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Uma aplicação bastante conhecida da válvula 3 vias divergente é o de desvio de um trocador de calor conforme vemos pelo esquema da figura 7.

Fig. 7 - Válvula Globo de 3 Vias Tipo Divergente Utilizada para Desvio de Um Trocador de Calor

As válvulas de 3 vias, devido a sua configuração e utilização, não apresentam vedação completa, pois, enquanto fechamos um orifício, o outro fica completamente aberto.

3.3.4 - Válvula Globo Tipo Gaiola Trata-se de uma válvula de concepção antiga, porém totalmente renovada e aperfeiçoada nos últimos anos, fato esse que lhe possibilitou uma contínua e crescente utilização na quase totalidade dos processos industriais. A válvula tipo gaiola apresenta uma concepção de internos substancialmente diferente da globo convencional.

O amplo sucesso deste estilo de válvula está totalmente fundamentado nos seguintes aspectos:

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo15 a) facilidade de remoção das partes internas, pela ausência de roscas o que facilita bastante a manutenção na própria instalação; b) alta estabilidade de operação proporcionada pelo exclusivo sistema de guia do obturador na gaiola, obtendo desta forma uma área de guia da ordem de 30% superior à obtida pela guia superior e inferior da válvula globo convencional; c) capacidade de vazão da ordem de 20 a 30% maior que a obtida nas válvulas globo convencionais; d) menor peso das partes internas, resultando assim numa freqüência natural maior dessas partes, o que faz com que a válvula fique menos susceptível à vibração horizontal do obturador, proporcionando dessa forma menos ruído de origem mecânica do que as válvulas globo duplamente guiadas; e) não possuindo flange inferior a válvula é algo mais leve que as globo convencionais.

Por não possuir flange inferior, a válvula tipo gaiola não possui corpo reversível, e assim a montagem dos seus internos é do tipo entra por cima. A drenagem do fluido, se necessária, pode ser realizada através da parte inferior do corpo, por meio de um tampão rosqueado.

3.3.4.1 - Válvula Globo tipo Gaiola Sede Simples Nas figuras 8.a e 8.b vemos dois exemplos deste tipo de válvula. O fluido entra por baixo do anel da sede, passando pelo orifício e pelas janelas da gaiola. Apresentando apenas guia na gaiola, trata-se de uma válvula não balanceada como a globo convencional sede simples, pois a força do fluido tendendo abrir a válvula, não é balanceada e por isso apresenta o mesmo inconveniente de precisarmos de uma grande força de atuação. Pela figura 8, nota-se também que não sendo uma válvula de corpo reversível o deslocamento do obturador de cima para baixo fecha a válvula, ou seja, desce para fechar.

Fig. 8 - Válvula Globo tipo Gaiola Simples

Apresenta um vazamento de 0,01% da sua máxima capacidade de vazão, quando totalmente fechada e conforme a especificação normativa ANSI B16.104, possui um nível de vazamento Classe IV.

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É fabricada em diâmetros de 1/2" até 6” nas classes de 150, 300 e 600 lbs. As conexões das extremidades podem ser rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas.

3.3.4.2 - Válvula Globo Tipo Gaiola Balanceada Esta construção é basicamente similar a anterior, conforme vemos pela figura 9. Apenas que, neste caso, o obturador é balanceado dinamicamente (como acontece na válvula globo sede dupla) devido ao orifício interno no obturador, que faz com que a pressão do fluido comuniquese com ambos os lados do obturador, formando-se assim um balanceamento de forças.

Precisamos, portanto, de uma menor força de atuação neste caso do que no anterior sede simples. O fluido neste tipo de construção entra por cima, conforme uma flecha indicativa presa ao corpo da válvula. Porém, da mesma forma que acontece com a globo convencional sede dupla, a válvula tipo gaiola balanceada, não apresenta boa vedação, permitindo um vazamento de até 0,5% da máxima capacidade de vazão da válvula e conforme especificação normativa da ANSl B16.104, possui um nível de vazamento Classe I. Pode-se obter também classe VI, utilizando-se assento resiliente

Fig. 9 - Válvula Globo Tipo Gaiola Balanceada

É fabricada em diâmetros de 3/4 até 16” nas classes 150, 300, 600, 900 1500 e 2500 lbs. As conexões podem ser rosqueadas ( até 2”), flangeadas ou soldadas.

3.3.4.3.- Válvula tipo Gaiola com Internos de Baixo Ruído Existem diversos tipos de válvulas de controle com internos especialmente projetados para aplicações onde haja a necessidade de uma considerável redução do nível de ruído aerodinâmico (ruído produzido pelo escoamento de gases e vapores a altas velocidades) produzido numa válvula de controle. Embora, todos esses sistemas de internos para

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo17 atenuação do ruído sejam baseados em princípios físicos diferentes, apresentam porém um fato em comum: produzem uma distribuição do fluxo do gás ou vapor através de uma série de restrições localizadas no sistema de internos.

Na figura 10-a, vemos o sistema de internos tipo gaiola de baixo ruído. Basicamente trata-se de vários anéis circulares e concêntricos formando um conjunto, como podemos notar pela figura 10-b. O número de anéis utilizados depende das condições de operação e da atenuação de ruído requerida.

Pela figura 10-c, podemos notar melhor o seu funcionamento. O fluido entra, à pressão Pe, através dos orifícios do primeiro elemento, após o que, distribui-se pelo anel de estagnação,

onde perde velocidade antes de entrar nos orifícios do segundo elementoRepete-se o

processo no seguinte anel de estagnação e próximo elemento até que o fluido atinja a saída após o último elemento, a uma pressão, então, de Ps. O número de orifícios, em cada elemento é calculado de forma a manter a velocidade média de escoamento igual em todos os elementos.

Fig. 10 - Válvula Globo Tipo Gaiola com Internos de Baixo Ruído

3.3.5 - Válvula de Controle Tipo Diafragma Este tipo de válvula, cuja configuração é totalmente diferente das outras válvulas de controle, é utilizada no controle de fluidos corrosivos, líquidos altamente viscosos e líquidos com sólidos em suspensão. Uma válvula de controle tipo diafragma conforme vemos na figura 1, consiste de um corpo em cuja parte central apresenta um encosto sobre o qual um diafragma móvel,

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo18 preso entre o corpo e o castelo, se desloca para provocar o fechamento da válvula.

Fig. 1 - Válvula Tipo Diafragma

A válvula de controle tipo Diafragma ou Saunders, assim denominada por se tratar de uma patente mundial da Saunders (Inglaterra), possui como vantagens um baixo custo, total estanqueidade quando fechada, já que o assento é composto, e facilidade de manutenção. Entretanto não apresenta uma boa característica de vazão para controle, além de uma alta e não uniforme força de atuação que faz com que praticamente este tipo de válvula seja limitado em diâmetros de até 6" para efeito de aplicações em controle modulado. Fabricada em classes 125 e 150 lbs, e com conexões das extremidades rosqueadas (até 2") e flangeadas.

Uma outra desvantagem é que devido ao material do seu obturador (diafragma de neoprene ou Teflon), a sua utilização é limitada pela temperatura do fluido em função do material do diafragma. Possui uma vedação Classe VI. Uma particularidade muito importante e notável é que, devido a forma interna do seu corpo, é possível o revestimento interno das paredes do corpo com materiais, tais como: vidro, ebonite, plástico, chumbo ou Teflon, o que possibilita o uso deste tipo de válvula mesmo em corpo de ferro fundido, porém revestido, em aplicações corrosivas.

3.3.6 - Válvula de Controle Bi-partida Trata-se de uma válvula desenvolvida para aplicações altamente corrosivas, principalmente em plantas de processos químicos, aplicações nas quais torna-se necessária uma freqüente inspeção ou substituição dos internos da válvula.

A válvula de controle de corpo bi-partido conforme vemos pela figura 12, foi desenhada para tais situações possibilitando uma fácil manutenção devido à facilidade de acesso aos internos. Neste tipo de válvula, o anel da sede é preso (ao contrário da globo convencional onde é rosqueado) entre as duas metades do corpo, podendo ser facilmente removido.

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Fig. 12 - Válvula Tipo Bi-Partida

Devido a ser uma válvula utilizada em fluidos altamente corrosivos, o material de corpo é especial e portanto caro, padronizando-se a utilização de flanges tipo encaixe, soldados ao corpo. Estes flanges, podem ser em aço carbono comum mesmo que o corpo seja de material superior.

A guia do obturador é apenas superior ou superior e no anel da sede.

Uma desvantagem deste tipo de válvula é a não possibilidade de uma fixação na linha por meio de solda (pois neste caso as metades do corpo não poderiam ser separadas para a remoção do anel da modo), já que em tais aplicações tão corrosivas nas plantas químicas, é bastante comum a normalização deste tipo de fixação.

Este tipo de válvula é apenas sede simples, apresentando os mesmos índices de vazamento Classe IV, ou seja 0,01% da sua máxima capacidade de vazão, e as limitações de força do atuação ao desequilíbrio das forças dinâmicas do fluido contra o obturador.

É normalmente fabricada em diâmetros de 1/2” a 12”, e com conexões flangeadas nas classes 150, 300, 600, 900 e 1500 lbs.

3.3.7 - Internos de Válvulas Globo Normalmente costuma-se definir ou representar os internos de uma válvula de controle como o coração da mesma.

Se considerarmos a função à qual se destina a válvula, realmente as partes denominadas de internos representam o papel principal da válvula de controle, ou seja, produzir uma restrição variável a passagem do fluido conforme a necessidade imposta pela ação corretiva do controlador produzindo assim, uma relação entre a vazão que passa e a abertura da válvula (afastamento do obturador em relação à sede).

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Esta tal relação é denominada de características de vazão da válvula e podemos por enquanto defini-la como uma relação entre a vazão que passa pela válvula e o afastamento do obturador relativo à sede. Este afastamento é uma fração de deslocamento linear do obturador entre as posições de abertura e fechamento total da válvula, deslocamento este, denominado de curso da válvula ou curso do obturador.

Não fosse o bastante isso, as partes internas tem que ainda proporcionar a necessária estanqueidade da válvula quando totalmente fechada.

O conjunto dos internos da válvula consiste das partes internas removíveis e que entram em contato com o fluido de processo. Tal conjunto é formado por: obturador, anel da sede, guia e gaiola (no caso das válvulas tipo gaiola), conforme vemos pela figura 13.

Fig. 13 - Internos da Válvula Globo: A) Convencional; B) Gaiola

3.3.7.1 - Internos da Válvula Globo Convencional O obturador é o elemento vedante do conjunto dos internos da válvula (ver figura 14) com formato de disco ou de contorno caracterizado, que se move linearmente no interior do corpo, obstruindo o orifício de passagem, de modo a formar uma restrição variável ao fluxo.

Sua construção geométrica estabelece uma relação teórica entre o percentual de abertura da válvula e seu ganho de vazão, determinando o que chamamos de “característica de vazão”.

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Figura 14 - Obturador da Válvula Globo Convencional

Existem como mais adiante veremos com maiores detalhes, quatro tipos básicos de características de vazão: a) Linear; b) Igual Porcentagem; c) Parabólica Modificada e d) Abertura rápida. Na figura 15, temos um esquema do formato aproximado desses tipos de obturadores, assim como uma idéia gráfica da área de passagem do fluxo para cada tipo de característica de vazão em determinadas porcentagens do curso da válvula.

Fig. 15 - Relação entre Formato do obturador, característica de Vazão e Capacidade de Vazão à Cursos Iguais.

O anel sede da válvula globo convencional é rosqueado, possuindo na sua borda superior, orelhas que facilitam a sua remoção. Em casos de fluidos com grandes diferenças de temperatura de serviço, o anel é soldado ao corpo para evitar o seu afrouxamento, visto que o mesmo em conjunto com o obturador determinam a característica de vazão da válvula.

Define-se como internos de capacidade reduzida, ao conjunto obturador e sede(s) de área de

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo22 passagem inferior à nominal para um dado diâmetro de válvula. A utilização dos internos de capacidade reduzida tem por objetivo: a) obter controle preciso a baixa vazão em processos sujeitos a preestabelecida expansão da sua capacidade, o que fará aumentar a vazão através da válvula em questão, quando o sistema operar à total capacidade. b)absorver as vibrações e energia térmica em corpos relativamente maiores, tendo um orifício de passagem do fluxo menor e maior guia do obturador, em relação à guia tida por uma válvula com capacidade nominal idêntica a capacidade reduzida. Isso ocorre em aplicações com líquidos sujeitos a “flashing”, alta velocidade do líquido, alta queda de pressão e/ou serviço cavitante. O maior volume tido pelo corpo a jusante do orifício em aplicações onde haja o problema da cavitação, que será definida mais adiante, permite que o orifício esteja algo mais afastado das paredes internas do corpo de forma que as bolhas tendam a implodir no meio do percurso ao invés de bem próximo à parede do corpo. Mantendo-se o mesmo diâmetro de guia do obturador, ele é mais rígido do que se fosse numa válvula de internos com capacidade integral. c)reduzir a velocidade de saída de fluidos compressíveis (gases e vapores), para níveis subsônicos no interior do corpo da válvula a jusante do orifício. d)evitar o uso de reduções na tubulação.

A maioria dos fabricantes oferecem internos com redução da capacidade padronizada à 40% da capacidade nominal ou integral, contudo, em válvulas guiadas superiormente como o caso da micro-fluxo, são disponíveis diversas reduções.

3.3.7.2 - Internos da Válvula Tipo Gaiola A válvula com internos tipo gaiola, teve seu início de utilização por volta de 1940 em aplicações de alta pressão como no caso do produção de óleo e gás, alimentação de água de caldeira etc.

Os internos tipo gaiola, conforme o desenho que hoje conhecemos, foram produzidos por volta de 1963 e rapidamente alcançaram uma boa parte do mercado.

Partindo da premissa que a válvula globo convencional tem sido indiscutivelmente a válvula mais completa durante muitos anos, é correto considerarmos que a válvula globo tipo gaiola seja de alguma forma mais completa que a convencional, pois trata-se de uma adaptação desenvolvida para satisfazer algumas aplicações que por ventura a globo convencional não realiza com o desempenho desejado.

Estando nos internos a única diferença entre as válvulas globo convencional e gaiola, vamos deter-nos um pouco mais neste tipo de internos.

O perfeito tipo do guia do obturador, em conjunto com a possibilidade de balanceamento das forças de fluido agindo sobre o obturador e uma distribuição uniforme do fluxo ao redor do obturador por meio do sistema do janelas, resulta nas quatro (4) principais vantagens, deste tipo de internos: a) Estabilidade de controle em qualquer pressão; b) Redução do esforço lateral e atrito; c) Possibilidade de estanqueidade de grandes vazões à altas pressões com atuadores normais; d) Maior vida útil do chanfro da sede. O chanfro da sede é definido como sendo a área do anel da sede que encosta no obturador,

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