Apostila Valvulas

Apostila Valvulas

(Parte 1 de 8)

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo1

PCPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção Instrumentação

Elementos Finais de Controle

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ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE @ SENAI – ES, 1999

Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)

Coordenação GeralEvandro de Figueiredo Neto (CST) Robson Santos Cardoso (SENAI)

SupervisãoRosalvo Marcos Trazzi (CST) Fernando Tadeu Rios Dias (SENAI)

ElaboraçãoAdalberto Luiz de Lima Oliveira (SENAI) AprovaçãoWenceslau de Oliveira (CST)

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial CTIIAF – Centro Técnico de Instrumentação Industrial Arivaldo Fontes Departamento Regional do Espírito Santo Av. Marechal Mascarenhas de Moraes, 2235 Bento Ferreira – Vitória – ES CEP 29052-121 Telefone: (027) 334-5211 Telefax: (027) 334-5217

CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão Departamento de Recursos Humanos Av. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n Jardim Limoeiro – Serra – ES CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1286 Telefax: (027) 348-1077

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ASSUNTO PÁGINA
2.1 – DEFINIÇÃO01
2.2 – CLASSIFICAÇÃO DA VÁLVULA SEGUNDO SEU PRINCÍPIO DE ACIONAMENTO01

2 – VÁLVULA DE CONTROLE

3.1 – INTRODUÇÃO01
3.2 – TIPOS DE CORPOS02
3.3 – VÁLVULAS DE DESLOCAMENTO LINEAR DA HASTE03

3 – TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROLE 3.3.1 – Sede Simples 03 3.3.2 – Sede Dupla 06

3.3.3 – Válvula de Controle Globo de 3 Vias 07 3.3.4 – Válvula Globo Tipo Gaiola 08 3.3.5 – Válvula de Controle Tipo Diafragma 12 3.3.6 – Válvula de Controle Bi-partida 12 3.3.7 – Interno de uma Válvula Globo 13 3.3.8 – Tipos de Guias do Obturador de uma Válvula Globo 18 3.3.9 – Castelo de uma Válvula 19

3.3.10 – Conjunto de Caixa Gaxeta 21 3.3.1 – Flange Inferior de uma Válvula 23 3.3.12 – Tipos de Conexões das Extremidades do Corpo da Válvula 24 3.3.13 – Juntas para Flange de uma Válvula 27

3.4 – VÁLVULAS DE DESLOCAMENTO ROTATIVO DA HASTE 28 3.4.1 – Válvula de Controle Tipo Borboleta 28 3.4.2 – Válvula de Controle Tipo Esfera 3 3.4.3 – Válvula de Controle Tipo Segmento de Esfera 36

4.1 – INTRODUÇÃO37

4 – MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE

4.2 – MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DO CORPO 37

4.2.1 – Requisitos Quanto a Pressão e Temperatura do Fluido 37

4.2.2 – Requisitos Quanto a Resistência à Corrosão 37 4.2.3 – Requisitos Quanto a Resistência à Erosão 38

4.3 – MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DE INTERNOS 38

4.3.1 – Requisitos Quanto a Resistência à Corrosão 38 4.3.2 – Requisitos Quanto a Resistência à Erosão 38

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ASSUNTO PÁGINA

5 – CLASSE DE VEDAÇÃO DE UMA VÁLVULA39

6.1 – INTRODUÇÃO41
6.2 – CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO41
6.3 – CURVAS DE CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO INERENTE42
6.3.1 – Abertura Rápida42
6.3.2 – Linear43
6.3.3 – Igual a Porcentagem43
6.3.4 – Parabólica Modificada4
6.4 – CARACTERÍSTICA DE VAZÃO INSTALADA45
6.5 – COMO SELECIONAR A CARACTERÍSTICA DE VAZÃO47

6 – CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO DE VÁLVULAS DE CONTROLE

7.1 – INTRODUÇÃO49
7.2 – CÁLCULO DO COEFICIENTE DE VAZÃO (Cv) DE UMA VÁLVULA50
7.2.1 – Equação Geral para Fluidos Incompressíveis50
7.2.2 – Equações Gerais para Fluidos Compressíveis-58
7.2.3 – Equações gerais para Fluidos com Mistura de Fases61
7.4 – CÁLCULO DE NÍVEL DE RUÍDO87
7.4.1 – Ruído Mecânico87
7.4 2 – Ruído Hidrodinâmico87
7.4.3 – Ruído Aerodinâmico89

7 – DIMENSIONAMENTO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE 7.3 – ANÁLISE INTRODUTÓRIA À CAVITAÇÃO, VAZÃO BLOQUEADA E “FLASHING”62

8.1 – INTRODUÇÃO95
8.2 – ATUADOR TIPO MOLA E DIAFRAGMA95
8.3 – ATUADOR PNEUMÁTICO TIPO PISTÃO96
8.3.1 – Atuador à Pistão com Deslocamento Linear97
8.3.2 – Atuador à Pistão com Deslocamento Rotativo97
8.4 – ATUADOR ELÉTRICO97
8.5 – ATUADOR ELETRO-HIDRAÚLICO98
8.6 – POSIÇÃO DE SEGURANÇA POR FALHA98

8 – ATUADORES PARA VÁLVULAS DE CONTROLE

9.1 – INTRODUÇÃO100
ASSUNTOPÁGINA
9.2 – POSICIONADORES100

9 – ACESSÓRIOS PARA UMA VÁLVULA DE CONTROLE 9.2.1 – Posicionador Pneumático 102

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9.2.2 – Posicionador Eletro-Pneumático102
9.2.3 – Posicionador Inteligente103
9.2.4 – Aplicações Recomendadas para Uso do Posicionador104
9.2.5 – Limitações no Uso do Posicionador106
9.2.6 – Tipos de Posicionador em Função do Tipo de Atuador106
9.3 – BOOSTERS PENEUMÁTICOS DE VOLUME E DE PRESSÃO107
9.3.1 – Booster de Volume108
9.3.2 – Booster de Pressão108
9.4 – VÁLVULAS SOLENÓIDES109
9.5 – CHAVES INDICADORAS DE POSIÇÃO110
9.6 – VÁLVULA FIXADORA DE AR1
9.7 – TRANSMISSOR DE POSIÇÃO1
9.8 – TRANSDUTORES ELETROPNEUMÁTICOS1
9.9 – CONJUNTO FILTRO-REGULADOR DE AR112
9.10 – VOLANTES MANUAIS113
10.1 – INTRODUÇÃO113
10.2 – RECOMENDAÇÕES BÁSICAS NA INSTALAÇÃO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE114
APÊNDICE A – GUIA PARA SELEÇÃO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE116
APÊNDICE B – MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE136
APÊNDICE C – TABELAS TÉCNICAS E FATORES DE CONVERSÃO157

10 – INSTALAÇÃO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE EXERCÍCIOS PROPOSTOS 172

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O SENAI-ES e a CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão agradecem ao GRUPO HITER pela autorização de reprodução de seu material didático, que foi de fundamental importância na elaboração desta apostila de Elementos Finais de Controle, e compartilham com a mesma o sucesso deste treinamento.

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo7 adequado é de grande importância para o bom desempenho de uma malha de controle, pois ele é o responsável pela modificação de valores diversos para que a variável sob controle seja mantida no valor desejado. Existem diversos tipos de elementos finais de controle, tais como resistências elétricas, bomba, motor, etc., porém, sem dúvida a de maior uso e por isto a mais importante é a válvula de controle. Seus tipos, suas características, seu dimensionamento, etc.; serão objeto de estudo nesta apostila.

2 - VÁLVULA DE CONTROLE

2.1 - DEFINIÇÃO De forma genérica pode-se dizer que se trata de um dispositivo cuja finalidade é a de provocar uma obstrução na tubulação com o objetivo de permitir maior ou menor passagem de fluido por esta. Esta obstrução pode ser parcial ou total, manual ou automática. Em outras palavras é todo dispositivo que através de uma parte móvel abra, obstrua ou regule uma passagem através de uma tubulação. Seu objetivo principal é a variação da razão do fluxo.

2.2 - CLASSIFICAÇÃO DA VÁLVULA SEGUNDO SEU PRINCÍPIO DE a) Manual A operação da abertura e fechamento a ser realizada é feita pelo homem.

b) Auto-reguladora A operação de abertura e fechamento é realizada utilizando a energia contida no fluido.

c) Controle Utiliza-se uma força auxiliar para operação e, o acionamento é feito de acordo com os sinais provenientes dos controladores.

3 - TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROLE

3.1 - INTRODUÇÃO Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais o corpo e o atuador. O corpo e a parte da válvula que executa a ação de controle permitindo maior ou menor passagem do fluido no seu interior, conforme a necessidade do processo. O conjunto do corpo divide-se basicamente nos seguintes subconjuntos: a) corpo propriamente dito; b) internos; q) castelo, e d) flange inferior.

Nem todos os tipos de válvulas possuem obrigatoriamente o seu conjunto do corpo formado por todos os subcomponentes acima mencionados. Em algum tipo de válvulas, corpo e castelo formam uma só peça denominada apenas corpo; em outros nem existe o flange inferior. Porém, vamos por ora desconsiderar tais particularidades, optando por um conceito mais global, para posteriormente irmos restringindo-o à medida em que formos analisando cada tipo

1 - INTRODUÇÃO Apesar de nem sempre receber a devida atenção, a escolha do elemento final de controle mais

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Sendo o conjunto do corpo, a parte da válvula que entra em contato direto com fluido, deve satisfazer os requisitos de pressão, temperatura e corrosão do fluido. Trata-se portanto de um vaso de pressão e como tal deve ser considerado.

3.2 - TIPOS DE CORPOS Os tipos de válvulas são classificados em função dos respectivos tipos de corpos, e portanto, quando estivermos falando de tipos de válvulas subentenderemos tipos de corpos. Podemos agrupar os principais tipos de válvulas em dois grupos:

a Dedeslocamento linear

Globo Convencional Globo Tres vias Globo Gaiola Globo Angular Diafragma Bi partido Guilhotina b) Dedeslocamento rotativo

1) Borboleta; 2) Esfera; 3) Obturador Excentrico; 4) Segmento de Esfera.

Define-se por válvula de deslocamento linear, a válvula na qual a peça móvel vedante descreve um movimento retilíneo, acionada por uma haste deslizante; enquanto que uma válvula de deslocamento rotativo é aquela na qual a peça móvel vedante descreve um movimento de rotação acionada por um eixo girante.

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