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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,

SENAI Departamento Regional do Espírito Santo23 formando o assentamento deste na posição do fechamento. A vida do chanfro da sede é aumentada eliminando-se a vibração em baixos cursos e por uma maior distribuição uniforme do fluxo através do orifício do anel da sede, resultando em menor canalização do fluxo e desgaste por erosão.

O desenho de gaiola caracterizada reduz a erosão separando as áreas de assentamento e de restrição ou controle fazendo assim com que a sede não esteja numa zona de alta velocidade do fluido.

O funcionamento da restrição e modulação provida por este tipo de válvula, é mediante o sistema da gaiola (que é uma peça cilíndrica e oca), conforme vemos pela figura 16, em cujo interior desloca-se o obturador, como se fosse um pistão de cilindro. A gaiola possui um determinado número de passagens ou janelas, as quais distribuem uniformemente o fluxo ao redor do obturador e na maioria dos desenhos deste tipo de válvula, serve como guia do obturador. Tais janelas apresentam formatos caracterizados sendo elas, em conjunto com a posição relativa do obturador, que proporcionam a característica de vazão, ao invés de ser o formato do obturador como na globo convencional.

Os dois desenhos mais comuns de internos tipo gaiola são: sede simples e balanceado.

Fig. 16 - Princípio de Funcionamento da ação de Controle (Modulação e Vedação dos Internos Tipo Gaiola: (A) Sede Simples; (B) Balanceada.

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