Valvula de controle

Valvula de controle

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Válvulas de Controle e Segurança 5a. edição (Revista)

Marco Antônio Ribeiro

Válvulas de Controle e Segurança

5a. edição

Marco Antônio Ribeiro

Dedicado a Elvira Barbosa, a doutora

Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se claramente e de modo compreensível. Quem se exprime de modo obscuro e pretensioso mostra logo que não entende muito bem o assunto em questão, ou então, que tem razão para evitar falar claramente. (Rosa Luxemburg)

Ó Tek, 1991, 1993, 1995, 1999 Salvador, BA, Primavera 1999

Prefácio

Os fabricantes de válvulas geralmente fornecem literatura técnica suficiente acerca das válvulas de controle, porém, sem um conhecimento dos conceitos básicos de vazão, controle, rangeabilidade, característica, é difícil interpretar ou utilizar corretamente tais informações.

Este trabalho é apresentado de um modo muito conciso para rápida referência. Os detalhes dos equipamentos, os circuitos, as equações matemáticas, os cálculos teóricos não são mostrados e são disponíveis na literatura dos fabricantes.

Procurou-se enfatizar os aspectos de controle da válvula e seu comportamento na malha de controle. O autor vê uma grande semelhança entre um sistema de áudio e um de controle. No Brasil, hoje há um grande desenvolvimento de instrumentação eletrônica digital para uso na sala de controle, com o uso intensivo e extensivo de microprocessadores, dando-se pouca importância ao elemento final de controle. É algo parecido com os sistemas de áudio, onde são disponíveis amplificadores de potência cada vez mais potentes, tocadores de disco a laser, sintonizadores digitais, mas pouca coisa é feita em relação às caixas acústicas. As válvulas de controle, como as caixas acústicas, parecem que não fazem parte do sistema; nem são consideradas instrumentos.

O ponto colocado é: não adianta estratégia de controle avançada, algoritmos digitais, otimização do controle se a prosaica válvula de controle não foi escolhida, dimensionada, instalada e mantida adequadamente.

O objetivo deste trabalho é o de fornecer os conceitos básicos e mais importantes para o engenheiro ou técnico envolvido na aplicação, seleção, especificação, dimensionamento, instalação e manutenção de qualquer tipo de válvula de controle.

As sugestões, as criticas destrutivas e as correções são bem-vindas, desde que tenham o objetivo de tornar mais claro e entendido o assunto. Escrever para o autor no endereço: Rua Carmem Miranda 52, A 903, CEP 41 820-230, Salvador, BA, pelo telefone (0xx71) 452-3195, pelo Fax (0xx71) 452.4286 ou pelo e-mail marcotek@uol.com.br

Marco Antonio Ribeiro Salvador, Outono 2003

Autor

Marco Antônio Ribeiro se formou no ITA, em 1969, em Engenharia de

Eletrônica blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá.

Durante quase 14 anos foi Gerente Regional da Foxboro, em Salvador, BA, período da implantação do pólo petroquímico de Camaçari blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá.

Fez vários cursos nos Estados Unidos e na Argentina e possui dezenas de artigos publicados nas áreas de Instrumentação, Controle de Processo, Automação, Segurança, Vazão e Metrologia e Incerteza na Medição blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá.

Desde 1987, é diretor da Tek Treinamento & Consultoria Ltda. blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, firma que presta serviços nas áreas de Instrumentação e Controle de Processo.

Válvulas de Controle Conteúdo

Objetivos de Ensino 1

1. Introdução 1 1.1. Válvula no Processo Industrial 1 1.2. Definição de Válvula de Controle 1 1.3. Elemento Final de Controle 2 1.4. Funções da Válvula de Controle 3

2. Corpo 4 2.1. Conceito 4 2.2. Elemento de controle 4 2.3. Sede 5 2.4. Plug 5 2.5. Materiais 5 2.6. Conexões Terminais 7 2.7. Entradas e Saída 9

3. Castelo 10 3.1. Conceito 10 3.2. Tipos de castelos 10 3.3. Aplicações especiais 1

4. Métodos de Selagem 1 4.1. Vazamentos 12 4.2. Vazamento entre entrada e saída 12

5. Atuador 13 5.1. Operação Manual ou Automática 13 5.2. Atuador Pneumático 14 5.3. Ação do Atuador 14 5.4. Escolha da Ação 15 5.5. Forças atuantes 16 5.6. Mudança da Ação 16 5.7. Dimensionamento do Atuador 16 5.8. Atuador e Outro Elemento Final 17

2. DESEMPENHO 19

Objetivos de Ensino 19

1. Aplicação da Válvula 19 1.1. Introdução 19 1.2. Dados do Processo 19 1.3. Desempenho da Válvula 20

2. Característica da Válvula 20 2.1. Conceito 20 2.2. Características da Válvula e do Processo20 2.3. Relações Matemáticas 21 2.4. Característica de Igual Percentagem 21 2.5. Característica Linear 2 2.6. Característica de Abertura Rápida 23 2.7. Característica Instalada 23 2.8. Escolha da Característica 24 2.9. Linearização da Característica 25 2.10. Vazão do Corpo 26 2.1. Coeficiente de Resistência K 26 2.12. Coeficiente de Descarga 28 2.13. Resistência Hidráulica 28

3. Rangeabilidade 28

4. Controle da Válvula 29 4.1. Ganho 29 4.2. Dinâmica 30 4.3. Controlabilidade da Válvula 31

5. Vedação e Estanqueidade 32 5.1. Classificação 32 Vazamento 3 5.2. Vazamento 3 5.3. Válvulas de Bloqueio 3

Conteúdo

3. APLICAÇÕES 34

Objetivos 34

1. Dados do Processo 34 1.1. Coleta de dados 34 1.2. Condições de Operação 35 1.3. Distúrbios 36 1.4. Tempo de resposta 37 1.5. Tubulação 37 1.6. Fatores ambientais 38 1.7. Documentação 38 1.8. Normas e Especificações 38

2. Válvula para Líquidos 39 2.1. Vazão ideal através de uma restrição ideal 39 2.2. Vazão através da válvula 40 2.3. Tubulação não padrão 41

3. Válvula para Gases 4 3.1. Fluidos Compressíveis 4 3.2. Fator de expansão 45 3.3. Relação dos calores específicos 45 3.4. Fator de compressibilidade 45

4. DIMENSIONAMENTO 47

Objetivos de Ensino 47 1. Introdução 47

2. Coeficiente de vazão 48 2.1. Introdução 48 2.2. Dados para o cálculo 48 2.3. Uso das equações ISA 48

3. Queda de Pressão na Válvula 49 3.1. Introdução 49 3.2. Recomendações 50 3.3. Queda de pressão e vazão 50 3.4. Queda de pressão 51

4. Roteiro de dimensionamento 53 4.1. Vazão através da válvula 53

5. Válvula para líquidos 53 5.1. Líquido 53 5.2. Fatores de correção 53 5.3. Exemplo 1 56 Dados do processo 56 Solução 56

6. Válvulas para gases e vapores 57 6.1. Gases e líquidos 57 6.2. Equações de dimensionamento 57 6.3. Vazão crítica ou chocada 57

6.4. Fator da relação dos calores específicos58 6.5. Fator de expansão Y 58 6.6. Fator de compressibilidade Z 58 6.7 Ruído na válvula 58 6.8. Exemplo 2 59 Dados do processo 59 Solução 59

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