Tipos e características de dispositivos de acionamento de válvulas (Válvulas Baird)

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O dispositivo de acionamento da válvula é um aparelho utilizado para operar a válvula e se conectar a ela. O dispositivo pode ser acionado por fontes de energia manuais, elétricas, pneumáticas, hidráulicas ou uma combinação delas. Seu movimento pode ser controlado pelo comprimento do percurso, pelo torque ou pela força axial aplicada. A escolha do dispositivo de acionamento da válvula deve ser feita com base em um entendimento completo dos tipos e das características desses dispositivos, levando em consideração o tipo da válvula, as especificações de funcionamento do dispositivo e a localização da válvula nos tubos ou no equipamento. Atualmente, no nosso país, existem dois principais padrões para a conexão de dispositivos de acionamento de válvulas: o GB/T 12222, “Conexão de dispositivos de acionamento para válvulas de rotação múltipla”, e o GB/T 12223, “Conexão de dispositivos de acionamento para válvulas de rotação parcial”. Esses dois padrões são equivalentes aos padrões ISO 5210 e ISO 5211, respectivamente. “Conexão dos dispositivos de acionamento de válvulas com múltiplas rotações” é aplicável, principalmente, às dimensões de conexão entre os dispositivos de acionamento e as válvulas, em válvulas de globo, válvulas de corte, válvulas de regulação e válvulas de diafragma. “Conexão dos dispositivos de acionamento de válvulas de rotação parcial” é aplicável principalmente aos tamanhos de conexão entre os dispositivos de acionamento e as válvulas, em válvulas esféricas, borboletas e de globo. Os dispositivos de acionamento de válvulas podem ser divididos, de acordo com seu modo de movimento, em dois tipos: de curso linear e de curso angular. O dispositivo de acionamento de curso reto é, na verdade, um dispositivo de acionamento para válvulas com múltiplas rotações, sendo adequado principalmente para vários tipos de válvulas de globo, válvulas de corte e válvulas de regulação ； Um dispositivo de acionamento de curso angular é um dispositivo de acionamento de rotação parcial que gira apenas 90°, sendo principalmente utilizado em vários tipos de válvulas esféricas, válvulas borboleta, entre outras. Os dispositivos de acionamento de válvulas podem ser classificados, de acordo com a fonte de energia utilizada, em manuais (tipo alavanca ou manivela), elétricos (tipo eletromagnético ou motor elétrico), pneumáticos (tipo diafragma, cilindro, lâmina, motor a ar, ou combinação de membrana e engrenagem), hidráulicos (tipo cilindro hidráulico ou motor hidráulico), bem como em sistemas híbridos (tipo elétrico-hidráulico ou pneumático-hidráulico). Entre os vários tipos de dispositivos de acionamento de válvulas, os dispositivos elétricos são os mais utilizados, sendo aplicados principalmente em válvulas de circuito fechado. Dispositivos pneumáticos são amplamente utilizados em ambientes com requisitos de segurança contra explosões. Entre eles, os dispositivos pneumáticos de tipo membrana são usados principalmente em válvulas de regulação. Dispositivos hidráulicos são amplamente utilizados em válvulas de corte de emergência naturais em linhas de transporte de longa distância e em válvulas de alívio de pressão nas cabeceiras dos poços. As rodas manuais dos dispositivos manuais são, na maioria dos casos, instaladas em válvulas de corte e válvulas de globo de baixa e média pressão ； As alças são utilizadas em válvulas de corte de alta e ultra-alta pressão, válvulas esféricas e torneiras, entre outros tipos de válvulas. Dispositivo de acionamento por gás e líquido, usado principalmente em tubulações de transporte de gás, em ambientes externos sem fonte de energia; sua fonte de energia é o gás presente nos tubos. I. Dispositivo manual de válvulas – As válvulas acionadas manualmente são as mais utilizadas em tubulações sob diversas condições operacionais. Um é acionado diretamente por uma roda manual ou alça, enquanto o outro é acionado pela roda manual por meio de transmissão por engrenagens. 1) Roda manual ou alça. Geralmente, quando o torque de abertura e fechamento é pequeno, a força física normal de uma pessoa ou, no máximo, de duas pessoas é suficiente para abrir e fechar a válvula. Geralmente, o material dos volantes ou alças é feito de ferro fundido forjável, ferro fundido grafítico ou aço carbono; também podem ser utilizadas ligas de alumínio ou plásticos. 2) Volante de impacto. Nas válvulas de alta pressão, para aumentar o torque de operação, costuma-se utilizar volantes de impacto. A roda de comando de impacto permite que ela gire sozinha por um certo ângulo, devido à existência de um espaço adequado entre a roda e a porca do vástago da válvula. No momento de abrir ou fechar a válvula, é possível girar rapidamente a roda de comando, fazendo com que ela exerça uma força de impacto sobre a porca do vástago. Essa força de impacto pode ser **maior do que a de uma roda de comando normal**, aumentando assim o torque necessário para abrir ou fechar a válvula. 3) Dispositivo manual de transmissão por engrenagens. Quando é necessário uma força considerável para operar a válvula por meio de uma única pessoa, geralmente se utiliza transmissões por engrenagens ou parafusos helicoidais, a fim de reduzir a força necessária para abri-la e fechá-la. Os sistemas de transmissão por engrenagens incluem transmissão por engrenagens dentadas e transmissão por engrenagens helicoidais. A relação de transmissão por engrenagens costuma ser de 1:3, sendo amplamente utilizada em válvulas de retenção e válvulas de corte. A transmissão por engrenagens inclui transmissão por engrenagens de primeiro grau aberta e transmissão por engrenagens de segundo grau fechada; atualmente, a transmissão por engrenagens de segundo grau fechada é a mais utilizada. Vantagens e desvantagens dos dispositivos manuais:
**Vantagens do método de operação manual:**
a. Estrutura simples.
b. Custo baixo.
**Desvantagens:**
a. A posição de instalação é alta, o que dificulta a operação.
b. É necessário espaço na parte superior para a instalação dos conectores.
**Vantagens do método de operação com conexões laterais:**
a. A ação é fácil de ser realizada.
b. Durante as vibrações, podem surgir altas tensões nos suportes.
c. É fácil que haja corrosão nos suportes.
**Vantagens da utilização de engrenagens helicoidais para transmissão de movimento:**
a. Selamento completo e lubrificação adequada.
b. Aumenta a altura do dispositivo de acionamento.
**Quando se utiliza o fechamento manual de emergência, é preciso levar em consideração o tempo necessário para girar a roda manualmente.**
**Ajuste manual individual – preço baixo.**
Porém, devido às vibrações (geradas pela alça da roda), os componentes internos da válvula podem ser danificados, ou os suportes de ferro fundido podem se quebrar.

**II. Dispositivos elétricos para válvulas**
Os dispositivos elétricos para válvulas podem ser divididos em dois tipos, conforme o modo de saída: tipo Z (com múltiplas rotações) – Figura 1, e tipo Q (com rotações parciais) – Figura 2. O primeiro é usado em válvulas com haste de elevação, como válvulas de globo, válvulas de corte, válvulas de regulação e válvulas de diafragma, entre outras ； Este último é usado em válvulas esféricas, válvulas de borboleta e outras válvulas que se abrem e fecham em um ângulo de 90°. Vantagens e desvantagens dos dispositivos elétricos para válvulas

**Vantagens:**
a. Alta versatilidade, não sendo afetados pela temperatura ambiente.
b. Ampla faixa de torque de saída.
c. Fácil controle, o que facilita a automação dos sistemas de processo.
d. Possibilidade de miniaturização.
e. Possui mecanismo de travamento automático.
f. Fácil instalação, manutenção e reparo.

**Desvantagens:**
a. Estrutura complexa.
b. Eficiência mecânica baixa, geralmente entre 25% e 60%.
c. A velocidade de rotação de saída não pode ser muito alta ou muito baixa.
d. Sensível às variações de tensão e frequência da fonte de energia.

**III. Dispositivos pneumáticos para válvulas**
Os dispositivos pneumáticos para válvulas são amplamente utilizados em ambientes onde há necessidade de proteção contra explosões. De acordo com as características estruturais, eles podem ser divididos em três tipos: dispositivos pneumáticos de membrana, dispositivos pneumáticos com cilindros e dispositivos pneumáticos oscilantes. Além disso, existem também dispositivos pneumáticos baseados em motores pneumáticos. Dispositivos pneumáticos típicos e sistemas de tubulações de ar. Estrutura do dispositivo pneumático de cilindro único
Vantagens:
a. Estrutura simples.
b. Fonte de ar fácil de obter.
c. É possível alcançar velocidades elevadas de abertura e fechamento.
d. É possível instalar aceleradores, permitindo ajustar a velocidade de abertura e fechamento conforme necessário.
e. O gás possui grande capacidade de compressão, o que permite um fechamento flexível.

Desvantagens:
a. Em comparação com os dispositivos hidráulicos, sua estrutura é maior; portanto, não é adequado para válvulas de grande diâmetro e alta pressão. b. Como os gases são compressíveis, sua velocidade não é fácil de ser uniforme. IV. Dispositivos hidráulicos: Os dispositivos hidráulicos para válvulas são compostos por três partes principais: a fonte de energia, o mecanismo de controle e o mecanismo de execução. A função da fonte de energia é transformar a potência útil dos motores elétricos ou pneumáticos em força hidráulica, utilizada para o transporte de líquidos. A parte de controle é composta por válvulas de controle, como válvulas de controle de pressão, válvulas de controle de vazão, válvulas de controle de direção e sistemas de controle elétrico. Existem dois tipos de atuadores: um é o atuador a cilindro de óleo, que permite movimento linear alternado ； Outro tipo é o atuador com motor a óleo, que realiza movimento de rotação. Vantagens e desvantagens dos dispositivos hidráulicos

**Vantagens:**
a. Estrutura simples, compacta e de pequeno tamanho.
b. Força de saída elevada, com transmissão suave e confiável.
c. É possível obter velocidades baixas ou altas, sendo fácil ajustar a velocidade.
d. Permite controle automático à distância.
e. A viscosidade do óleo hidráulico aumenta a eficiência; além disso, o óleo possui propriedades autolubrificantes e antiferrugem.

**Desvantagens:**
a. A temperatura do óleo pode causar mudanças em sua viscosidade.
b. Os componentes hidráulicos e os tubos podem vazar.
c. A instalação e manutenção dos tubos são difíceis.
d. Não é adequado para realizar diversos cálculos com sinais elétricos.

**V. Dispositivos de acionamento conjunto**
Os dispositivos de acionamento hidráulico podem ser combinados com sistemas elétricos e pneumáticos, formando sistemas elétrico-hidráulicos e pneumático-hidráulicos. A Figura 9 mostra a válvula de corte de emergência acionada por ar e líquido, que faz parte do sistema de regulação do corte dos tubos. Vantagens e desvantagens dos dispositivos de acionamento eletro-hidráulicos
Vantagens: a. Alta força de saída; b. Ação rápida na abertura e fechamento das válvulas.
Desvantagens: a. Preço elevado; b. Estrutura complexa.

Vantagens e desvantagens dos dispositivos de acionamento pneumo-hidráulicos
Vantagens: a. Estrutura compacta, transmissão suave, e é possível obter um grande torque de saída; b. É possível escolher a fonte de energia mais econômica e adequada, de acordo com as condições de uso; c. É possível ajustar com precisão o torque de saída por meio da válvula de alívio de pressão; d. Facilidade de regulação da velocidade, com ampla faixa de ajuste, além de ser uma regulação contínua; e. Pode atender às necessidades de controle automático de diversos tipos; f. É possível utilizar acumuladores no sistema de acionamento das válvulas.
Desvantagens: a. Preço elevado; b. Estrutura complexa, com baixa confiabilidade