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3.4.1.3 – Válvula borboleta com assento metal-metal

É utilizada em aplicações onde a temperatura do fluido não permite o uso de elastômero para possibilitar a vedação.

Assim sendo, deve ser previsto um índice de vazamento, quando totalmente fechada, da ordem de 3 a 5% da máxima capacidade de vazão da válvula.

É fabricada em diâmetros de 2" a 24" com extremidades sem flanges, para ser instalada entre par de flanges 150 e 300 lbs, e de 30" a 60" com extremidades flangeadas conforme norma.

Na figura 32 vemos uma válvula borboleta com assento metal-metal.

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Fig. 32 – Válvula Borboleta sede metal-metal

3.4.2 – Válvula Tipo Esfera. Trata-se de um tipo de válvula cujo obturador é nada menos que uma esfera criteriosamente vazada para permitir passagem plena ou parcial de um determinado fluido.

Inicialmente essa válvula encontrava plena atuação em aplicações de bloqueio/shut-off, porém face alguma de suas vantagens e em função do desenvolvimento de desenhos de engenharia que permitiriam sua utilização em controle modulado, essa válvula é hoje bastante utilizada em malhas fechadas de controle, principalmente nas industrias de papel e celulose e em aplicações para líquidos viscosos, corrosivos e com sólidos em suspensão.

Face ao seu sistema de assentamento com dupla sede, essa válvula alia o seu bom desempenho de controle com excelente performance quanto a estanqueidade (tipicamente classe IV) e possibilita obter controle do fluido em qualquer direção sem problemas dinâmicos. Como desvantagem, esse tipo de válvula, face características geométricas dos seus internos, apresenta uma alta tendência a cavitação e a atingir condições de fluxo crítico à relativas diferenciais de pressão menores que outros tipos de válvulas.

Também, em função de suas forças dinâmicas provenientes do fluido, ela trabalha com fluido sempre tendendo a fechar e por isso ela é uma válvula não balanceada.

A figura 3 a seguir nos mostra o desenho em corte, de uma válvula de controle tipo esfera.

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Fig. 3 – Válvula esfera a) Esfera de passagem integral Esse interno permite passagem total do fluido quando o ângulo de abertura for de 90o e assim elimina a possibilidade de acomodação de sólidos no interior do corpo da válvula. Essa é, portanto, uma válvula do tipo auto-limpante (vide figura 3-1).

b) Esfera de passagem reduzida Esse interno permite uma redução na área de passagem do fluido em até 40% possibilitando, se necessário, uma redução da velocidade de saída, correção no ângulo de abertura da válvula e, absorção de vibrações e energia térmica em corpos de maior tamanho que ocorrem em serviços envolvendo “flashing”, alta velocidade, grandes quedas de pressão ou cavitação (vide figura 3-2).

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Fig.3.1 e 3.2 – Tipos de Esferas

3.4.2.2 – Tipos de Sede A função básica da sede (vide fig.3-3) é manter uma boa vedação quando a esfera está fechada. Em diversos modelos de válvula esfera, a sede é utilizada também para suportar e guiar a esfera.

Fig. 3-3 – Sede de uma Válvula Esfera Quanto ao material podemos classificá-las em dois tipos: resiliente e metálica.

a) Sede resiliente ou “Soft Seat” ! Fabricada com elastômeros e fluorcarbonos, em particular com teflon-PTFE, com ou sem carga. ! Vedação estanque.

! Indicadas para aplicações “On Off”.

! Excelente resistência a fluidos corrosivos

! Limite de Temperatura: 230ºC.

b) Sede Metálica ou “Metal Seat” ! É confeccionada em aço inoxidável com revestimento de “Stellite” (1), ou ainda em ligas especiais. ! Suporta temperatura acima de 230º.

! Indicada para aplicações de controle modulante.

! Suportam altos diferenciais de pressão.

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Nota (1): O “Stellite” é uma liga metálica a base de cromo, tungstênio e cobalto, com uma dureza superficial de 4 RC. Possui excelente resistência à corrosão e ótima resistência à erosão e abrasão. Foi desenvolvido nos EUA, sendo o nº 6 e nº 12 os mais utilizados em válvulas controle.

3.4.3 –Válvula Tipo Segmento de Esfera. Embora esse tipo de válvula já venha sendo utilizada em controle a alguns anos, em outros países, somente agora começa encontrar espaço em aplicações de controle nas industrias brasileiras.

Seu interno possui detalhe em “V” o que garante alta precisão de controle mesmo em baixas vazões e deste modo oferece uma rangeabilidade de até 350:1. Possui uma única sede a montante que mantém contato permanente com o segmento de esfera e desse modo elimina qualquer incrustação na superfície da esfera, e, como a válvula esfera é também do tipo autolimpante .

Outra grande vantagem dessa válvula está na sua montagem que é feita de tal forma que o segmento é fixado por dois mancais que garante baixo torque de acionamento e consequentemente, melhor resposta ã oscilação da variável do processo. Sua característica inerente, assim como as válvulas esferas é sempre do tipo igual porcentagem.

A figura 34 nos mostra o desenho, em corte, de uma válvula tipo segmento de esfera. Fig. 34 – Válvula Tipo Segmento de Esfera

4) MATERIAIS PARA A CONSTRUÇÃO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE

4.1) INTRODUÇÃO A seleção do adequado material para construção de uma válvula é um fator de fundamental importância. A sua escolha depende das propriedades e características do fluido em processo: pressão, temperatura, corrosividade e erosividade.

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Cabe, sem dúvida alguma, ao usuário conhecer perfeitamente as características dos fluidos de sua planta industrial, quanto aos efeitos corrosivos e erosivos. A escolha do material da válvula é uma responsabilidade do usuário, podendo este ser suportado tecnicamente pelo fabricante da válvula.

4.2) MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DO CORPO A seleção do material para o corpo da válvula, ou mais propriamente, para as partes da válvula que contém a pressão do fluido, depende das seguintes condições do fluido: pressão, temperatura, corrosão e erosão.

4.2.1) REQUISITOS QUANTO A PRESSÃO E TEMPERATURA DO FLUIDO As classes de pressão e temperatura para as partes que estão sob pressão foram estabelecidas pelo ANSI (American National Satndards Institute), para os materiais comumente utilizados. Os materiais recomendados, quanto aos requisitos físicos e químicos são dados pelas Normas da ASTM (American Society for Testing and Materials)

Na figura 1 do Apêndice B, tabelamos os principais tipos de materiais para uso em corpos fundidos e sua respectiva designação da ASTM, assim como, seus limites mínimos e máximos de temperatura.

As diversas classes de pressão para os materiais fundidos, mais comumente utilizados em válvulas, são definidas pela Norma ANSI B-16, conforme gráficos das figuras 4 a 8 do Apêndice B.

A figura 2 do Apêndice B, mostra a tabela para a adequada seleção dos materiais dos prisioneiros e porcas em função do material utilizado no corpo da válvula.

4.2.2) REQUISITOS QUANTO A RESISTÊNCIA À CORROSÃO É costume utilizar como guia de orientação, as diversas tabelas publicadas em compêndios técnicos, quanto a capacidade de resistência à corrosão dos diversos materiais. Toda orientação neste sentido não deve ser considerada como definitiva, já que é praticamente impossível, catalogar com absoluta certeza as inúmeras aplicações, face às variações que a pressão, temperatura e concentração, exercem sobre a característica corrosiva do fluido.

Apresentamos no Apêndice B, tabelas contendo materiais resistentes a corrosão para uso em válvulas de controle e gaxetas.

4.2.3) REQUISITOS QUANTO A RESISTÊNCIA À EROSÃO Define-se como erosão aos danos provocados pelo choque de partículas, provenientes do fluido, em alta velocidade sobre as superfícies do material. Na prática, as principais ocorrências de erosão em válvula de controle, acontecem em aplicações com fluidos tipo lamacentos (“slurries”), líquidos com arraste de sólidos e líquidos sob “flashing”.

A seleção dos materiais, para as partes estão submetidas a uma determinada pressão, é bastante limitada. No geral adota-se a utilização de um tipo de válvula que permita um revestimento interno, como por exemplo: válvula borboleta.

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Nos casos de flashing, o aumento de vida útil, na prática, é conseguido através da utilização de materiais com ligas de cromo, como por exemplo: ASTM A 217 Grau C5 ou ASTM A 351 Grau CF 8M.

4.3) MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DE INTERNOS As partes interna que incluem obturador, anel da sede, gaiola, haste do obturador, buchas de guia e partes da caixa de gaxetas, apresentam uma maior variedade de possibilidades técnicas e econômicas de materiais para construção. A seleção dos materiais para internos, é geralmente definida levando em consideração os seguintes parâmetros: corrosividade, erosão e temperatura do fluido.

Na figura 3 do Apêndice B, mostramos os principais materiais utilizados na fabricação dos internos, assim como as sua propriedades e limitações.

Na figura 10 do Apêndice B, mostramos os elastômeros mais utilizados nas partes internas de uma válvula.

4.3.1) REQUISITOS QUANTO A RESISTÊNCIA À CORROSÃO Conforme já mencionado anteriormente, é costume utilizar como guia de orientação, as diversas tabelas publicadas em compêndios técnicos, quanto a capacidade de resistência à corrosão dos diversos materiais. Toda orientação neste sentido não deve ser considerada como definitiva, já que é praticamente impossível, catalogar com absoluta certeza as inúmeras aplicações, face às variações que a pressão, temperatura e concentração, exercem sobre a característica corrosiva do fluido.

Apresentamos no Apêndice B, tabelas contendo materiais resistentes a corrosão para uso em válvulas de controle.

4.3.2) REQUISITOS QUANTO A RESISTÊNCIA À EROSÃO O obturador e o anel da sede, são sem dúvida alguma, os componentes da válvula mais susceptíveis a danos por erosão.

Numa válvula de controle podemos ter diversos tipos de erosão em função de sua causa.

Assim sendo, podemos ter a erosão-abrasiva, a erosão-cavitativa, a erosão-corrosiva e a erosão por choque do fluxo à alta velocidade. Todos esses tipos de erosão são prejudiciais à vida útil dos internos, além de poderem prejudicar o desempenho da característica de vazão e o requisito de estanqueidade da válvula quando fechada.

Qualquer que seja o tipo de erosão na válvula, a especificação de internos endurecidos, ou então fabricados com materiais mais duros que o aço inoxidável 316, é a solução recomendada.

Como exemplo, a seguir mostraremos na figura 35 os tipos de revestimentos com Stellite a que pode ser submetido um obturador de uma válvula globo convencional:

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Fig.35 – Tipos de Revestimentos do Obturador com Stellite

Mostramos a seguir os materiais, normalmente, utilizados na fabricação de internos, agrupados em ordem crescente de resistência à erosão: Bronze Alloy 20 Hastelloy B e C Aço Inox Tipo 316 Aço Inox Tipo 304 Monel Tipo K Aço Inox Tipo 17-4 PH Inconel Aço Inox Tipo 304 e 316 com revestimento de stellite Aço Inox Tipo 440C Cerâmica.

5) CLASSE DE VEDAÇÃO DE UMA VÁLVULA

Define-se como classe de vedação, classe de vazamento ou classe de estanqueidade (Shutoff Class) de uma válvula, como sendo o máximo vazamento permissível que escoa através da válvula quando esta se encontra na posição fechada.

Nas tabelas 3 e 4 a seguir mostraremos a classificação de fluxos de vazamentos permissíveis determinados pela Norma ANSI-B16-104:

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Classe I

Qualquer válvula pertencente as classes I, II ou IV, porém mediante acordo entre fabricante e usuário

Válvulas listadas nas classes I, II e IV

Classe I

Vazamento de até 0,5% da máxima capacidade da válvula

Válvulas globo sede dupla Válvulas globo gaiola balanceadas com anel de selagem. Superfície de assentamento metal-metal

Classe I

Vazamento de até 0,1% da máxima capacidade da válvula

Válvulas listadas como pertencentes à classe I, porém possuindo uma maior força de assentamento

Classe IV

Vazamento de até 0,01% da máxima capacidade da válvula

Válvulas globo sede simples com assentamento metal-metal Válvulas globo sede simples balanceadas com anéis de vedação especiais

Classe V

Vazamento de até 0,0005 cm3 por minuto de água por polegada de diâmetro do orifício, por psi de pressão diferencial

Válvulas listadas na classe IV, porém utilizadas com atuadores superdimensionados para aumentar a força de assentamento

Classe VI

Vazamento conforme listados na tabela abaixo

Válvulas globo com assentamento composto (“soft-seat”) Válvulas borboletas revestidas com elastômeros, ou com anéis de vedação Válvulas esfera com anéis de TFE Válvula Diafragma Válvula de obturador excêntrico com assentamento composto

Tabela 3 – Classes de Vedação de uma Válvula

POLEGADAS cm3/minuto bolhas/ minuto

Tabela 4 – Vazamentos Permissíveis em uma Válvula Classe VI

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6 – CARACTERÍSTICA DE VAZÃO DE VÁLVULAS DE CONTROLE

6.1 – INTRODUÇÃO. A escolha de adequada característica de vazão de uma válvula de controle, em função da sua aplicação em um determinado processo, continua sendo um assunto não somente bastante complexo, como principalmente muito controvertido. Os problemas a serem resolvidos são realmente complexo, começando pelo próprio dilema de qual deve ser a fração da queda de pressão total do sistema que deve ser absorvida pela válvula de controle. E ainda, face às interferências instaladas no sistema, como a própria tubulação, desvio, reduções, equipamentos, malha de controle, etc.

Objetivo, neste capítulo, é o de definir diversos parâmetros principais, explicar as suas diferenças e dar algumas regras práticas que possam auxiliar na escolha da correta característica de vazão de uma válvula de controle.

Antes de iniciarmos, porém, devemos salientar que a seleção da característica de vazão de uma válvula não é um problema apenas relativo à válvula mas também ao sistema de controle completo e instalação.

6.2- CARACTERÍSTICA DE VAZÃO. Como já visto, o deslocamento do obturador de uma válvula em relação à sede, produz uma área de passagem que possui uma relação característica entre a fração do curso da haste e a correspondente vazão que escoa através do orifício de passagem. A essa relação denominouse “característica de vazão da válvula”. Essa característica, teórica, é obtida sob condição de pressão diferencial constante, o que na prática não ocorre e faz com que a vazão real seja diferente pois ela depende do valor da pressão diferencial. Para diferenciar o resultado teórico do prático classificou-se em duas características de vazão que são:

6.2.1 - Característica inerente ou intrínseca É definida como sendo a relação existente entre a vazão que escoa através de uma válvula e a correspondente variação percentual do curso, quando é mantido constante a pressão diferencial através da válvula. Ela é constatada através de teste em laboratório especial e representada através de gráficos específicos. Sua obtenção é conseguida pela caracterização geométrica do obturador da válvula ou pelo formato da janela da gaiola e pode ser do tipo abertura rápida, linear, igual porcentagem ou parabólica modificada.

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