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Esta postagem foi editada pela última vez por Wang Tianze em 18/12/2016, às 19:56. Seleção correta e precauções ao usar válvulas de controle – continuem a contribuir com suas ideias e discussões: handshake As válvulas de controle são elementos de execução finais nos sistemas de controle de processos industriais. Em sistemas de automação para produção contínua industrial, elas são geralmente utilizadas para controlar diversos parâmetros do processo, a fim de regular aspectos como pressão, temperatura, vazão e nível do fluido. Por isso, são frequentemente chamadas de “mãos e pés” na automação da produção industrial. A qualidade de sua aplicação reflete diretamente na qualidade de regulação do sistema. Como elemento de execução final no controle de processos, sua importância é agora compreendida com maior profundidade do que no passado. Para que a válvula de regulação funcione bem, além da qualidade do produto e do fato de o usuário instalá-la, utilizá-la e mantê-la corretamente, é muito importante realizar um cálculo preciso para sua seleção. Devido a erros na seleção dos cálculos, o funcionamento do sistema torna-se instável, e há muitos casos em que ele nem sequer consegue ser utilizado. Portanto, os usuários e os projetistas de sistemas devem reconhecer plenamente a importância das válvulas de regulação no local de aplicação, sendo necessário dar atenção suficiente à seleção dessas válvulas. Os princípios gerais para a seleção de válvulas de regulação são: sob a premissa de atender às funções de uso, a válvula escolhida deve ter estrutura simples, desempenho confiável, preço acessível, longa vida útil e ser fácil de manter. A seguir, será dado destaque à escolha do tipo de válvula de regulação e à seleção dos acessórios. 1 Escolha do tipo de válvula reguladora Existem muitas maneiras de classificar as válvulas reguladoras. Atualmente, no país e em nível internacional, a classificação mais comum é feita com base na estrutura, no princípio de funcionamento e na função da válvula. No total, existem 9 categorias principais: válvulas reguladoras de assento único, válvulas reguladoras de assento duplo, válvulas reguladoras de tipo “casaco”, válvulas reguladoras angulares, válvulas reguladoras de três vias, válvulas de diafragma, válvulas borboleta, válvulas esféricas e válvulas de rotação excêntrica. Esses nove tipos de produtos são os mais básicos e comuns; eles também são chamados de produtos padrão. Os demais produtos são desenvolvidos a partir desses, levando em consideração as necessidades práticas de aplicação; esses são chamados de produtos especiais. 1.1 Características das válvulas de regulação do tipo padrão e sua seleção correta 1.1.1 Válvula de regulação de assento único em linha A válvula de regulação de assento único em linha possui apenas um elemento de controle e um assento, o que permite uma vedação eficaz. Pode-se utilizar uma vedação rígida entre metais, ou uma vedação macia entre metal e polietileno tereftalato ou outros materiais compósitos. O valor padrão de vazamento é de 0,01%C (onde C é o coeficiente de vazão nominal). É permitida uma pequena diferença de pressão, e a capacidade de fluxo também é limitada. Por exemplo, para uma válvula de regulação de assento único com diâmetro DN100, a diferença de pressão permitida é de apenas 120 kPa, e a capacidade de fluxo é de 100. Possui um fluxo complexo, mas uma estrutura simples. É adequado para ambientes em que são exigidas condições rigorosas de vedação e onde há uma pequena diferença de pressão, em meios limpos. No entanto, as válvulas de regulação de pequeno porte (DN1/2, 3/4, 20) também podem ser utilizadas em situações com maior diferença de pressão. É uma das válvulas de regulação mais amplamente utilizadas. Quando projetada adequadamente, pode ser usada como válvula de corte. A forma do núcleo da válvula determina as características do fluxo; após o desgaste, ele perde suas propriedades originais. A substituição do núcleo pode alterar essas características. Porém, o meio fluido exerce uma grande força sobre o núcleo da válvula, ou seja, a força de desequilíbrio é alta. Por isso, é necessário utilizar um atuador com maior capacidade de empuxo. Assim, em aplicações com grande diferença de pressão e diâmetro grande, não é recomendado o uso deste tipo de válvula reguladora. Ao selecionar esta válvula, deve-se prestar especial atenção à verificação da diferença de pressão, para evitar que ela seja forçada a abrir. 1.1.2 Válvula reguladora de dois assentos em linha A válvula reguladora de dois assentos em linha possui dois elementos de válvula e dois assentos. Como a força que empurra o elemento de válvula superior para cima é praticamente equilibrada pela força que empurra o elemento de válvula inferior para baixo, a força desequilibrada que atua sobre todo o elemento de válvula é pequena. Isso permite que haja uma grande diferença de pressão. Por exemplo, uma válvula reguladora de dois assentos com diâmetro DN100 pode suportar uma diferença de pressão de 280 kPa. Além disso, sua capacidade de fluxo é alta. Em comparação com outras válvulas reguladoras do mesmo diâmetro, as válvulas de dois assentos permitem o fluxo de mais fluido. A capacidade de fluxo das válvulas de dois assentos é aproximadamente 20% a 50% maior do que a das válvulas de um único assento. Por exemplo, a capacidade de fluxo da válvula reguladora de dois assentos DN100 é de 160. Portanto, para obter a mesma capacidade de fluxo, válvulas de regulação de dois assentos podem utilizar atuadores com menor força de acionamento. A válvula reguladora de dois assentos utiliza dupla orientação, superior e inferior. Por isso, é fácil converter uma válvula de montagem normal em uma de montagem invertida, ou vice-versa: basta inverter a posição do núcleo e do assento da válvula para fazer essa conversão, sem necessidade de alterar o tipo de ação direta ou inversa do atuador. Nos válvulas de regulação de dois assentos, os discos superior e inferior não conseguem se fechar ao mesmo tempo, o que resulta em um alto nível de vazamento. O valor padrão de vazamento é de 0,1%C (onde C é o coeficiente de vazão nominal) ； O seu fluxo é complexo, o que o torna inadequado para aplicações com grandes diferenças de pressão. Nesses casos, a válvula é submetida a uma grande pressão do fluido em movimento, o que pode causar formação de vaporização e cavitação, aumentando assim a erosão da própria válvula. Além disso, ele também não é adequado para o controle de fluidos com fibras ou alta viscosidade. 1.1.3 Válvulas de regulação de tipo “sleeve” As válvulas de regulação de tipo “sleeve” são também conhecidas como válvulas de gaiola. Seu componente interno é composto por um núcleo da válvula e uma gaiola. A gaiola pode ser de tipo “single seat”, ou então de tipo “double seat” ou “angular”. Existem duas estruturas possíveis: com selo único e com selo duplo. A primeira estrutura corresponde à válvula de regulação de tipo “single seat”, sendo adequada para situações em que se necessita de um único ponto de controle ； Este último equivale a uma válvula de regulação de dois assentos, sendo adequado para aplicações que exigem válvulas de regulação de dois assentos. Além disso, possui boa estabilidade, facilita a carga e descarga, é fácil de manter, além de reduzir o ruído e os efeitos da cavitação. No entanto, seu preço é 50% a 200% mais alto do que o das válvulas de regulação de assento único ou duplo. Além disso, são necessárias juntas de vedação especiais. Sua aplicação é bastante ampla, ficando atrás apenas das válvulas de regulação de assento único ou duplo. Porém, não deve ser utilizado em meios sujos ou em meios que tendem a cristalizar ou formar incrustações. 1.1.4 Válvula de regulação em formato angular A válvula de regulação em formato angular é uma válvula de regulação de assento único, com estrutura especial do corpo da válvula. É adequada para determinados tipos de tubulações e condições de fluxo de fluidos. Nessa válvula, o corpo da válvula, que normalmente é reto, é transformado em formato angular (equivalente a um cotovelo). A forma de regulação do fluxo e as condições de esforço aplicados são exatamente as mesmas das válvulas de regulação de assento único. Mantém as características de vazamento reduzido e pequena diferença de pressão permitida dos válvulas de regulação de único assento. Além disso, devido à sua estrutura simples de fluxo e às suas propriedades de “autolimpeza”, pode ser utilizado com meios não limpos. Pode ainda ser aprimorado para se tornar uma válvula angular anti-obstrução, adequada para condições em que há partículas suspensas no meio, sendo especialmente útil em situações em que o espaço de instalação é limitado. 1.1.5 Válvula de regulação de três vias A válvula de regulação de três vias utiliza o próprio elemento de direção da válvula para funcionar. Quando é necessário alterar o modo de operação entre “aberto por ar” e “fechado por ar”, é preciso substituir o atuador. Vale ressaltar que os conceitos de “aberto por ar” e “fechado por ar” são diferentes dos de outras válvulas de regulação. É necessário esclarecer se esses modos se referem à posição horizontal ou vertical. Possui três canais e pode substituir duas válvulas de regulação de assento simples, sendo utilizado para dividir e combinar dois fluxos em situações em que a diferença de temperatura é ≤150°C. Quando DN≤80mm, a válvula de combinação pode ser utilizada para dividir os fluxos. 1.1.6 Válvula de regulação com diafragma A válvula de regulação com diafragma é composta por um diafragma resistente à corrosão e por um corpo da válvula revestido com material resistente à corrosão. Sua estrutura é simples, sendo adequada para ambientes com fluidos sujos ou pouco corrosivos, em aplicações que exigem interrupção total do fluxo. É um dos primeiros válvulas de regulação. Devido às suas características de fluxo que permitem uma abertura rápida, sua qualidade de regulação é precária. Além disso, ela é afetada pelo material do diafragma e do revestimento, o que a impede de ser utilizada em condições de alta temperatura e pressão. Geralmente, a pressão de operação não deve exceder 1,6 MPa, e a temperatura de operação não deve passar de 150°C. Por fim, como o diafragma se deteriora facilmente e tem vida útil curta, ela é pouco utilizada atualmente. 1.1.7 Válvula de borboleta – A válvula de borboleta funciona como um trecho de tubulação que serve como corpo da válvula; no seu centro, há uma placa que controla o fluxo de fluido. É a válvula de regulação rotativa mais comum, utilizada para controle. É adequado para baixa e média pressão, ou, em poucos casos, para altas pressões estáticas e grandes vazões, mas há limitações na diferença de pressão. Devido ao seu tamanho pequeno e peso leve, é de 4 a 10 vezes mais leve do que os reguladores de válvula esféricos de mesmo diâmetro. A relação entre o diâmetro e o preço é favorável, tornando-o especialmente adequado para aplicações com grandes diâmetros; além disso, quanto maior o diâmetro do regulador de válvula, mais pronunciada é essa característica. Geralmente, quando DN>300mm, costuma-se usar válvulas borboleta para isso. 1.1.8 Válvulas esféricas As válvulas esféricas são um produto consolidado e antigo. Existem válvulas esféricas do tipo “O” e do tipo “V”. Elas possuem o fluxo mais simples, a menor resistência ao fluxo e as menores perdas de pressão. Além disso, têm uma excelente capacidade de autolimpeza. “A válvula esférica em formato “O” é um tipo de válvula de regulação sem resistência. Em comparação com outros modelos da mesma categoria, ela possui o maior coeficiente de vazão nominal. É frequentemente utilizada em situações que exigem grandes volumes de fluxo ou quando se lida com meios não limpos ； “A válvula esférica em formato “V” oferece características de vazão aproximadamente logarítmicas, além de um grande grau de ajuste. Quando o núcleo esférico em formato “V” gira em relação ao assento da válvula, é gerada uma força de cisalhamento. Isso a torna especialmente adequada para o controle e interrupção do fluxo em meios com alta viscosidade, fluxos suspensores, polpa de papel e outros meios sujos e contendo fibras. As válvulas esféricas são relativamente caras. 1.1.9 Válvula de rotação excêntrica, também conhecida como válvula de flexão por camisa, combina as vantagens das válvulas esféricas e das válvulas de borboleta. Possui um fluxo de fluido simples, além de boas propriedades de “autolimpeza” e de regulação. É adequada para ambientes com meios fluidos cristalinos, turvos ou sujos ； O corpo da válvula tem pequeno volume e baixo peso, podendo ser montado de forma flexível, sem a necessidade de substituir quaisquer peças, dependendo do local de instalação ； O coeficiente de vazão nominal é alto; ele é 10% a 30% maior do que o das válvulas de regulação de um ou dois assentos com o mesmo diâmetro. Além disso, a relação de ajuste é elevada, podendo chegar a 100:1 ； A vedação do assento da válvula é confiável; devido à flexibilidade do braço de suporte do obturador e ao seu movimento de rotação excêntrica esférica, o torque de operação necessário é reduzido, compensando algumas assimetrias. A válvula opera de forma estável tanto com fluxo aberto quanto fechado, e sob grandes diferenças de pressão ； Durante o ajuste proporcional, é necessário utilizar um posicionador. Ao alterar a posição da placa saliente no posicionador, é possível obter facilmente um fluxo linear ou com porcentagens constantes. 1.2 Escolha de válvulas de regulação especiais Para aplicações especiais, com base nas válvulas de regulação mencionadas acima, é possível prolongar a tampa superior da válvula e adicionar radiadores, a fim de utilizá-las em condições de baixa e alta temperatura ； O uso de vários molas no mecanismo de acionamento permite reduzir o volume e o peso do próprio válvula de regulação ； A aplicação de uma série de medidas de redução de ruído pode resultar no projeto de uma válvula reguladora de baixo ruído. Além disso, existem também válvulas de regulação com estrutura de separação do corpo da válvula, o que facilita a manutenção e a limpeza ； Válvula de regulação de corte rápido utilizada para requisitos de ação em cadeia rápida ； Válvula de regulação de baixo fluxo projetada para requisitos de controle de baixo fluxo ； Válvulas de regulação com vedação de mangueira ondulada, entre outras, são utilizadas para evitar vazamentos. Esses tipos especiais de válvulas de controle são válvulas especializadas, projetadas para atender a processos de produção específicos ou a determinadas aplicações, sendo, portanto, não padronizadas. Elas têm como características condições de trabalho complexas, requisitos de uso elevados e pequenos lotes de produção. Essas válvulas de controle geralmente são desenvolvidas a partir de produtos de tipo padrão, que são adaptados e aprimorados para atender aos requisitos de uso. Portanto, primeiro deve-se determinar seu formato básico com base na não-especificidade, e somente depois se devem definir os formatos modificados e os materiais correspondentes, levando em consideração as características específicas. 2 Seleção de acessórios Os principais acessórios de uma válvula reguladora são: localizador de válvula, interruptor de posição da válvula, válvula de retenção pneumática, atuador pneumático, válvula eletromagnética, filtro e redutor de pressão de ar, mecanismo de roda manual, transmissor de posição da válvula e conversores, entre outros. Entre eles, existem posicionadores de válvulas elétricos e pneumáticos, que são utilizados principalmente para melhorar as características de funcionamento das válvulas de regulação, garantindo um posicionamento preciso. Eles também aumentam a linearidade da posição da válvula de regulação, reduzem o atraso na transmissão dos sinais de regulação, alteram as características de vazão da válvula de regulação e modificam a faixa de resposta da válvula aos sinais de pressão. Dessa forma, é possível realizar um controle em várias etapas e um posicionamento preciso. É um dos principais acessórios da válvula de regulação; seu bom ou mau funcionamento afeta diretamente o desempenho e a qualidade da válvula de regulação e do sistema de regulação como um todo. A seguir, são apresentados os principais fatores a serem considerados na escolha de um posicionador de válvula: 1) Se o posicionador de válvula consegue realizar a função de “divisão de faixa”, ou seja, se ele responde apenas a um determinado intervalo do sinal de entrada. Se o posicionador da válvula puder realizar essa função, será possível usar um sinal de entrada para controlar duas ou mais válvulas reguladoras, de acordo com as necessidades reais ； 2) A calibração do ponto zero e da faixa de medição é fácil? A calibração é independente? Qual é a estabilidade? ； 3) Qual é a precisão do posicionador de válvulas? Em condições de funcionamento ideais, para um determinado sinal de entrada, os componentes internos da válvula de regulação (incluindo o corpo da válvula, o eixo da válvula, o assento da válvula, etc.) devem se posicionar com precisão na posição desejada, independentemente da direção do movimento ou da carga que esses componentes precisam suportar ； 4) Qual é a velocidade de resposta e quais são as características de frequência do posicionador de válvula? Isso porque o localizador de válvulas pode comparar continuamente o sinal de entrada com a posição da válvula e ajustar sua própria saída com base no desvio entre eles. Se o localizador da válvula responder rapidamente a esse tipo de desvio, então a quantidade de fluido que flui por unidade de tempo será maior. Assim, o sistema de controle responde mais rapidamente às mudanças no ponto de ajuste e na carga, ou seja, o erro do sistema diminui, e a qualidade do controle melhora. Em geral, quanto maior a característica de frequência, ou seja, quanto maior a sensibilidade à resposta em frequência, melhor é o desempenho do controle. É importante notar que a avaliação das características de frequência deve ser feita por meio de uma combinação de métodos experimentais e teóricos, e não apenas com base na teoria. Além disso, os métodos experimentais devem ser estáveis e científicos. Também é necessário levar em consideração tanto o posicionador da válvula quanto o atuador ； 5) Após a combinação do posicionador de válvula com o controlador de vazão, como muda a resolução de posicionamento? A resolução de posicionamento tem um impacto muito significativo na qualidade de controle do sistema de regulação. Quanto maior a resolução, mais próximo será o posicionamento da válvula de regulação do valor ideal. Dessa forma, as flutuações causadas pelo excesso de ajuste da válvula podem ser efetivamente controladas, alcançando assim o objetivo de limitar as variações periódicas da grandeza a ser regulada. 6) A pressão máxima de ar de alimentação nominal do posicionador de válvula corresponde à pressão operacional nominal do atuador? A instalação e a conexão são fáceis? Qual é o volume e o grau de manutenção necessários, etc.? E, além do posicionador de válvula, os outros tipos de acessórios são relativamente simples, não sendo necessário repetir isso aqui. Todos os acessórios têm a função de complementar e garantir o funcionamento correto da válvula de regulação. Ao escolhê-los, deve-se seguir o princípio de adicionar apenas o que é necessário e descartar o que não é essencial; caso contrário, isso só aumentará os custos de operação do sistema de controle e reduzirá sua confiabilidade. 3 Conclusões A escolha correta da válvula de regulação é o primeiro e mais importante passo para seu bom uso. A qualidade dessa escolha afeta diretamente o desempenho da válvula de regulação, o que por sua vez influencia a qualidade do controle do sistema. É claro que a seleção do modelo é um processo bastante complexo; além disso, trata-se de uma verdadeira ciência, que exige constante exploração e reflexão na prática. Portanto, é necessário que, na escolha das válvulas de regulação, tenhamos conhecimento adequado sobre o assunto e dominemos certos métodos e técnicas. Somente assim é possível que essas válvulas desempenhem verdadeiramente o papel de “mãos e pés” no controle automático dos processos industriais.