Baixe Instrumentação - Válvulas e outras Provas em PDF para Tecnologia Industrial, somente na Docsity! 1 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS GSp Sc Spv B E TIC PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS TIPOS DE VÁLVULAS Os tipos de válvulas classificam-se em função dos respectivos tipos de corpos, e portanto, quando estivermos falando de tipos de válvulas deve-se subentender tipos de corpos. Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: • Corpo • Atuador 2 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS FUNCIONAMENTO DA VÁLVULA Sinal de saída do regulador (3 psi) Sinal de saída do regulador (15 psi) Escape Motor ou Atuador Mola Haste Indicador Castelo Obturador SedeCorpo Diafragma Válvula Aberta Válvula Fechada PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS POSIÇÃO DE SEGURANÇA POR FALHA POSIÇÃO DE FALHA DA VÁLVULA ATUADOR OBTURADOR (tipo de montagem) ABERTA (AFA) FECHADA (FFA) DIRETO POR CIMA INVERSO POR BAIXO INVERSO POR CIMA DIRETO POR BAIXO ESQUEMA 5 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULA DE DESLOCAMENTO LINEAR Define-se por válvula de deslocamento linear, a válvula na qual a peça móvel vedante descreve, um movimento retilíneo, acionada por uma haste deslizante. Para cada tipo de processo ou fluído sempre temos pelo menos um tipo de válvula que satisfaça os requisitos técnicos de processo, independente da consideração econômica. Cada um desses tipos de válvulas possuem as suas vantagens, desvantagens e limitações que dependem do tipo de processo. PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULA DE DESLOCAMENTO ROTATIVO Os tipos de válvulas classificam-se em função dos respectivos tipos de corpos, e portanto, quando estivermos falando de tipos de válvulas subentenderemos tipos de corpos. Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: • Corpo • Atuador 6 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS Classe de Vazamento Definição da Classe Tipos de Válvulas CLASSE I Qualquer válvula pertencente as classes II, III ou IV, porém mediante acerto entre fabricante e usuário não há necessidade de teste Válvulas listadas nas classes II, III e IV CLASSE II Vazamento de até 0,5 % da capacidade máxima de vazão Válvulas Globo Sede Dupla, Válvulas Globo Gaiola balanceadas. Superfície de assentamento metal – metal CLASSE III Vazamento de até 0,1 % da capacidade máxima de vazão Válvulas listadas como pertencentes a classe II, porém possuindo uma maior força de assentamento CLASSE IV Vazamento de até 0,01 % da capacidade máxima de vazão Válvulas Globo Sede Simples com assentamento metal – metal. Válvulas de Obturador Rotativo Excêntrico CLASSE V Vazamento de até 5 x 10-4 cm3 por minuto de água, por polegada de diâmetro de orifício, por psi de pressão diferencial ou 5 x 10-12 m3 por segundo de água, por mm de diâmetro do orifício por bar de pressão diferencial Válvulas instaladas na classe IV, porém utilizadas com atuadores superdimensionado para aumentar a força de assentamento. Vazamento Máximo Permissível Diâmetro Nominal do orifício de passagem em “ cm3 / min Bolhas / min 1 O,15 1 1 ½ 0,30 2 2 0,45 3 2 ½ 0,50 4 3 0,90 5 4 1,70 11 6 4,00 27 CLASSE VI 8 6,75 45 Válvulas Globo com assentamento composto ( soft seat ). Válvulas borboletas revestidas com sedes de elastômeros ou com anéis de vedação. Válvulas esferas com anéis de TFE. Válvulas diafragmas. Válvulas de obturador rotativo excêntrico com assentamento composto PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho             − .)7 ;)6 ;)5 ;)4 ;)3 ;ˆ)2 ;)1 ) Guilhotina partidoBi Diafragma AngularGlobo GaiolaGlobo viasseTrGlobo alConvencionGlobo linearentoDedeslocama        Esfera.deSegmento4) ntrico;êExcObturador3) Esfera;2) Borboleta;1) rotativoentoDedeslocam)b INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS 7 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULAS GLOBO Válvula de deslocamento linear, corpo de duas vias, com formato globular, de passagem reta, internos de sede simples ou de sede dupla. É a que tem maior uso na indústria e o termo globo é oriundo de sua forma, aproximadamente esférica. Sua conexão com a linha pode ser através de flanges rosca ou solda. Ela será de sede simples ou dupla, de acordo com o número de orifícios que possua para a passagem do fluído. PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULAS GLOBO SEDE SIMPLES Uma válvula globo sede simples reversível o obturador é guiado na base, no topo e/ou em sua saia e sua montagem faz com que a válvula fecha ao descer a haste. A fig., mostra os mesmos componentes montados de tal forma que a válvula abra ao descer a haste. Este tipo de corpo é fabricado em tamanhos de 1/2” até 12” e em valores de pressão ASA de 600 PSI. Valores de pressão de 900 a 1.500 PSI são fabricados em tamanhos menores. 10 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULAS TIPO DIAFRAGMA Este tipo de válvula, cuja configuração é totalmente diferente das outras válvulas de controle, é utilizada no controle de fluídos corrosivos, líquidos altamente viscosos e líquidos com sólidos em suspensão. A válvula de controle tipo diafragma consiste de um corpo em cuja parte central apresenta um encosto sobre o qual um diafragma móvel, preso entre o corpo e o castelo, se desloca para provocar o fechamento. Possui como vantagem um baixo custo, total estanqueidade quando fechada, já que o assento é composto, e facilidade de manutenção. Como desvantagem 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 aplicação em controle modelado. Outra desvantagem é que devido ao material do seu obturador (diafragma de neoprene ou Teflon ), a sua utilização é limitada pela temperatura do fluído em função do material do diafragma. PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULAS TIPO 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. Devido a ser uma válvula utilizada em fluídos altamente corrosivos, o material do corpo é bastante 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. 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 sede). 11 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULAS TIPO GUILHOTINA Trate-se de uma válvula originalmente projetada para a indústria de papel e celulose, porém, hoje em dia a sua aplicação tem atingindo algumas outras aplicações em indústrias químicas, petroquímicas, açúcareiras, abastecimentos de água, etc. Contudo, a sua principal aplicação continua sendo em controle biestável com fluídos pastosos, tais como massa de papel. Fabricada em diâmetros de 2” até 24” com conexões sem flanges para ser instalada entre par de flanges da tubulação. PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULAS TIPO BORBOLETA Válvula de deslocamento rotativo, corpo de duas vias de passagem reta, com internos de sede simples e elemento vedante constituídos por um disco ou lâmina de formato circular acionados por eixo de rotação axial. São muito usadas em tamanhos maiores que 3” e são fabricadas em tamanhos tão pequenos quanto 1”. A válvula borboleta consiste de um corpo cilíndrico com um disco solidário a um eixo instalado perpendicularmente ao eixo do cilindro. O corpo cilíndrico pode ser flangeado em ambas as extremidades, ou fabricado na forma de um anel sólido. 12 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULAS TIPO ESFERA Devido ao seu sistema de assentamento, proporciona uma vedação estanque, constituindo-se numa das poucas válvulas de controle que além de possuir ótimas condições de desempenho de sua principal função, (isto é, prover uma adequada ação de controle modulado) permite, ainda uma total estanqueidade quando totalmente fechada. O corpo da válvula e do tipo bipartido (para possibilitar a montagem dos internos), sendo que a esfera gira em torno de dois anéis de Teflon (construção padrão) alojados no corpo e que fazem a função de sede. Possibilita a passagem do fluído em qualquer direção sem problemas dinâmicos, e possui um curso total de 90º. PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS VÁLVULAS TIPO EXCENTRICO ROTATIVO Possui corpo, com extremidade sem flanges, classe 600 lbs, sendo fabricada em diâmetros de 1” até 12” . O curso do obturador é de 50º em movimento excêntrico da parte esférica do obturador. possibilitando uma redução do torque de atuação permitindo uma operação mais estável com o fluído entrando na válvula em qualquer sentido. Apresenta, quando totalmente fechada, um índice de vazamento de 0,01% da sua máxima capacidade de fluxo, sendo uma válvula de nível de vazamento Classe IV conforme a ANSI B16.104 . 15 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho Material da Serviço Pressões Lubrificação Tipo de Castelo Gaxeta Norm. Longo Extra- longo Teflon Limitado àqueles fluidos não atacam o teflon e aço inox tipo 3/6 (material da mola da gaxeta). Líquidos e Gases secos - 1500 psi Vapor - 250 psi Não -18 à 232ºC -45 à 430ºC -268 à 430ºC Amianto com Teflon Todo excepto Alcalis quentes e Ácido hidrofluorídric o quente. Líquidos e Gases secos 6500 psi Vapor 250 psi opcional, porém recomendada -18 à 232ºC -45 à 430ºC -268 à 430ºC Amianto grafitado com fios de Inconel Vapor ou Petróleo Qualquer fluido 6500 psi Sim -18 à 232ºC -45 à 540ºC -45 à 540ºC INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS CONEXÕES As válvulas são presas à tubulação por meio do tipo de conexões localizadas nas extremidades do corpo das válvulas. Tais tipos podem ser: Rosqueadas; Flangeadas; Sem flanges; Soldadas. 16 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS CONEXÕES As conexões das extremidades do corpo, tipo rosqueadas são limitadas à utilização, em apenas válvulas de pequeno porte (no máximo até 2” de diâmetro) e para serviços auxiliares não corrosivos em pressões de até 600 PSI. O tipo de conexão rosqueada mais comumente utilizada é o normalizado pela ANSI B.2.1 também denominada de rosca N.P.T. O tipo de conexão mais amplamente utilizado é sem dúvida alguma a flangeada, que pode ser executada conforme as normas ANSI, DIN ou ISO, embora prevaleça, aqui no Brasil, uma predominância quase que total dos flanges conforme norma ANSI. Em função dos limites combinados de pressão e temperatura, doravante aqui denominados por apenas classe, as conexões flangeadas das extremidades da válvula podem ser classe 150, 300, 600, 900, 1500 e 2500 lbs. Entende-se por classe a pressão nominal admissível de trabalho (em PSI), sem choques a uma determinada temperatura. PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho Distância do Face a Face (mm)Diâmetro da Válvula (poleg.) Classes 125 lbs (Ferro) 150 lbs (Aço) Classes 250 lbs (Ferro) 300 lbs (Aço) Classe 600 lbs (Aço) 1/2 3/4 1 1.1/2 2 2.1/2 3 4 6 8 10 12 14 16 _ _ 184 222 254 276 298 352 450 542 673 736 889 1016 190 194 197 235 267 292 317 368 473 568 708 774 927 1057 203 206 210 251 286 311 337 394 508 610 752 820 972 1108 INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS A distância do face a face entre os flanges das válvulas com conexões flangeadas até classe 600 lbs inclusive é normalizada pela ISA RP 4.1. , exceção feita às válvulas tipo Diafragma e Angular. Na tabela são dadas as medidas dessa distância do face a face conforme Norma ISA RP 4.1. 17 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho GUIA PRÁTICO PARA A SELEÇÃO DA CARACTERÍSTICA DE VAZÃO VARIÁVEL DO PROCESSO A SER CONTROLADA CONDIÇÕES DO PROCESSO CARACTERÍSTICA DE VAZÃO A SER UTILIZADA Nível Líquido Queda de pressão constante Diminuindo a queda de pressão com o aumento de vazão: se a queda de pressão à vazão máxima for maior que 20% da queda de pressão à vazão mínima Diminuindo a queda de pressão com o aumento de vazão: se a queda de pressão à vazão máxima for menor que 20% da queda de pressão à vazão mínima Aumentando a queda de pressão com o aumento de vazão: se a queda de pressão à vazão máxima for maior que 200% da queda de pressão à vazão mínima Aumentando a queda de pressão com o aumento de vazão: se a queda de pressão à vazão máxima for menor que 200% da queda de pressão à vazão mínima Linear Linear Igual Porcentagem/ Parabólica Modificada Linear Abertura Rápida INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho GUIA PRÁTICO PARA A SELEÇÃO DA CARACTERÍSTICA DE VAZÃO VARIÁVEL DO PROCESSO A SER CONTROLADA CONDIÇÕES DO PROCESSO CARACTERÍSTICA DE VAZÃO A SER UTILIZADA Pressão Líquido Gases. Sistemas rápidos: volume pequeno, trecho de menos de 3 metros de tubulação à jusante da válvula de controle Gases. Sistemas lentos: volume grande ( o processo possue um receptor, sistema de distribuição ou linha de transmissão excedendo à 30 metros de tubulação à jusante). Diminuindo a queda de pressão com o aumento de vazão: se a queda de pressão à vazão máxima for maior que 20% da queda de pressão à vazão mínima Gases. Sistemas lentos: volume grande Diminuindo a queda de pressão com o aumento de vazão: se a queda de pressão à vazão máxima for menor que 20% da queda de pressão à vazão mínima Igual Porcentagem/ Parabólica Modificada Igual Porcentagem/ Parabólica Modificada Linear Igual Porcentagem/ Parabólica Modificada INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS 20 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS stem feedback input signal pressure feedback output pressure 4 - 20 mA µ based P W B relay I/P HART PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS Chaves indicadoras de posição São utilizadas para indicação remota da posição da haste da válvula. Essa indicação fornecida pela chave indicadora é do tipo duas posições, ou seja, possibilita a indicação, por exemplo, da válvula fechada e válvula aberta. São montadas diretamente na torre do atuador (caso seja atuador do tipo deslocamento linear) ou no adaptador (caso seja atuador tipo rotativo). 21 PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS Conversores eletropneumáticos. Estes dispositivos convertem o sinal elétrico da saída de um controlador eletrônico, em sinal pneumático compatível com o atuador pneumático da válvula de controle. Esses transdutores tanto podem ser corrente para pressão (I/ P), ou voltagem para pressão (E/P). O sinal de entrada de corrente é aplicado a um eletroímã. O campo magnético criado e a corrente produzem uma força que desloca a palheta, alterando a posição relativa entre a palheta e o bocal, aumentando ou diminuindo o sinal de pressão para a válvula de controle. PROJETOS EM INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - VÁLVULAS