22. VÁLVULAS DE CONTROLO

22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.1. Introdução
Uma válvula de controlo é um dispositivo mecânico destinado à regulação de caudais de
fluidos. Basicamente trata-se de um orifício de área variável, através do qual se escoa o fluido, e
cuja secção é feita variar de acordo com o caudal pretendido. Na Fig. 22.1 dá-se o exemplo de
uma válvula de controlo, desenhada em corte.
A válvula de controlo constitui normalmente o elemento final de uma cadeia automática de
controlo de um processo. Há também válvulas projectadas para trabalhar especificamente em
regime de tudo ou nada (válvulas on/off(1)) e outras destinadas a serviço manual. Neste capítulo
será utilizada a palavra válvula para designar qualquer destes tipos de válvulas.
haste de comando
obturador
empanque
flange
Æ Saída do fluido
Entrada do fluido Æ
sede
corpo
Fig. 22.1 – Exemplo de uma válvula de controlo
Modifica-se a área do orifício da válvula com o auxílio de um actuador. Os actuadores são
classificados em função do tipo de energia que utilizam, havendo actuadores eléctricos,
pneumáticos, hidráulicos e manuais. Por vezes encontram-se válvulas com actuadores mistos
(electro-pneumáticos e electro-hidráulicos). Apesar de nos encontrarmos na era da electrónica
digital, grande parte das válvulas utilizadas no controlo automático de processos têm actuadores
pneumáticos, por terem muito bom desempenho e serem mais baratas que as de actuador
eléctrico. Os actuadores pneumáticos mais vulgares são os actuadores de diafragma.
Garante-se que a válvula atinge a abertura desejada com o auxílio de um posicionador. O
posicionador mede a posição efectiva da válvula, compara-a com a posição pretendida, processa
a diferença e fornece um sinal de comando ao actuador da válvula. Esta pode assim ser colocada
com bastante rigor na posição desejada. No caso de válvulas de controlo o posicionador inclui
geralmente um controlador PID.
1
Embora a palavra “on” não conste do dicionário da Língua Portuguesa da Academia das Ciências, ao constar nele a
palavra “off”, será aqui utilizada a expressão “on/off” com o significado de aberta/fechada.
639
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.2. Classificação e simbologia
A classificação das válvulas é feita correntemente de acordo com o tipo do seu corpo e com o
actuador que utilizam, embora seja possível efectuar a classificação de outras formas. No
quadro seguinte classificam-se os tipos correntes de válvulas de duas vias, ou seja, válvulas que
têm apenas uma entrada e uma saída para o fluido, as mais importantes em controlo automático.
Há válvulas de três vias, que permitem repartir caudais (uma entrada, duas saídas) ou misturar
fluidos (2 entradas, uma saída). Abaixo V. = válvula, A. = actuador.
V. de globo
V. lineares
Alguns dos critérios para a classificação das válvulas
tipo de corpo
V. rotativas
tipo de actuador
V. de sede simples
V. de sede dupla
V. de guilhotina
V. de corrediça
V. de cunha
V. de agulha
V. de borboleta
V. de macho esférico
V. de segmento cilíndrico
V. de segmento esférico
V. pneumáticas
A. de diafragma
A. de êmbolo
V. eléctricas
A. de motor rotativo
A. de solenóide
V. hidráulicas
V. manuais
ligação ao processo
características
V. flangeadas
V. de bolacha
V. de parafusos
V. de abertura rápida
V. lineares
V. de igual percentagem
V. de abertura lenta
V. hiperbólicas
Fig. 22.2 – Classificação das válvulas de controlo
Numa válvula linear a secção do orifício é modificada por meio de um movimento rectilíneo da
haste de comando, enquanto que numa válvula rotativa a haste de comando efectua um
movimento angular. Não confundir o deslocamento linear da haste com a característica linear,
descrita adiante. Na Fig. 22.3 apresenta-se o aspecto de algumas das válvulas descritas.
640
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
Válvula linear, de globo,
de sede simples
V. linear, de globo, de sede dupla
V. de borboleta com actuador pneumático
V. de macho esférico
V. de borboleta com actuador manual
Obturador de válvula
de macho esférico
Corte de válvula de
segmento esférico
Fig. 22.3 – Aspecto de algumas válvulas de controlo
641
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
A representação simbólica de uma válvula encontra-se a seguir, na Fig. 22.4.
actuador
actuador
fluido
fluido
•
V. de borboleta
representação geral
Fig. 22.4 – Representação simbólica de uma válvula
Consoante o tipo, assim a representação simbólica de um actuador (Fig. 22.5).
Letra igual a:
letra
A - motor pneumático
H - motor hidráulico
M - motor eléctrico
S - solenóide
A. manual
A. de diafragma
A. motorizado
Fig. 22.5 – Representação simbólica de actuadores
Na Fig. 22.6 representa-se uma válvula de controlo com actuador de diafragma, e uma válvula
de controlo com actuador de diafragma e posicionador. Repare-se que no caso em que existe
posicionador, que é o caso mais vulgar, o sinal de comando proveniente do controlador ou da
estação manual é injectado no posicionador, existindo um “feedback” da posição da haste de
comando da válvula. Note-se a entrada para o sinal de comando no posicionador, na válvula de
borboleta da Fig. 22.3.
sinal de
comando
sinal de
comando
A – actuador
V – válvula
P – posicionador
1 – posição da haste
2 – comando do
actuador
A
V
a)
2
A
1
P
V
Fig. 22.6 – Válvula de comando com actuador e com actuador e posicionador
642
b)
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22.3. Curvas características
22.3.1 Características inerentes
Do ponto de vista da hidrodinâmica a válvula é um orifício através do qual se estabelece o
escoamento de um fluido. Desde que o fluido não seja um líquido em que exista vaporização,
existe uma relação entre o caudal Q através da válvula e a diferença de pressão ∆ p a montante/
jusante, dada por:
Q = k ∆p
(22.1)
O valor de k é uma característica do escoamento, pelo que dependerá do orifício e do fluido, ou
seja, depende do diâmetro da válvula, do seu tipo, da sua abertura e das características do fluido,
em particular da sua viscosidade. É pois necessário especificar as condições.
Deste modo, para uma determinada válvula (diâmetro nominal e tipo), define-se coeficiente de
escoamento kv como sendo o caudal de água(2) que por ela passa, expresso em m3/h, quando a
diferença de pressão montante / jusante é de 100 kPa.
O valor de kv assim definido é função da posição da haste de comando, H, também designada
por abertura da válvula. A fim de caracterizar melhor a válvula no que respeita à sua
capacidade de escoar o fluido, define-se o parâmetro kvs, que é o valor de kv para a válvula
completamente aberta, H=H100%.
Na Fig. 22.7 representa-se esquematicamente uma possível instalação para a determinação dos
parâmetros kv e kvs de uma válvula. O nível do tanque, se aberto, é controlado para se ter uma
pressão no fundo igual a 100 kPa. Realiza-se um ensaio para cada uma das aberturas da válvula
desejadas, entre elas H=H100%, registando-se para cada abertura o valor de kv, medido pela
variação de volume no tanque inferior.
°
°
°
<> ∆p=100 kPa
kv
Fig. 22.7 – Obtenção do coeficiente de escoamento, kv
2
Água doce industrial, com temperatura entre 5 e 30 ºC
643
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Obtêm-se assim as chamadas curvas características inerentes da válvula. Consoante o tipo de
corpo da válvula e a forma do seu obturador, assim serão as curvas características. Na Fig. 22.8
mostram-se duas curvas características inerentes típicas de válvulas: a característica da válvula
linear e a característica da válvula de igual percentagem.
kv/kvs
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,00
linear
0,65
0,52
igual
percentagem
0,19
0,14
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
H/H100
Fig. 22.8 – Características típicas de válvulas
A válvula linear, quando submetida a uma variação da sua abertura, origina uma variação de
caudal proporcional à variação de abertura. A válvula de igual percentagem dá origem a uma
variação de caudal proporcional ao valor percentual de kv. Assim, por exemplo, na válvula de
igual percentagem da figura, a variação de H/H100 de 0,20 Æ 0,30 origina uma variação de kv/kvs
de 0,14 Æ 0,19 (44,3%); a variação de H/H100 de 0,70 Æ 0,80 origina uma variação de kv/kvs de
0,52 Æ 0,65 (44,3%).
As curvas características de uma válvula dependem do conjunto sede+obturador. No entanto a
obtenção de características com uma forma desejada é obtida também do modo seguinte:
1. Modificando a forma do obturador. Como exemplo citam-se as válvulas “V-port” que são
válvulas de segmento esférico, em que este leva um corte com a forma de um V.
2. Utilizando um “feedback” não linear do posicionador. Esta solução é corrente nas válvulas
pneumáticas, em que a realimentação da posição é feita por meio de uma came (mecânica).
3. Interpondo entre a saída do posicionador e o actuador um algoritmo gerador de uma curva.
Este método é usado nos posicionadores electrónicos.
Os fabricantes americanos não utilizam a nomenclatura aqui apresentada, embora os conceitos
sejam equivalentes. Em vez do parâmetro kv utilizam um parâmetro equivalente Cv, que é
definido de modo análogo mas em unidades americanas.
Para uma determinada válvula (diâmetro nominal DN e tipo), define-se o coeficiente de
escoamento Cv como sendo o caudal de água que por ela passa, expresso em galões por minuto,
quando a diferença de pressão montante / jusante é de 1 PSI.
Um pequeno cálculo conduz à relação:
Cv = 1,167 kv
644
(22.2)
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
Uma válvula com a característica de igual percentagem, para um determinado acréscimo da
abertura, produz uma variação de caudal menor quando a abertura é pequena do que quando é
grande. Por isso se designa também por válvula de abertura lenta. Poderá por vezes haver
necessidade de ter uma abertura rápida quando a válvula se encontra fechada ou próximo dessa
situação. Diz-se então que se tem uma válvula de abertura rápida.
A classificação das válvulas quanto ao tipo de abertura foi apresentada na Fig. 22.2. Na
Fig. 22.9 indica-se a forma das características dessas válvulas. As válvulas de igual percentagem
são por vezes designadas por válvulas exponenciais.
kv/kvs
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,00
2
1
1 - Abertura rápida
2 - Linear
3 - Igual percentagem
4 - mista (linearizada na
origem e igual
percentagem)
3
4
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
H/H100
Fig. 22.9 – Mais características típicas de válvulas
22.3.2 Características instaladas
Até aqui apresentaram-se as características de uma válvula admitindo que a diferença de pressão
montante / jusante é constante. Na prática uma válvula encontra-se inserida num circuito
hidráulico em que as pressões variam consoante os caudais. Como a válvula de controlo ao
actuar provoca uma variação no caudal, as pressões no circuito hidráulico irão variar e consequentemente a pressão montante/jusante irá variar com a abertura. A relação caudal/abertura
não seguirá a forma da característica da válvula. Considere-se o circuito hidráulico da Fig.
22.10, onde existe uma bomba. Esta tem tipicamente uma característica pressão/caudal
decrescente. Na tubagem (consumidores e fornecedores incluídos) a queda de pressão aumenta
aproximadamente com o quadrado do caudal. Nestas condições a pressão disponível na válvula
diminui com a sua abertura (Fig. 22.11), e portanto a característica da válvula em operação
difere da característica teórica a ∆ p constante.
tubagem
fornecedores
bomba
válvula
consumidores
Fig. 22.10 – Válvula inserida num circuito hidráulico
645
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
característica
da bomba
∆p
(relativo)
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
diferença de pressão
montante / jusante,
na válvula (∆pv)
∆pv0
∆pv100
queda de pressão
na tubagem
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
Q/Qmax
Fig. 22.11 – Quedas de pressão no circuito hidráulico
Define-se autoridade da válvula pela relação entre a diferença de pressão montante/jusante com
a válvula completamente aberta e a mesma diferença de pressão com a válvula completamente
fechada, ou seja,
pv =
∆pv100
(22.3)
∆pv0
A característica operacional de uma válvula depende da curva característica inerente e da
autoridade da válvula, como se indica na Fig. 22.12. Repare-se que a válvula linear apresenta
características operacionais semelhantes às características inerentes de uma válvula de abertura
rápida. Nas características operacionais deixa de se representar em ordenadas kv/kvs, uma vez
que nesta situação ∆ p não é constante e igual a 100 kPa, mas varia com a abertura.
q=Q/Qmax
1,00
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,00
0.6
0.4
pv=0.2
pv=1.0
0.8
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
Fig. 22.12 – Características de operação de uma válvula linear
646
h=H/H100%
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.3.3 Ganho instalado
Define-se ganho de uma válvula pela relação entre a variação do valor relativo do caudal q, e a
correspondente variação relativa da posição da haste de comando h:
G=
dq
dh
(22.4)
O ganho é definido em relação às características operacionais, como a da Fig. 22.12, que se
refere a uma válvula linear. Por esta razão também se lhe dá o nome de ganho instalado.
O ganho de uma válvula é função da sua abertura relativa h.
A expressão (22.4) pode escrever-se
dq = G dh
(22.5)
Como consequência de (22.5), conhecido o ganho instalado de uma válvula, pode obter-se o
incremento relativo de caudal multiplicando o ganho pelo incremento relativo da abertura.
Em sistemas de controlo que utilizem controladores PID, e estes são a maioria dos sistemas
usados na indústria, é importante que o ganho instalado da válvula se mantenha relativamente
uniforme na região de funcionamento. Variações de ganho elevadas tornam o desempenho do
controlo irregular. Um ganho pequeno exige um curso grande para a haste de comando da
válvula e um ganho elevado torna o controlo ruidoso, com o caudal demasiado sensível a
pequenas variações da abertura da válvula.
Como regra básica o ganho de uma válvula de controlo deverá estar compreendido entre os
limites 0.5 e 2, para não se fazer sentir apreciavelmente a não linearidade:
0.5 < G < 2.0
(22.6)
Uma vez que o ganho instalado depende do caudal através da válvula, é de esperar que o
dimensionamento da válvula afecte a curva de ganho instalado. Na Fig. 22.13 representa-se o
ganho instalado para duas válvulas do mesmo tipo, em que apenas o diâmetro nominal é
diferente.
G
G
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
a) válvula com a dimensão correcta
h
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
h
b) válvula sobredimensionada
Fig. 22.13 – Ganho instalado, em duas válvulas do mesmo tipo
647
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.4. Desempenho de uma válvula
Para além das características atrás apresentadas, o desempenho de uma válvula de controlo pode
depender de outros factores como a cavitação, o “flashing”, as incrustações, a corrosão e o
ruído, conceitos que se detalham a seguir.
22.4.1 Cavitação
A cavitação é um fenómeno físico que se manifesta nos líquidos em movimento rápido, onde
devido ao aumento de velocidade associado a uma diminuição da secção da veia líquida, há uma
grande baixa de pressão. Poderá então ocorrer a ebulição do líquido, que poderá originar
desprendimento violento de bolhas de vapor. As bolhas assim formadas, ao seguirem as linhas
de corrente, entram a seguir em regiões onde a pressão volta a aumentar, e colapsam originando
picos de pressão elevados, que poderão atingir pontualmente valores da ordem de 104 MPa,
dando origem a ondas de choque esféricas. Se estas ondas se formarem junto às paredes das
válvulas estas vão sendo picadas, o que irá dar origem a erosão das superfícies e mesmo a furos.
Se o líquido contiver partículas em suspensão, dá-se também a projecção destas sobre as
paredes da válvula, agravando ainda mais o fenómeno.
Além de danificar a superfície interna das válvulas, a cavitação dá origem a ruídos intensos e
desagradáveis.
A cavitação pode ser atenuada não permitindo que a pressão do fluido desça substancialmente,
podendo até ser completamente eliminada se não se deixar que a pressão desça abaixo da tensão
de vaporização do líquido.
A redução da cavitação pode ser feita de modos diversos, nomeadamente:
• Pela modificação do circuito hidráulico de forma a que a válvula não seja instalada
numa zona em que a pressão possa ser muito baixa (se tal for possível).
• Colocando a jusante da válvula uma placa perfurada que introduza uma perda de carga,
de modo a aumentar a contra pressão na válvula, reduzindo assim o seu ∆p.
• Utilizando válvulas com multi-queda de pressão ou com vários orifícios.
• Utilizando materiais e revestimento das superfícies internas da válvula adequados.
22.4.2 “Flashing”
O “flashing” é um fenómeno também devido à vaporização do líquido por efeito da baixa de
pressão, diferindo da cavitação pelo facto de não haver em seguida um aumento suficiente da
pressão, passando assim o líquido ao estado gasoso e nele permanecendo. A pressão final do
fluido é inferior à tensão de vaporização do líquido. O “flashing” pode provocar vibrações da
válvula e ruído, embora as suas consequências não sejam tão graves como as da cavitação. A
redução do “flashing” faz-se usando técnicas análogas às utilizadas para a cavitação.
Na Fig. 22.14 representa-se a perda de carga no circuito hidráulico próximo da válvula para os
casos em que não há nem cavitação nem “flashing”, para o caso em que há cavitação e para o
caso em que há “flashing”.
648
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
Pressão
estática
sem cavitação e sem flashing
com cavitação
tensão de
vaporização, pv
com flashing
pressão a
montante
pressão
a jusante
percurso
Fig. 22.14 – Pressão estática em válvulas com cavitação e flashing
22.4.3 Ruído
O ruído produzido numa válvula de controlo é devido à sobreposição de vários factores, dos
quais os mais importantes são os dois últimos mencionados, a cavitação e o “flashing”, com
particular importância para a cavitação. Válvulas destinadas ao controlo de caudal de gás
também poderão dar origem a ruído, designado por ruído aerodinâmico, chamando-se ruído
hidrodinâmico ao que é introduzido pela passagem de líquidos através das válvulas.
Além de legalmente não ser permitido um valor de ruído superior a 80 dBm(3), o ruído incomoda
e nos líquidos é um indicador da existência de cavitação. Na tabela seguinte apresentam-se os
valores máximos do ruído hidrodinâmico para que não haja cavitação.
Diâmetro nominal
Limite de ruído
< DN 80
80 dBm
DN100 – DN 150
85 dBm
> DN 200
90 dBm
O método de cálculo do ruído hidrodinâmico produzido por uma válvula de controlo encontrase especificado na norma alemã VDMA 24422. e faz intervir o Cv da válvula, as pressões a
montante e jusante, a tensão de vaporização e o diâmetro nominal.
A norma alemã indica também como se calcula o ruído aerodinâmico.
Os fabricantes de válvulas apresentam geralmente o ruído sob a forma de gráficos.
3
O ruído deve ser medido a 1 m da superfície da tubagem, a 1 m a jusante da flange de saída da válvula.
649
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.4.4 Corrosão
Designa-se por corrosão o ataque químico, por parte do fluido em escoamento, aos constituintes
de um equipamento. Nas válvulas a corrosão ataca o corpo, o obturador e até a própria sede. A
corrosão origina um aumento da rugosidade no interior das paredes e um aumento da secção
interna, degradando as características do escoamento. Em casos extremos poderá conduzir à
rotura das paredes da válvula e consequentemente à sua inutilização.
A corrosão poderá ser atenuada de duas formas: Adicionando ao fluido um produto
neutralizante (se tal for possível) ou seleccionando adequadamente os materiais do revestimento
interno da válvula, do obturador e da sede.
Repare-se que a corrosão é um fenómeno químico, sendo devida ao ataque químico das paredes
da válvula pelo fluido, enquanto que a cavitação é um fenómeno físico: são as ondas de choque
e as projecções de partículas, líquidas ou sólidas, que danificam as paredes da válvula.
22.4.5 Incrustações
Chamam-se incrustações a depósitos de minerais sobre a superfície interna da válvula, ou de
outro equipamento. Normalmente estes depósitos são de materiais calcários, sendo frequentes
em válvulas de água. As incrustações provocam uma diminuição da secção interna, redução que
pode ser elevada. Provocam ainda um aumento da rugosidade das superfícies internas. O
conjunto destes dois factores pode conduzir a perdas de carga elevadas, com a consequente
degradação das características.
As incrustações poderão ser atenuadas de diversas maneiras: Adicionando ao fluido um produto
anti-incrustação (se tal for possível), seleccionando o material de revestimento interno da
válvula ou efectuando uma manutenção correctiva com a frequência adequada.
22.5. Selecção e dimensionamento
A escolha de uma determinada válvula faz-se em três fases. Numa primeira fase selecciona-se o
tipo de válvula e actuador, numa segunda efectua-se o seu dimensionamento e na terceira fase
dimensiona-se o actuador. Poderá acontecer que durante a execução destas fases seja necessário
voltar ao ponto de partida, devido a não se encontrar a válvula ideal pretendida.
22.5.1 Selecção do tipo de válvula
Esta selecção destina-se a escolher o tipo de corpo e de actuador. A escolha do tipo de corpo
poderá ser uma tarefa delicada, com grande multiplicidade de opções. Faz-se atendendo aos
seguintes parâmetros:
• Finalidade da válvula (manual de isolamento, controlo on/off, controlo proporcional,
controlo conjunto proporcional e on/off).
• Tipo de fluido (água, petróleos, pasta de papel, lamas, lamas com areias ou pedras,
vapor saturado ou sobreaquecido, fluidos multifase).
• Temperatura do fluido (temperaturas muito baixas ou muito altas).
650
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
•
•
•
•
Pressão do fluido (nominal, de pico).
Agressividade química do fluido (ácidos, bases, outros agentes corrosivos).
Agressividade mecânica do fluido (caulinos e outros agentes abrasivos e incrustantes).
Agressividade do meio ambiente (agentes químicos corrosivos no ambiente circundante
à válvula, temperatura).
• Normas e regulamento locais, incluindo a prática corrente nas instalações fabris.
• Existência de peças de reserva em armazém (para o caso de se pretender um número
limitado de válvulas em que não faz sentido a organização de novo “stock” de peças).
• Experiência prévia com determinados tipos de válvulas.
Não existe um método sistemático que permita a escolha do tipo de corpo, tanto mais que
muitos dos fabricantes recomendam certos tipos de corpos para múltiplas aplicações. Dão-se no
entanto algumas indicações que poderão ser úteis.
(Finalidade da válvula Æ tipo de corpo a seleccionar – Razão da escolha)
Válvula de isolamento Æ usar válvula de macho esférico – É o único desenho que garante o
isolamento do fluido com segurança. Se a válvula de controlo for também utilizada para
isolamento de tubagens, com a possibilidade de ter que se retirar a tubagem a jusante da válvula,
não pode de forma alguma usar-se uma válvula linear ou rotativa de segmento esférico, ou de
borboleta, mesmo com prejuízo das características. Este tipo de válvula pode ser usado com
gases ou líquidos, mesmo que estes tenham quantidades apreciáveis de matérias sólidas. Tem o
grande inconveniente de ser cara, em particular quando o obturador é feito de titânio ou outro
metal de preço elevado.
Válvula para água Æ acima de DN100 usar válvula de borboleta – É uma válvula barata e de
concepção simples. O seu baixo custo, comparado com o de válvulas de outro tipo, torna-se
notório para diâmetros elevados. Normalmente estas válvulas não têm que trabalhar nem a
pressões nem a temperaturas elevadas, também não sendo crítica a precisão do controlo. Este
tipo de válvula não deve ser usado com gases nem com líquidos que tenham matérias sólidas
misturadas.
Válvula para alta pressão Æ usar válvula linear de globo, de sede dupla – É um desenho que
está muito testado em caldeiras de produção de vapor, quer para a válvula de admissão de água
como para a regulação do vapor produzido.
Válvula de pasta de papel Æ usar válvula rotativa de segmento esférico em V – É um desenho
indicado quando se pretende uma grande precisão no controlo, com ganho instalado quase
constante.
Válvula para líquidos com lamas ou areia Æ usar válvula linear, de guilhotina ou de corrediça.
É um desenho que permite que as lamas e areias passem pela região inferior da válvula sem
afectar a haste de comando.
Válvula criogénica Æ usar válvula com haste longa – Este desenho coloca a válvula afastada
do actuador, não permitindo que as temperaturas baixas atinjam o actuador e afectem o seu
desempenho.
651
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
Válvula para fluidos abrasivos Æ usar válvula linear revestida interiormente a neoprene, a
PTFE ou outros. Por vezes a válvula é constituída por uma tubagem maleável (neoprene,
PTFE,...) que para fechar é apertada pelo obturador da válvula.
Válvula controlo de precisão Æ usar válvula de segmento esférico – Este tipo de válvula tem
características instaladas superiores às das válvulas de outro tipos, apresentando uma melhor
precisão para o controlo. Actualmente os fabricantes estão a construir válvulas de segmento
esférico para quase todo o tipo de aplicações.
Além do corpo propriamente dito deverá ainda escolher-se o tipo de ligação ao processo:
válvula flangeada, de bolacha, roscada, ou soldada. Em qualquer dos caso é importante saber-se
qual a pressão nominal PN da tubagem, quando da selecção da válvula. Note-se que para
pressões e temperaturas de fluidos elevadas, como acontece em caldeiras de produção de vapor,
as válvulas deverão ser soldadas às tubagens.
Há duas séries de tubagens, e consequentemente de válvulas: a série Europeia, DIN(4), e a série
Americana ANSI(5). Qualquer delas é identificada pelo diâmetro nominal DN, em milímetros na
série DIN e em polegadas americanas na série ANSI. A norma japonesa, JIS, especifica
dimensões iguais às das normas europeias. Na tabela seguinte indicam-se as dimensões
nominais das tubagens e válvulas.
ANSI
½
¾
1
1½
2
3
4
5
6
8
10
12
DIN
15
20
25
40
50
80
100
125
150
200
250
300
ANSI
14
16
18
20
24
28
32
36
40
48
54
60
DIN
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1500
Na tabela que se segue dá-se uma indicação dos materiais a utilizar nas válvulas em função do
tipo de fluido:
Fluido
Material
Águas limpas, Lixívias negra ou verde, Hidróxido de cálcio,
Aço ANSI 316
Pastas de papel lavada ou crua, Vapor, Ar, derivados do petróleo
4
5
Pasta branqueada (ClO2), Hidróxido de sódio, vapor com SO2
Aço ANSI 317
Dióxido de cloro, Hipoclorito de sódio
Titânio
Cloro gasoso, SO2 gasoso
Hastelloy
Deutsche Industrie Norm
American National Standards Institute
652
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.5.2 Fórmulas para cálculo de válvulas
As fórmulas utilizadas no cálculo das válvulas têm por base a relação (22.1) e são basicamente
as indicadas a seguir.
22.5.2.1. Líquidos sem cavitação nem flashing
q = Fp × Fr × kv ×
em que q
Fp
Fr
kv
p1
p2
Gl
p1 − p2
Gl
(22.7)
caudal do líquido, expresso em m3/h.
Factor de geometria da tubagem.
Factor do número de Reynolds.
coeficiente de escoamento (europeu, não é o Cv).
pressão a montante, expressa em bar.
pressão a jusante, expressa em bar.
densidade do fluido: Gl = ρ /ρ0. Gl = 1 para a água.
O factor Fp depende dos diâmetros nominais da válvula e da tubagem, sendo em primeira
aproximação Fp = [(DNválvula/DNtubagem)2-1]×[(h/hmax)2-0.2]+1, em que h é o curso da válvula.
O factor Fr é função do número de Reynolds:
Re=[1, 10, 102, 103, ≥104] Æ Fr=[0.055, 0.18, 0.50, 0.95, 1]
22.5.2.2. Líquidos com cavitação
Se houver cavitação a expressão anterior deverá ser corrigida, tomando a forma
q = Fp × Fr × kv ×
p1 − FF × pv
Gl
(22.8)
em que os símbolos têm o mesmo significado que anteriormente, sendo ainda:
pv tensão de vaporização do líquido à temperatura de entrada.
po pressão crítica termodinâmica.
FF = 0.96 − 0.28 × pv / po
22.5.2.3. Gases e vapor
w = 31,86 × Fp × kv × Y × ( p1 − p2 ) ρ1
q = 487 × Fp × kv × p1 × Y ×
em que w
q
Fp
kv
Y
p1 − p2
p1 × Gg × T1 × Z
(22.9)
(22.10)
caudal do líquido, expresso em kg/h.
caudal do líquido, expresso em m3/h, medido a 1.013 bar e a 15 ºC.
Factor de geometria da tubagem, obtido aproximadamente como indicado atrás.
coeficiente de escoamento (Europeu).
coeficiente de expansão.
653
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
p1 pressão a montante, expressa em bar.
p2 pressão a jusante, expressa em bar.
Gg densidade do gás ou vapor: Gg = Mg /Mar, em que M é a massa molecular.
Mar = 28.96 e Gg = 1 para o ar.
ρ1 massa volúmica a montante (kg/m3).
T1 temperatura absoluta a montante (K).
Z coeficiente de compressibilidade.
22.5.3 Dimensionamento da válvula
Uma válvula não deverá ser dimensionada pelo diâmetro da tubagem onde vai ser inserida.
Quase sempre a válvula correctamente dimensionada para um local é de diâmetro nominal
inferior ao diâmetro nominal da tubagem, pelo que há necessidade de construir e instalar
segmentos de cone de adaptação. A inclusão de uma válvula com o diâmetro nominal da
tubagem conduz a válvulas de preço elevado e com más características de controlo, uma vez que
a válvula iria funcionar quase sempre com uma abertura muito pequena, com um ganho
instalado elevado, e portanto uma grande incerteza nas variações de caudal (ver Fig. 22.13).
Por outro lado, se for excessivamente reduzido o diâmetro nominal de uma válvula pode
aparecer uma perda de carga indesejável (ou até incomportável no circuito hidráulico),
originando um aumento de velocidade do fluido, o que poderá dar origem a fenómenos de
cavitação e a ruído excessivo. A experiência mostra que uma válvula de controlo não deverá
funcionar com uma abertura superior a 70 %, em média.
O dimensionamento de uma válvula faz-se por qualquer dos métodos indicados a seguir:
22.5.3.1. Utilização de software específico
Neste método utiliza-se o software de dimensionamento de válvulas que cada fabricante tem
disponível para o efeito. Uma vez familiarizado com o programa, o utilizador deverá introduzir
os dados do processo (tipo de fluido, pressão, temperatura, caudal máximo, ∆p admissível,
diâmetro nominal da tubagem) e indicar, de entre os tipos de válvulas possíveis, qual o tipo de
válvula pretendido (macho esférico, borboleta, segmento esférico, etc.). O programa devolve o
diâmetro nominal da válvula e todas as características da mesma (kv ou Cv, caudal máximo,
ganho instalado e ruído), alertando se houver cavitação, “flashing” ou ruído excessivo.
Esta forma de dimensionar válvulas é de longe a mais indicada para o caso de projectos em que
haja necessidade de dimensionar um número elevado de válvulas. Uma vez que as válvulas são
dispositivos caros, o utilizador deverá confirmar que está a usar o programa de
dimensionamento de forma correcta, por exemplo procurando dimensionar algumas válvulas
que estejam em funcionamento com bom desempenho. Deverá também consultar diversos
fornecedores, pedir-lhes para efectuar o dimensionamento das mesmas válvulas e comparar os
resultados. Há que ter em conta que alguns fornecedores de válvulas, com o intuito de tornarem
as propostas competitivas, apresentam válvulas dimensionadas “à pele”(> 70% de abertura).
O utilizador precisa de ter o cuidado de saber se os dados do processo irão evoluir no tempo, em
particular no que se refere aos caudais máximos, que é normal aumentarem com sucessivas
modificações das instalações.
654
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.5.3.2. Utilização de gráficos e fórmulas
Como alternativa mais trabalhosa, na ausência de software específico, poderão usar-se as
fórmulas, ábacos e gráficos fornecidos pelos fabricantes. Estes métodos de cálculo baseiam-se
nas fórmulas apresentadas, (22.7) a (22.10), e nas características das válvulas de cada fabricante.
Exemplo de dimensionamento de uma válvula usando ábacos e gráficos do fabricante (Neles):
Dados do processo:
Líquido: Lixívia negra (ρ =1400 kg/m3).
Temperatura 160 ºC, pressão 500 kPa.
Caudal máximo: 200 m3/h.
∆ p máximo = 60 kPa, com a válvula aberta a 90º.
Válvula a utilizar: v. de macho esférico, flangeada a inserir em tubagem DN150.
FpCv
•
Fig. 22.15 – Dimensionamento de uma válvula
655
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
O procedimento a utilizar no dimensionamento é o seguinte:
1. A partir da recta graduada em ∆p traça-se o segmento de recta que une o ∆p =60 kPa (dado)
com o ponto q =200 m3/h (dado) da recta dos caudais.
2. Prolonga-se este segmento de recta até encontrar a recta FpCv, obtendo-se FpCv ≈300.
3. Avançando na horizontal, para a esquerda e entrando sobre as características inerentes das
válvulas. Pára-se na válvula DN125, por se encontrar aproximadamente a 60 % de abertura.
4. Para a válvula anterior será pela equação auxiliar de (22.7) Fp=0.91. Da tabela do fabricante
obtém-se Fp =0.96.
5. Para o último valor Fp obtido tem-se Cv ≈312.
6. Para este valor de Cv a válvula DN125 trabalhará a ≈63 % de abertura, pelo que esta
dimensão de válvula é a recomendada. É suficiente uma PN10.
22.5.3.3. Utilização de fórmulas genéricas
No caso de não se dispor de nenhum destes elementos, e apenas como indicação aproximada,
poderão usar-se as fórmulas atrás apresentadas, dimensionando o diâmetro nominal da válvula
aproximadamente, a partir do kvs (válvula 100% aberta) obtido, usando a seguinte tabela:
DN
Macho esférico
Segm. esférico
Borboleta
25
85
40
DN
Macho esférico
Segm. esférico
Borboleta
200
4540
1340
2480
40
180
95
250
7070
2750
4540
50
280
155
300
10540
3850
6770
65
465
240
350
13025
5520
8910
80
685
360
230
100
1050
530
370
125
1600
680
150
2670
1080
1200
400
17200
7290
11310
450
21800
500
27400
600
38900
18170
26300
Exemplo de dimensionamento expedito (aproximado) da válvula anterior:
Vai usar-se a expressão (22.7) referente a líquidos sem cavitação. Vai começar por se ensaiar
uma válvula DN125; se for pequena tenta-se a DN150, igual à tubagem.
Para a válvula DN125 é aproximadamente Fp ≈ 0,91.
Admitindo FR=1, convertendo ∆ p a bar (0.6 bar) e calculando Gl = ρ /ρ0 = 1400/1000=1.4, vem
kv=368.
O valor de kv obtido será para uma determinada abertura, Seja por hipótese 60%. Para 100%
seria (aproximação, apenas) kvs=368/(0.62)=1022. Pela tabela acima serviria uma válvula
DN100, para a qual conviria reconfirmar o valor de Fp.
Pelo procedimento da secção anterior esta válvula funcionaria a 70% de abertura, o que poderá
não ser bom para o controlo (depende do ganho instalado) e poder comprometer futuras
ampliações da instalação.
656
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.6. Actuadores
Chama-se actuador, de uma forma genérica, ao órgão que instalado num processo trabalha de
modo a modificar-lhe as variáveis características. O actuador está quase sempre integrado no
elemento final de uma cadeia de controlo. Neste capítulo serão apenas abordados os actuadores
de posição, dispositivos mecânicos destinados a comandar a haste de uma válvula. Como se
referiu na secção 22.2, os actuadores podem classificar-se, de acordo com o tipo de energia que
utilizam, em pneumáticos, eléctricos, hidráulicos e manuais. Apenas se descreverão os
eléctricos e os pneumáticos. Consoante o tipo de corpo de válvula ao qual será aplicado, um
actuador será linear ou rotativo.
22.6.1 Actuador pneumático
22.6.1.1. Actuador de diafragma
Este tipo de actuador é muito utilizado em válvulas lineares. O actuador posiciona a haste de
comando da válvula de acordo com a pressão de ar. Na Fig. 22.16 encontram-se representados,
em corte, dois actuadores pneumáticos de diafragma, um que necessita de ar para fechar e outro
que necessita de ar para abrir.
mola
ar de comando
diafragma
mola
ar de comando
haste de comando
indicador local
indicador local
a) ar a fechar
b) ar a abrir
Fig. 22.16 – Actuador pneumático de diafragma, linear (Masoneilan)
O actuador pneumático recebe um sinal pneumático, de pressão variável de acordo com a
posição que se pretende para a haste. Este sinal de comando é normalmente obtido no
posicionador. A força F que o ar de comando, em contacto com o diafragma, exerce sobre a
haste é dada por
F = pS
(22.11)
sendo p a pressão do ar e S a área do diafragma. A título de exemplo, para um diafragma com o
diâmetro de 25 cm, uma pressão de ar de 6,5 kgf/cm2 produz uma força superior a 3000 kgf.
Esta força é equilibrada pela força da mola e pela reacção do obturador.
657
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.6.1.2. Actuador de êmbolo
Os actuadores de êmbolo, também designados de cilindro ou de pistão, são constituídos por um
cilindro, no interior do qual se move um êmbolo, mecanicamente ligado a um pistão. O cilindro
é construído quase sempre em alumínio anodizado, para ser leve e resistente à corrosão. A
seguir, na Fig. 22.17, representa-se um actuador de êmbolo de dupla acção, isto é, em que o ar é
aplicado às duas faces do êmbolo, numa para abrir e na outra para fechar. Repare-se no
mecanismo de ligação que transforma o movimento linear da haste num movimento de rotação
de ¼ de volta, e que se encontra esquematizado na Fig. 22.18, para a válvula nas posições
fechada e aberta. O binário máximo, para o ângulo α=0º, corresponde ao máximo de resistência
que habitualmente uma válvula oferece quando está completamente fechada.
ajuste do curso
êmbolo
cilindro
haste ou pistão
entrada de ar
de comando
posicionador
Válvula
de borboleta
ajuste do curso
Fig. 22.17 – Actuador pneumático de êmbolo, rotativo (Neles)
Binário/mínimo
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
válvula
aberta
0.9
0
20
40
60
80
α /º
Fig. 22.18 – Binário de um actuador de êmbolo rotativo
658
válvula
fechada
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.6.2 Actuador eléctrico
Há basicamente dois tipos de actuadores eléctricos: o actuador eléctrico rotativo, constituído
por um motor eléctrico acoplado a um desmultiplicador mecânico que é acoplado à válvula, e o
actuador de solenóide, em que a energia mecânica necessária para accionar a válvula é obtida
por meio do movimento do núcleo de uma bobina.
22.6.2.1. Actuador de motor rotativo
Há uma grande variedade de actuadores de motor rotativo, desde actuadores com motores de
corrente contínua, motores monofásicos e actuadores de grande potência, com um ou mais
motores trifásicos, destinados a válvulas de grande porte. Em qualquer dos casos, uma vez que a
válvula que irá ser associada ao actuador tem que poder abrir e fechar, a inversão do sentido de
operação é feita invertendo o sentido de rotação do motor.
O desmultiplicador de um actuador é constituído quase sempre por um veio sem fim acoplado a
uma roda planetária. O sem fim recebe a energia mecânica do veio do motor e o veio da roda
planetária transmite o movimento à válvula. Há actuadores com saída linear e em ângulo (desde
alguns graus até várias voltas). Na figura Fig. 22.19 encontra-se representado, em corte parcial,
um actuador eléctrico de motor rotativo.
4. caixa de ligações
1. motor eléctrico
5. veio sem fim
2. unidade de controlo
3
6. comando manual
de emergência
⇓
3. ligação à válvula
Fig. 22.19 – Actuador eléctrico, de motor rotativo (Auma)
Repare-se na existência de um volante para abertura ou fecho manual da válvula. Para efectuar
esta operação que habitualmente é uma emergência, levanta-se primeiro a patilha existente no
centro do volante. Provoca-se assim o desacoplamento mecânico entre o motor e o sem fim que
liga ao planetário, ficando este sob comando manual. Normalmente só se consegue voltar à
situação inicial automática (accionamento por motor e volante desactivado) depois de se
desligar a energia de alimentação do motor.
659
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
Um dispositivo importante existente nestes actuadores é o travão, que pode ser mecânico ou
electromagnético. O travão destina-se a evitar que o actuador, devido à inércia, ultrapasse a
posição pretendida quando é retirada a energia ao motor.
Existem também interruptores de fim de curso que indicam válvula aberta ou fechada. Quase
sempre estes fins de curso se encontram duplicados, sendo um par (aberta-fechada) para
protecção da válvula e outro par para indicação remota. Existe também um indicador local de
posição (mecânico, à base de rodas dentadas), com indicação adicional de válvula aberta e
válvula fechada, e um indicador remoto de posição, através de um potenciómetro.
Num actuador existem ainda interruptores de binário máximo, a abrir e a fechar, para protecção
da válvula e do próprio actuador, em caso de bloqueio mecânico na válvula. Para se detectar o
binário máximo o sem fim é apoiado nas extremidades em molas. No caso de haver algum
bloqueio na válvula, a roda planetária obriga o sem fim a efectuar um deslocamento axial que
acciona um contacto que provoca o desligar do motor de accionamento. É possível efectuar o
ajuste do ponto de contacto. Há modelos de actuadores com medição de binário em contínuo.
Estes actuadores dispõem de protecção térmica do motor, que é medido por meio de um
termistor ou então de um bimetálico. Nas unidades de grandes potências existe uma resistência
eléctrica de aquecimento, destinada a evitar a condensação de humidade.
Os actuadores podem receber diversos tipos de sinais de comando, desde o clássico 4-20 mA,
passando por impulsos de tensão (para abrir e para fechar), RS-232, RS485, HART e sinais
digitais Fieldbus.
Todos os sinais são geridos através de uma unidade de controlo.
Os actuadores têm habitualmente uma caixa de protecção à prova de explosão e à prova de água.
Apenas a título de referência, as velocidades de rotação (para a. rotativos) correntes vão desde
4 a 180 rot/min. A gama de potências dos motores encontra-se entre 0.025 kW até 45 kW e a
gama de binários de 10 Nm a 32000 Nm.
22.6.2.2. Actuador de solenóide
O actuador de solenóide é constituído por uma bobina com o núcleo móvel. O movimento do
núcleo é comandado pela corrente na bobina, permitindo assim abrir e fechar a válvula. Este
método, dito de acção directa, é apenas empregado em pequenas válvulas para pressões baixas.
Os casos mais vulgares, com válvulas de 1’’ com água da rede, utilizam um orifício piloto que
permite usar a pressão da rede para accionar o obturador da válvula, como indicado na Fig.
22.20. Quando a bobina não tem corrente o orifício piloto encontra-se fechado e a pressão do
fluido é aplicada à parte superior do diafragma de obturação, ficando assim a válvula fechada.
Quando é aplicada corrente à bobina o núcleo faz abrir o orifício piloto, aliviando a pressão no
topo do diafragma. Então é a própria pressão da linha que faz subir o diafragma, abrindo o
orifício principal de passagem do fluido. Note-se que o núcleo da bobina se encontra em
contacto directo com o fluido, completamente separado da parte eléctrica. O actuador de
solenóide com orifício piloto poderá ser classificado de electro-hidráulico.
660
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
bobina
energizada
bobina sem
corrente
ligações
eléctricas
núcleo
orifício
fechado
orifício
aberto
a) v. fechada
b) v. aberta
Fig. 22.20 – Actuador eléctrico, de solenóide (Asco)
22.6.3 Comparação A. pneumático / A. eléctrico
O facto de continuar existir uma grande quantidade de actuadores pneumáticos, significa que
haverá algumas razões de força para tal. Faz-se a seguir uma comparação entre estes actuadores
apresentando os pontos positivos (+) e negativos (-) de cada tipo.
Actuadores pneumáticos:
• Custo do actuador, bastante inferior ao do seu equivalente eléctrico (+).
• Simplicidade no de funcionamento, o que facilita a manutenção (+).
• Adequado para atmosferas explosivas, sem ter que usar caixas de protecção especiais (+).
• Rapidez na operação. São mais rápidos a responder do que os eléctricos (+).
• Tempo de vida maior que o dos eléctricos (+).
• É necessário dispor de instalação de ar comprimido (-)
• Fazem barulho com o escape de ar, em particular ao efectuar um curso completo (-).
Actuadores eléctricos:
• Não é necessário ter instalação de ar comprimido (+).
• Apenas há sinais eléctricos em jogo, sem conversões, o que o torna mais precisos (+).
• Dimensões inferiores às dos pneumáticos, para os mesmos binários /forças (+).
• Binário bem definido, não dependente da pressão do ar de alimentação (+).
• Não há desgaste de posicionadores, com a consequente alteração das características (+).
• Custo do actuador, bastante superior ao do seu equivalente pneumático (-).
• Complexidade técnica, o que exige pessoal especializado para a manutenção (-).
• Só é adequado para atmosferas explosivas se estiver numa protecção conveniente (-).
• Mais lentos na operação que os pneumáticos (-).
661
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.7. Posicionador
Como se disse na introdução, e se mostra na Fig. 22.6b), a função do posicionador consiste em
colocar a haste de comando da válvula na posição pretendida, por meio de uma realimentação
da posição. O sinal com a informação sobre a abertura da válvula é injectado no posicionador.
Como é muito vulgar a utilização de sinais em corrente de 4-20 mA, indica-se a seguir o
esquema de um posicionador electro-pneumático. Este recebe um sinal de comando em corrente
e fornece um sinal pneumático ao actuador. Uma configuração típica é a indicada na Fig. 22.21.
O sinal de entrada, corrente I, é ligado à bobina (15) que se encontra entre os pólos de um íman
permanente (16). Esta corrente origina uma força sobre a bobina, que por sua vez dá origem a
um binário na alavanca (17) da balança de forças, proporcional à corrente I. O “feedback” da
posição do veio do actuador (8) é comunicado à balança de forças através de uma came (5), de
uma alavanca (4) e de uma mola, produzindo sobre a balança um binário de sentido oposto ao
da bobina. A tubeira (18) detecta esta diferença de binários. Assim, se por exemplo a corrente I
aumentar a bobina desce, a tubeira fica mais obstruída e a pressão de ar na câmara (acima de 2)
aumenta, obrigando a um movimento descendente do pistão (2). Este movimento obriga ao
movimento também descendente da haste (10), o que provoca uma redistribuição do ar de
alimentação (S) pelas faces do êmbolo do actuador, através das tubagens (C1) e (C2). Devido a
esta redistribuição o actuador move-se, vencendo todas as forças resistentes, incluído o atrito,
parando numa posição correspondente á desejada. A mola (13) dá uma indicação preliminar do
movimento do pistão (2). Sobre este encontra-se um parafuso (12) que permite efectuar o ajuste
de zero. A gama é ajustada através do potenciómetro (20).
Fig. 22.21 – Posicionador electro-pneumático (Neles )
662
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
22.8. Especificação, instalação e manutenção
22.8.1 Especificação
Ao especificar uma válvula de controlo, para efectuar uma encomenda, deverá indicar-se o
seguinte:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tipo de corpo da válvula – ex. linear de guilhotina, de macho esférico, ...
Tipo de ligação ao processo – Flangeada, de bolacha, soldada, roscada.
Aplicações especiais – criogénica, alta pressão, baixo ruído, ...
Pressão de operação – ex. PN25, para uma pressão no corpo de 25 bar.
Diâmetro nominal – de acordo com a norma DIN, eventualmente ANSI. Ex. DN 100.
Material do corpo – ex. aço ANSI 316, Hastelloy, ...
Materiais das peças internas – revestimento interno do corpo, material do obturador.
Tipo de sede e seu material – ex. Hastelloy, teflon, ...
Tipo de actuador e características – pneumático, eléctrico. Indicar a força e o curso (a. linear)
ou o binário e o n.º de voltas (a. rotativo), ar a abrir a fechar ou duplo (a. pneumático), ...
• Tipo de posicionador – pneumático ou electro-pneumático (para actuador pneumático), se é
para controlo contínuo ou válvula on/off, ...
• Acessórios – lista de peças de reserva que garantam a reparação imediata da válvula, em
caso de avaria.
O número de fabricantes de válvulas de controlo é muito elevado, superior ao milhar, pelo que
muitas vezes se torna difícil escolher uma determinada válvula. Recomenda-se contudo limitar a
escolha às marcas que habitualmente a fábrica utiliza e com as quais se encontra satisfeita.
Para uma consulta sobre fabricantes de válvulas de controlo recomenda-se que se faça uma
pesquisa na Internet procurando a frase “control valves”. Repare-se na quantidade imensa de
resultados obtidos. Alguns “sites”, como por exemplo http://www.valves-ez.com/valves/,
contêm uma base de dados sobre fabricantes de válvulas de controlo.
22.8.2 Instalação
Andes de proceder à instalação de uma válvula de controlo, deverá ler-se o “Manual de
Instalação” que acompanha a válvula. Em linhas gerais convirá observar os pontos seguintes,
quando aplicáveis, que dizem respeito a uma válvula flangeada:
• Verificar que as flanges se encontram instaladas na tubagem, e que o seu alinhamento e
afastamento correspondem à válvula a instalar.
• Efectuar uma sopragem da tubagem de modo a garantir que todas as partículas metálicas são
removidas antes da instalação.
• Transportar a válvula para o local em que será instalada, suspensa pelo corpo. Não passar o
laço de suspensão nem pelo seu interior nem pelo actuador. Não colocar as mãos ou os dedos
no interior do obturador, na zona de passagem do fluido. O transporte deverá apenas ser feito
na altura da instalação.
• Retirar as protecções que normalmente estão colocadas sobre as flanges da válvula.
663
22. VÁLVULAS DE CONTROLO
• Posicionar a válvula entre as flanges, tendo em atenção o sentido de passagem do fluido, que
deverá coincidir com o que se encontra indicado na válvula.
• O actuador não deve ficar colocado do lado de baixo da válvula, para evitar sujidade e
corrosão pelas fugas de fluido que eventualmente possam ocorrer nas juntas de ligação, e
também para minimizar o desgaste do seu veio por partículas que eventualmente sejam
transportadas pelo fluido, que têm tendência a concentrar-se na parte inferior da tubagem.
• Entre as flanges da tubagem e as da válvula deverão ser colocadas juntas de vedação
adequadas. Ao apertar os parafusos de união das flanges que não se deve forçar a tubagem.
Não exceder o binário de aperto máximo permitido: convém lembrar que mais tarde a
válvula terá que ser retirada, para manutenção.
• Verificar que existe ar de instrumentação, seco, sem óleo e com a pressão adequada.
• Verificar que a válvula, depois de instalada, responde aos comandos de abrir e de fechar.
22.8.3 Manutenção
Convém distinguir entre a manutenção preventiva e a manutenção correctiva. Em relação à
manutenção preventiva deverá existir um plano de manutenção das válvulas (integrado no plano
de manutenção fabril geral). Deverá também existir um conjunto de peças de reserva, que deve
ser criteriosamente fixado tendo em conta o número de válvulas em serviço, a sua fiabilidade e a
rapidez com que se podem obter peças. Os procedimentos a ter em consideração deverão ser os
constantes do plano de manutenção da instrumentação fabril, que deverá respeitar o “Manual de
Manutenção” referente à válvula. Convém observar que muitas vezes a instalação fabril poderá
apenas parar um ou dois dias por ano, e que é apenas nessa altura que se podem substituir as
válvulas. Convém também salientar que uma paragem não planeada é extraordinariamente cara,
pelo que deverá haver uma grande fiabilidade do equipamento. De um modo geral antes de
retirar uma válvula para manutenção convirá observar os pontos seguintes:
• Verificar se há necessidade efectiva de retirar a válvula da tubagem ou se a manutenção pode
ser feita no campo.
• Não retirar a válvula do processo sem a devida autorização, e sem ter a garantia que linha se
encontra despressurizada.
• Ter em atenção o peso da válvula, que deverá estar convenientemente apoiada antes de
remover os parafusos de aperto. Ao suspender a válvula que vai ser retirada não passar o laço
de suspensão nem pelo seu interior nem pelo actuador. Relembra-se aqui que, com mais
importância do que para a instalação, não se devem colocar as mãos ou os dedos no
interior do obturador, na zona de passagem do fluido. O desligar de um tubo pneumático ou
de um condutor de 4-20 mA pode fazer a válvula fechar em fracções de segundo.
• Depois de retirada da tubagem a válvula deverá ser levada para a oficina, onde será reparada
ou efectuada a manutenção preventiva, que deverá incluir uma verificação da calibração.
O procedimento para separar a válvula do actuador e efectuar a manutenção de cada um deles é
específico da cada tipo, encontra-se nos respectivos manuais e deverá ser seguido
cuidadosamente.
664