Engaxetamento

Vazamentos Externos

  • Conseqüências:

  • Perda de Produção

  • Poluição

  • Riscos a Saúde

Vazamentos Internos

  • Entre a entrada e a saída da válvula quando fechada

  • Fontes:

  • Entre o obturador e sede

  • Entre a sede e o corpo

  • Entre a gaiola e o obturador

Vazamentos Internos

  • Conseqüências:

  • Perda de Produção

  • Perda de Eficiência

  • Danos na Sede e no Obturador

Testes de Vazamento

  • Para Válvulas de Controle: FCI 70-2

  • Para Válvulas On-Off: API 598

Classe de Vedação

Classe de Vedação

Acessórios e Especiais

Serviços Severos

  • Alto Nivel de Ruido (> 90 dBA)

  • Temperaturas Extremas (>400 ºC e <-100 ºC)

  • Alta Pressão (>600#)

  • Flashing

  • Cavitação

  • Fluidos Erosivos

  • Fluidos Corrosivos

  • Combinação das Ocorrências Acima

Perfis de Pressão e Velocidade de um Fluido Escoando por uma Retrição

Flashing - Evaporação Súbita

Cavitação

Flashing

  • Se a pressão de saída da válvula permanecer abaixo da pressão de vapor do líquido,as bolhas permanecerão no fluido,provocando o fenômeno do Flashing.

  • O Flashing é definido pela pressão de vapor (Pv) e pela pressão de processo a jusante: fatores que não podemos evitar.

  • Materiais endurecidos: solução padrão para

  • aplicações em Flashing

Danos por Flashing

Os Danos Causados pelo Flashing são Função de:

  • Diferencial (Queda) de Pressão

  • Tempo de Exposição

  • Quantidade de Vazão

  • Vazamento Enquanto Fechada

  • Características Corrosivas do Fluido

  • Materiais de Construção

  • Geometria da Válvula/Tipo internos

Flashing

  • O flashing pode provocar dois problemas na válvula de controle:

  • Erosão do corpo e dos internos da válvula devido à ação destrutiva das partículas do líquido em alta velocidade

  • Redução da capacidade de vazão da válvula.

Flashing - Soluções

  • A válvula angular, com os internos em aço inox 416, “liner” e direção do fluxo no sentido “para baixo”, é talvez a melhor solução para evitar danos devido ao fenômeno do flashing.

Classe de Vedação

  • A classe V é recomendada como vedação mínima requerida. Nas classes de vedação inferiores à Classe V, o flashing pode estar presente no vazamento permitido pela norma ANSI/FCI 70-2 provocando danos nos materiais localizados à jusante da sede da válvula.

Flashing

  • Nenhuma válvula de controle pode evitar o flashing

  • A melhor solução é selecionar uma válvula de controle com a geometria e os materiais adequados para evitar ou minimizar os danos

Cavitação

  • Embora a cavitação possa ocorrer com qualquer liquido, a experiência mostra que danos significativos esta associado geralmente com a água.

  • O fenômeno de cavitação provoca um ruído semelhante a passagem de pedregulhos através da válvula. Porem o nível de ruído gerado não causa preocupação.

Cavitação

  • A severidade do dano causado pela cavitação varia diretamente com:

  • a proximidade da implosão das superfícies

  • a capacidade de vazão

  • a queda (diferencial) de pressão. Quanto maior a queda de pressão abaixo da pressão de vapor, maior será a intensidade da cavitação.

  • a diferença entre a pressão a jusante (P2) e a pressão na vena contracta (Pv)

P2 > Pv : Cavitação

Cavitação

Condição de Cavitação

Efeitos da cavitação

Efeito da Cavitação

Efeito da Cavitação

Efeitos da Cavitação

  • Ruído Excessivo

  • Vibração Excessiva

  • Limitação da Capacidade de Vazão

  • Danos Materiais (Internos & Corpo)

  • Os efeitos de cavitação estão normalmente associados com água (e amônia)

Efeitos da cavitação

  • Combinação de ataque químico com ataque mecânico

  • O ataque mecânico (erosão), provocado por microjatos do fluido que atingem a superfície do material, retira a camada protetora tornando o material base mais vulnerável ao ataque químico (corrosão)

Comentários Sobre Cavitação

  • Nenhum material existente pode suportar indefinidamente uma condição severa de cavitação (Control Valve Handbook da ISA)

  • Cavitação é, sem dúvida, a mais rigorosa de todas as aplicações de uma válvula de controle (Bill Fitzgerald)

  • Cavitação é a melhor amiga do fabricante de válvulas de controle (H. D. Baumann)

Indice de Dano Provocado por Cavitação - Kc

  • O valor de Kc indica a resistência da válvula de controle aos danos provocados por cavitação.

  • Estes danos estão associados ao tipo de válvula e dos internos utilizados.

  • Os valores de Kc são determinados por cada fabricante através de teste em laboratório e histórico de aplicações.

  • O coeficiente Kc indica a parte do diferencial máximo de pressão (P1 – Pv) que pode ser adotado antes da ocorrência da cavitação.

  • Um baixo valor de Kc indica um baixo valor de resistência da válvula de controle aos danos de cavitação e um alto valor de Kc (limitado ao máximo de 1.0) indica uma alta resistência da valvula de controle aos danos de cavitação.

  • dP Cavitação = Kc (P1 – Pv)

Relação Entre Ar e Kc

  • Ar é o índice de cavitação que depende das condições reais de processo. Indica a presença de flashing ou do potencial de cavitação.

  • Ar = dPflow ÷ (P1 – Pv)

  • Relação e Considerações sobre Ar e Kc

  • Ar < Kc indica que a válvula não será submetida a danos devido à cavitação

  • Ar > Kc indica que a válvula será submetida a danos devido à cavitação

  • Ar <1.0 pode haver cavitação, se dP Processo > dP Chocked (dPpermitido).

  • Se Ar ≥ 1.0 e P2 > Pv, existe a ocorrência de Flashing

Cavitação: Dureza de Materiais

Conclusão da Cavitação

  • Para o correto dimensionamento e aplicação das válvulas de controle em serviços com alto DP, é muito importante ter condições exatas de processo

Seleção Imprópria – Efeitos da Erosão

Serviço: Erosão

Serviço: Erosão

Materiais Recomendados para Proteção contra Erosão

  • 17-4 PH H900 40 Rc

  • 440C 59 Rc

  • 316/Colmonoy 6 58 Rc

  • 316/Alloy 6 42 Rc

  • 420 SST HT 50 Rc

  • 416 SST HT 36 Rc

  • VTC 1100 HV

Danos por Corrosão

Aplicações Corrosivas

  • Corpo completamente revestido de teflon PTFE ou PFA

  • Partes internas (sede/obturador) revestidas de Teflon

  • Fole de selagem em PTFE, Hastelloy ou Inconel com vida útil de até 500.000 ciclos

  • Diâmetros: ½” a 6.0”.

  • Vedação estanque (classe VI)

  • Opção econômica, comparada com válvulas de aço liga especial (monel, hastelloy)

  • Fim da primeira parte

  • Obrigado,

  • 03 julho de 2009

  • Carapina-Mecshow 2009

  • Eduardo Luiz Ferreira Silva

  • hdv-elfs@uol.com.br

Ruído

  • Quando um fluído passa através de uma válvula, uma parte da energia contida no fluído é transformada em calor e som.

  • A energia sonora é uma preocupação se:

    • Afeta negativamente a saúde do ser humano;
    • Provoca danos materiais (internos e tubulação).
  • Ruído, neste caso, pode ser definido como um som considerado indesejável.

Ruído

  • No passado, o ruído era considerado um incômodo, porém tolerado, desde que a válvula cumprisse sua função.

  • No presente, órgãos governamentais exigem cada vez mais o cumprimento das normas de regulamentação de proteção ao meio ambiente (multas).

Tempo de Exposição x Nível de Ruído

  • Duração Nível de Ruído

  • Horas Por Dia NR-15 OSHA

  • 8:00 85 90

  • 6:00 87 92

  • 4:00 90 95

  • 3:00 92 97

  • 2:00 95 100

  • 1:00 100 105

  • 0:15 110 115

  • NOTAS: 1) NR-15: Portaria 3214 (08/06/78) Anexo I (Brasil)

  • 2) OSHA: Occupational Safety and Health Act (EUA)

Ruído: considerações OSHA

  • A tabela OSHA é obrigatória para trabalhadores próximos à válvula.

  • Para o trabalhador que se encontra afastado, adicionar os seguintes valores para calcular o máximo ruído admissível:

  • Distância da Válvula Adicionar ao

  • ao trabalhador limite OSHA

  • 3 5 dBA

  • 6 8 dBA

  • 15 12 dBA

  • 30 15 dBA

  • Exemplo: Sala (85(dBA) encontra-se a 15 m da válvula.

  • A válvula de controle não deve exceder 85+12=97 dBA.

Medição de Ruido na Fonte

Atenuação de Ruído - Distancia

Cálculo de Ruido: Alertas

O Que Significa IEC

Vantagens do Padrão IEC 60534-8-3

      • O Padrão IEC fornece uma abordagem segura e objetiva para o calculo do ruído aerodinâmico em válvulas de controle.
      • O Padrão IEC é aceito em todo o mundo. Algumas empresas internacionais exigem o uso deste padrão como condição de fornecimento.
      • O Padrão IEC pode ser usado por qualquer fabricante de válvula. O uso do Padrão IEC possibilita que os Usuários tenham uma base de comparação entre os diversos fabricantes.

Norma IEC 60534-8-3

  • Embora o método de predição não possa garantir resultados reais no campo, produz predições calculadas dentro de 5 dBA para a maior parte das informações de ruído obtidas em teste sob condições de laboratório.

  • Norma IEC 60534-8-3, Introdução, pagina 9

Fontes de Ruído

  • Mecânico

  • Hidrodinâmico

  • Aerodinâmico

Ruído Mecânico

Ruído Hidrodinâmico

Ruído Hidrodinâmico

  • Gerado por vazão de líquidos e provocado pela formação e colapso de bolhas de vapor.

  • Usualmente associado à cavitação.

  • Não contribui significativamente para o aumento do ruído na área industrial.

Ruído Aerodinâmico

Geração e Transmissão de Ruído

Limites do Ruído

  • Válvulas de Controle são normalmente dimensionadas para um ruído < 85 dBA. Um ruído acima de 110 dBA não é recomendado devido ao nível ato de vibração resultante que pode provocar em danos severos para o corpo, atuador, instrumentos e tubulação a jusante.

Tratamento do Caminho

  • Isolamento térmico

    • 3 a 5 dBA por polegada de espessura (máximo de 15 dBA).
  • Isolamento acústico

    • 8 a 10 dBA por polegada de espessura (máximo de 25 dBA)
  • O ruído se propaga através do fluido em tubulação por longas distâncias.

  • O efeito do tratamento só é válido no trecho da tubulação com o Schedule modificado ou isolado

Tratamento do caminho (path)

  • Aumento do Schedule da tubulação

  • Exemplo: Aumentando-se o Schedule da tubulação de SCH 40 para SCH 80, poderá reduzir o nível de ruído em aproximadamente 4dB.

Tratamento na Fonte

Tratamento Da Fonte

Tratamento na Fonte – Estagios Multiplos

Tratamento da Fonte

Tratamento da Fonte

Tratamento da Fonte: Válvula Rotativa

  • O atenuador rotativo pode ser utilizado em aplicações de líquidos e gases, reduzindo o efeito da cavitação e o nível de ruido.

  • Redução do nível de ruido em até 10 dBA.

  • Disponível nos diâmetros de 4 até 20 polegadas.

Interno baixo nível de ruído

  • Interno baixo nível de ruído

  • Placa DVD (Differential Velocity Device)

  • 1.0” até 12.0”

  • Proporciona atenuação de ruído até 15 a 25 dBA

Tratamento da Fonte

Seleção de Válvulas de Controle

  • Cada situação é diferente, cada cliente é diferente e cada aplicação é diferente.

  • Cullen Langford - Dupont

Seleção ?

Seleção?

Seleção?

Fluido

  • O fluido que passa através da válvula é de importância fundamental e determina:

    • Tipo de válvula mais conveniente
    • Materiais dos internos da válvula
    • Tipo de conexões válvula-tubulação
    • Cuidados especiais com a tubulação
    • Cuidados especiais com lubrificantes

Fluido

  • É venenoso ou tóxico?

  • Possui alguma propriedade química atípica?

  • É quimicamente estável, flamável...?

  • É corrosivo, erosivo?

  • É polimerizável e em que condições ocorre a polimerização?

Dados do Processo

  • Dados do processo necessários:

    • Valores da vazões (mínima, normal e máxima)
    • Pressão estática do processo
    • Pressão de vapor do líquido
    • Densidade
    • Temperatura
    • Viscosidade
  • Deve-se identificar fontes e tipos de distúrbios e variações de carga do processo

Dados do Processo

  • Deve-se determinar ou conhecer as exigências de qualidade do processo, de modo a identificar as tolerâncias e erros aceitáveis no controle

  • Os dados do processo também incluem:

    • Se a válvula necessita fornecer vedação total, quando fechada
    • Qual deve ser o nível aceitável de ruído
    • Se há possibilidade de martelo d'água
    • Se a vazão é pulsante

Fatores Ambientais

  • Temperatura ambiente e umidade relativa

  • Condições locais de radiação e alta temperatura

  • Procedimentos atípicos da planta, como lavagem e descontaminação

  • Classificação elétrica da área

  • Tolerância ao ruído do local da válvula

Fatores Não Técnicos

  • Restrições de orçamento

  • Prazo de entrega

  • Vida esperada da planta

  • Oficina para manutenção e calibração

  • É útil conhecer as opiniões, preconceitos e habilidades das pessoas que devem conviver com a válvula: se elas não acreditam que a válvula irá operar, ela certamente não irá!

Aplicação da Válvula

  • Para selecionar corretamente, deve-se conhecer completamente o processo:

    • Condições normais de operação e
    • Exigências que a válvula deve satisfazer durante
      • condições de partida
      • desligamento do processo
      • emergência

Aplicação

  • Serviço Geral

  • Fluidos Limpos

  • < 400 graus C

  • < 600#

  • dP < 300 psi

Tabela Comparativa Modelos

Comparação Custo x Diametro

Válvulas Globo

Válvulas Rotativas

Válvulas de Controle Caracteristicas Desejadas

Fatores Determinantes

  • Fatores Determinantes

  • - Economia

  • - Controlabilidade

Dimensionamento

  • Baumann:90% das Válvulas de controle são superdimensionadas.

  • Motivos:

  • Dados insuficientes sobre o processo (acrescenta margem de segurança)

  • Imprecisão nos dados de processo (acrescenta margem de segurança)

  • Acúmulos de margens de segurança)

Dimensionamento da Válvula

  • Dimensionar uma válvula de controle é determinar a sua capacidade de vazão ou coeficiente de vazão ou Cv

  • Dimensionamento é um processo iterativo que se baseia em equações matemáticas com vários fatores empíricos

Dimensionamento

  • Como → Softwares de Dimensionamento

  • Onde Obter

  • Fabricantes

  • Independentes (Ex: Conval)

Dimensionamento

  • O que → Corpo

  • Cv (coeficiente de vazão → diâmetro)

  • Pressão Diferencial

  • Vazão

  • Ruído

  • Flashing

  • Cavitação

  • Velocidade

Dimensionamento

  • O que → Atuador

  • Tamanho

  • Velocidade de Atuação

Dimensionamento

  • Quando → Entre outras ocasiões:

  • Nova Válvula

  • Revisão de Cálculo para Novas Condições de Processo

  • Reaproveitamento de Válvula Existente

Dimensionamento

  • Válvula Super Dimensionada → Efeitos:

  • Instabilidade de processo

  • Válvula vai trabalhar no inicio da faixa de controle

  • Desgaste prematuro dos internos

  • Custo alto

Dimensionamento

  • Válvula Sub Dimensionada → Efeitos:

  • Redução da capacidade (produção)

  • Provoca aumento da pressão diferencial

  • Desperdiça energia

Cv - Definição

  • Cv É um índice da capacidade da válvula

  • ♦ É definido como

  • Número de galões (US) de água a 60 ºF,

  • que flui através da válvula em um minuto

  • com um diferencial de pressão de 1 PSI numa

  • determinada abertura.

Kv - Definição

  • Kv é a capacidade de vazão em m3 por hora,

  • de agua, a uma temperatura de 20°C, que flui

  • através da válvula com um diferencial de

  • pressão de 1 bar a uma determinada abertura.

Av - Definição

  • Av é a capacidade de vazão em m3 por segundo,

  • de agua, a uma temperatura de 20°C que flui

  • atraves da válvula com um diferencial de pressão

  • de 1 kPa a uma determinada abertura

  • Cv = 1.16 Kv

  • Kv = 0.853 Cv

  • Av = (2.4 x 10-5) Cv

Coeficiente de Vazão – Cv x Cg

  •  

  • Cv = Cg ÷ C1

  •  Considerações:

  • Cg é o coeficiente de vazão de gases usado pela Fisher

  • A Fisher também é responsável pela criação do Cs, coeficiente de vazão usado para o vapor de água. Cv = Cs x 20 ÷ C1

  • Cg é utilizado pela maior parte da indústria de gás natural nos EUA

  • O valor de C1 varia entre 33 e 35 para válvulas do tipo globo

Coeficiente de Vazão

  • Os Coeficientes de Vazão são obtidos experimentalmente pelos fabricantes e listados em tabelas com os diâmetros nominais das válvulas

  • Grau de Incerteza → ± 10%

  • O Coeficiente pode ser determinado por várias equações (ISA S75.01 - 1995)

Condições Operacionais

  • ● Coeficiente de Vazão da Válvula

    • Cv Requerido: obtido através dos cálculos para as condições operacionais nas vazões mínima, normal e máxima
    • Cv Selecionado: Cv com a válvula 100% aberta

Faixa de Controle Recomendada para um Melhor Desempenho

Dimensionamento de Líquidos

Dimensionamento de Gases

Quando válvula está bem dimensionada

  • Quando válvula está bem dimensionada

    • Trabalha na região ótima (nem próxima do fechamento ou da abertura total)
    • Desempenho da malha de controle é bom
    • Produto sai dentro da especificação
    • Malha de controle trabalha em automático, na maioria do tempo
    • Não há ruído excessivo
    • Não há cavitação ou flashing do líquido

Bom desempenho significa que a válvula

  • Bom desempenho significa que a válvula

    • É estável em toda a faixa de operação
    • Não opera próxima de seu fechamento ou de sua abertura total
    • É suficientemente rápida para corrigir os distúrbios e variações de carga do processo
    • Não requer a modificação da sintonia do controlador depois de cada variação de carga do processo ou do ponto de ajuste

Desempenho da Válvula

    • Sintomas de válvula com desempenho deficiente
      • Grande variabilidade do produto
      • Alta freqüência de perda de controle (oscilação da variável controlada)
      • Necessidade freqüente de operação manual
      • Produto fora de especificação

Desempenho da Válvula

  • Para se conseguir um bom desempenho da válvula, deve-se considerar os fatores

    • Característica de vazão
    • Rangeabilidades inerente e instalada,
    • Ganho
    • Vazamento quando fechada
    • Características do fluido
    • Resposta do atuador
    • Dimensionamento
    • Queda de pressão provocada

  • DOCUMENTAÇÃO RECOMENDADA

Documentos da Engenharia

  • Folha de Dados (as built)

  • Lista Completa de Válvulas Contendo:

  • → Numero de Identificação

  • → Unidade de Processo (P & I)

  • → Fluido

  • → Diâmetro e Classe de Pressão

  • → Fabricante e Numero de Série

  • → Outros

Documentos do Fabricante

  • Memória de Cálculo do Cv, Ruído

  • Memória de Calculo do Atuador*

  • Memória de Cálculo do Tempo de Atuação*

  • Certificados de Testes*

  • Assinatura da Válvula

  • Boletim Técnico

  • Manual de Instalação, Manutenção e de Peças Sobressalentes

Documentos da Manutenção

  • Folha de Dados (atualizada)

  • Manuais de Instrução Atualizados

  • Lista de Peças e Plano de Sobressalentes Atualizados

  • Lista de Peças para Cada Válvula

  • Lista Cruzada Peças Comuns

  • Lista de Dados com Informações contidas na Plaqueta de Identificação

  • Procedimentos de Manutenção

  • Procedimentos de Segurança

Válvula de Controle Plaqueta de Identificação

Documentos de Manutenção

  • Arquivo com Histórico de Manutenção. Ex:

  • → “As Found”

  • → Peças Substituídas

  • → Peças Recuperadas

  • → Testes Executados

  • → “As Left”

  • Detalhes especiais de montagem e desmontagem no campo: liberação, apoio de maquinas, caldeiraria

  • Lista de Ferramentas e Equipamentos de Teste com Certificados de Aferição

Recomendações de Instalação

  • Comprimento de tubulação reta á montante e á jusante da válvula de controle:

  • Montante: 10 a 20 diâmetros

  • Jusante: 3 a 5 diâmetros

  • Observação Importante: A Norma de Instalação ISA R75.06 está obsoleta e não deve ser utilizada.

  • Ref. Control Valve, pagina 545

Recomendações de Instalação

  • Não instalar uma curva de 90º ou um T a menos de seis (6) diametros á jusante de uma válvula borboleta ou de uma válvula esfera para não interferir com a capacidade da válvula.

  • Instalar drenos para despressurizar a linha.

  • Verificar a direção da seta gravada no corpo da válvula.

  • Não isolar os castelos estendidos.

  • Verificar se existe espaço para a retirada do corpo e do atuador.

  • Não instalar uma válvula numa tubulação com mais do dobro do diâmetro da válvula.

  • Ref: Control Valve Primer

  • Ref. Control Valve Primer

  • RECOMENDAÇÕES FINAIS

Recomendações para as Equipes de Engenharia e de Processo

  • Consultar Literatura Especializada

  • Manter-se Atualizado – Revistas, Cursos, Congressos

  • Vista o Uniforme e Vá ao Campo

  • Manter a Folha de Dados Atualizada

  • Participar de Paradas Gerais

  • Acompanhar Periodicamente os Trabalhos de Manutenção

Recomendações para a Equipe de Manutenção

  • Consultar Literatura Especializada

  • Manter-se Atualizado – Revistas, Cursos, Congressos,

  • Manter a Folha de Dados Atualizada

  • Manter os Arquivos de Intervenções Atualizados

  • Treinar Periodicamente a Equipe

  • Plano de Peças Sobressalentes: não ter significa improvisar

  • Aferir Equipamentos de Teste (ISO 9000)

Comentários