Válvulas de Controle

INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais

7 Válvulas De Controle

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Professor João Batista


Tipos de Válvulas de Controle Válvula de Controle

Dispositivo capaz de regular a vazão de um fluído (líquido, gás ou vapor) que escoa através de um conduto fechado, por meio do posicionamento relativo de uma peça móvel que obtura a área livre de passagem do fluído; o deslocamento da peça móvel é promovido por um atuador motorizado, em resposta a um sinal externo de comando, permitindo abri ou fechar totalmente a válvula ou mantê-la em qualquer posição de seu curso, proporcionalmente ao sinal de comando; a energia de atuação é fornecida por uma fonte independente. ind ependente. Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: o corpo e o atuador. O corpo é à parte da válvula que executa a ação de controle permitindo maior ou menor passagem do fluido no seu interior, conforme a necessidade do processo. O conjunto do corpo divide-se basicamente nos seguintes subconjuntos: subconjuntos: a) Corpo propriamente dito; b) Internos; c) Castelo; d) Flange inferior..

Podemos agrupar os principais tipos de válvulas em dois grupos: Deslocamento Linear

1)Globo Convencional 2)Globo Três Vias; 3)Globo Gaiola; 4)Globo Angular; 5)Diafragma; 6)Bi - partida; 7)Guilhotina. Deslocamento Rotativo

1)Borboleta; 2)Esfera; 3)Obturador Excêntrico.

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais Válvulas de deslocamento linear da haste .

Define-se por válvula de deslocamento linear, a válvula, na qual a peça móvel vedante descreve um movimento retilíneo, acionado por uma haste deslizante; enquanto que uma válvula de deslocamento rotativo é aquela na qual a peça p eça móvel vedante. Descreve um movimento de rotação acionada por um eixo girante.

Válvula de controle tipo Globo Convencional Estamos neste item, falando sem duvida alguma, de uma das válvulas de controle mais completa e versátil. A figura figura mostra varias montagens da denominada válvula globo tipo sede simples. “É fabricada em diâmetros de ½” até 10” e com conexões das extremidades rosquead as (ate 2”), flangeadas flangeadas ou soldadas, nas classes de 150, 300, 600, 900 e 1500 lb.

Válvula globo Convencional tipo sede Simples. Neste tipo de válvula, o fluído no interior do corpo, passa através de um único orifício, conforme podemos notar pela figura anterior. Na figura anterior (a), notamos que o obturador é guiado duplamente, isto é, superior e inferiormente, e ainda um fato muito importante é que para a válvula fechar, o obturador deve movimentar-se para baixo, ou seja, deve descer. Tal tipo de montagem montagem de “desce para fechar” ou “normalmente abert aberta”. Por outro lado, na figura fi gura anterior (b), vemos a mesma válvula, só que o obturador esta invertido. Neste caso para a válvula abrir, o obturador tem que descer. Podemos notar que a única diferença entre essas duas válvulas é a posição de aberta e fechada em relação ao mesmo movimento do obturador, enquanto que a primeira o obturador ao descer fecha a 3


INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais válvula, a segunda abre-a em resposta ao mesmo movimento do obturador. Esta é, portanto, uma válvula “desce para abrir” ou mais conhecida conh ecida “normalmente fechada”. fechada”. Uma é inversa da outra out ra quando ao seu funcionamento. As principais particularidades particularidades da válvula globo sede simples são: proporciona uma boa vedação e possui obturador estaticamente não balanceado. Assim sendo podemos atingir um vazamento, quando a válvula estiver totalmente fechada de, no Maximo 0,01% da sua capacidade de vazão máxima.

Válvula de Controle Tipo Globo Sede Dupla A figura figura mostra duas montagens mo ntagens diferentes da válvula globo sede dupla, assim d enominada pelo fato do fluxo passar através de duas passagens ou orifícios.

Válvula Globo Convencional Tipo Sede Dupla

Na figura anterior (a), vemos uma válvula guiada duplamente e com obturador desce para fechar enquanto (b), a montagem do obturador obt urador é por baixo, tipo desce para abrir. A válvula válvula sede dupla é, portanto de corpo reversível. É fabricada normalmente em diâmetros de ¾” a 14”, e com conexões das extremidades rosquead as (até 2”), flangeadas ou soldadas, nas classes 150, 300, 600,

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais 900 e 1500 lbs. A principal principal vantagem da válvula sede dupla é o fato dela ser estaticamente quase estável sem necessitar, necessitar, portanto, de uma força de atuação a tuação tão grande quanto à válvula sede simples, conforme podemos deduzir com o auxílio da fi gura a seguir.

Como desvantagem, as válvulas sede dupla, apresentam um vaza mento, quando totalmente fechada de no máximo 0,5% da sua capacidade máxima de vazão.

Válvula de Controle Globo 3 Vias

Trata-se Trata-se de uma adaptação da válvula globo convencional para a utilização em aplicações de mistura ou separação de fluidos.

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais Válvula Globo de 3 vias

Na válvula tipo convergente conforme vemos pela figura ant erior (a) fluidos quaisquer e separados entram pelas vias (2) e (3), misturando-se numa determinada e desejada proporção saindo pela via (1) já misturados. A proporção da mistura é determinada pela posição do obturador relativa às duas sedes. Um deslocamento do obturador para cima faz diminuir a entrada de fluido por (2), aumentando simultaneamente a entrada do fluido por (3). É fabricada em diâmetros de ¾” até at é 8” e com conexões nas extremidades rosqueadas rosqueada s (até 2”), flangeadas ou soldadas. Podemos notar neste tipo de válvula um novo modo de guia dupla: superior e no anel de sede. s ede. Na figura anterior (b), vemos uma válvula 3 vias tipo divergente (série 906), na qual o fluido entra pela via (1) e sai em proporções definidas pelas vias (2) e (3). É fabricada em diâmetros de ¾” até 12” com extremidades rosqueadas (a ( até 2”), flangeadas flangeadas ou soldadas. Uma aplicação bastante conhecida da válvula 3 vias di vergente é o de desvio de um trocador t rocador de calor. As válvulas de 3 vias devido a sua configuração e utilização, não apresentam vedação completa, pois enquanto fecharmos um orifício o outro ficará completamente aberto.

Válvula Globo Tipo Gaiola

Trata-se Trata-se de uma válvula de concepção antiga porém totalmente renovada e aperfeiçoada nos últimos anos, fato esse que lhe possibilitou uma contínua e crescente utilização na quase totalidade dos processos industriais. A válvula tipo gaiola de internos substancialmente diferentes da globo convencional, o que será comentado mais criteriosamente quando formos tratar dos internos.

Válvula Globo Tipo Gaiola Sede Simples

Nas figuras seguintes (a) e (b) vemos dois exemplos deste tipo de válvula. O fluido entra por baixo do anel da sede, passando pelo orifício e pelas p elas janelas da gaiola. Apresentando apenas guia na gaiola, trata-se de uma válvula não balanceada como a globo convencional sede simples, pois a força do líquido tendendo abrir a válvula, não é balanceada e por isso apresenta o mesmo inconveniente de precisarmos de uma grande força de atuação. P ela figura abaixo, nota-se também que não sendo uma válvula de corpo c orpo reversível com o deslocamento do obturador de cima para baixo a válvula fecha, ou seja, s eja, desce para fechar. Se quisermos quisermos uma ação desce para abrir teríamos que alterar de alguma forma o sentido do movimento do obturador. obturador.

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais Apresenta um vazamento de 0,01% da sua máxima capacidade de vazão quando totalmente fechada e conforme a especificação da norma ANSI B16.104 possui um nível de vazamento classe IV. É fabricada em diâmetros de ½” at a ta 6” nas classes cl asses de 150, 300 e 600lbs. As conexões das extremidades podem ser rosqueadas (a t é 2”), flangeadas flangeadas ou soldadas.

Válvula globo tipo gaiola sede simples

Válvula Globo Tipo Gaiola Balanceada

Esta construção á basicamente similar a anterior conforme vemos pela figura abaixo. Apenas que neste caso o obturador é balanceado dinamicamente (como acontece na válvula globo sede dupla) devido ao orifício interno no obturador, que faz com que a pressão d o fluido comunique-se com ambos os lados do obturador, obturador, formando-se assim um balanceamento de forças. Precisamos, portanto, de uma menor força de atuação neste caso do que no n o anterior sede simples. O fluido neste tipo de construção entra por cima, conforme uma um a flecha indicativa presa ao corpo da válvula. Porém, da mesma forma que acontece com a globo convencional sede dupla, a válvula tipo gaiola balanceada, não apresenta boa vedação, permitindo um vazamento de até 0,5% da máxima capacidade de vazão da válvula, e conforme con forme a especificação normativa da ANSI B15.104.

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Válvula Globo tipo Gaiola Balanceada Válvula Globo Tipo Gaiola Modelo Micro-Fluxo

Utilizada para aplicações de baixa capacidade de forma a utilizarmos sempre internos de área de passagem reduzidos em relação ao diâmetro do corpo, a válvula tipo gaiola micro-fluxo é fabricada em diâmetros de corpo d dee ½ até 2” com internos de área de passagem de ¼ até 1”, nas Classes 150, 300 e 600 lbs. É uma válvula tipo sede simples e portanto sujeita a um vazamento de no máximo 0,01% da máxima capacidade ca pacidade de vazão. O problema de desequilíbrio de forças neste tipo de válvula não é tão grave, pois sendo a área de passagem bem pequena (máximo diâmetro diâ metro do orifício é 1”), 1”) , o produto da pressão de entrada vezes a área de passagem não vai va i ser tão grande. As conexões podem ser rosqueadas, flangeadas ou soldadas. sol dadas. Existem dois tipos de válvula micro-fluxo: a) “Micro- rasgo”: rasgo”: obturador com rasgos em “V” e guia no anel da sede. b) “Micro-contorno” Micro-contorno” : obturador sólido com guia na gaiola.

Válvula globo tipo gaiola micro-fluxo

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais Válvula Tipo Gaiola Angular Sede Simples

Este tipo de válvula apresenta uma configuração especial, como vemos pela figura abaixo (a), para determinadas aplicações nas quais haja necessidade de uma autodrenagem constante do fluido , ou em aplicações com fluidos lamacentos ( “slurries” ). ). Já que possibilita uma passagem menos obstruída que os outros tipos e válvulas globo convencionais ou gaiola, ou em casos ainda devido devido ao “layout” da tubulação, não temos possibilidade de instalação de outro tipo de válvula. Recentemente tem-se recomendado a utilização deste d este tipo de válvula em aplicações erosivas, já que neste tipo de construção o choque das da s partículas sólidas sobre as partes internas é muito diminuído, e em aplicações sob s ob efeito de “flashi ng” (vaporização do líquido na válvula).. É fabricada em diâmetros de 1” a 6” nas Classes 150, 300 e 600 lbs. As extremidades podem ser rosqueadas (até (até 2”), flangeadas flangeadas ou soldadas.

Válvula globo angular tipo gaiola

Válvula Tipo Gaiola Modelo Angular Balanceada

Válvula similar a dada anteriormente, ant eriormente, conforme vemos pela figura anterior (b). o obturador é balanceado no estilo gaiolo e, portanto não precisa de grandes forças de atuação. Apresenta vazamento na posição fechada de 0,5% da máxima capacidade de vazão. É fabricada em diâmetros de 1” a 5” nas Classes 150, 300 e 600 lbs. As extremidades podem ser rosqueadas (até (até 2”), flangeadas flangeadas ou soldadas.

Válvula Tipo Gaiola de Duplo Estágio

Trata-se Trata-se de uma válvula com sistema sist ema de piloto interno que possibilita sua utilização em aplicações 9


INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais de altas quedas de pressão, mesmo com atuadores de pequeno tamanho, e possibili ta ainda uma excelente vedação. O sistema de internos de duplo estágio pode ser utilizado em corpo sede simples simples da válvula globo convencional, nos diâmetros diâm etros de 2 até 12”, e nas válvulas tipo gaiola. Na seqüência dada na figura abaixo vemos um corpo tipo gaiola com internos de duplo estágio.

Válvula de Controle Tipo Diafragma

Este tipo de válvula, cuja configuração é totalmente diferente das outras válvulas de controle, é utilizada no controle de fluidos corrosivos, líquidos altamente viscosos e líquidos com sólidos em suspensão. Uma válvula de controle tipo diafragma conforme vemos na figura abaixo 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 d esloca para provocar o fechamento da válvula.

Válvula Tipo Diafragma

A válvula de controle tipo diafragma ou Saunders, assim denominada por se t ratar de uma patente mundial da Saunders (Ingrlaterra), possui como vantagem um baixo custo, total estanqueidade quando fechada já que o assento é composto; e facilidade de manutenção. Entretanto não apresenta uma boa característica de vazão para controle além de u ma alta e não uniforme força de atuação que faz com que praticamente este tipo t ipo de válvula seja limitada em diâmetros de até 6” para efeito de aplicações em controle modulado. Fabricada em classes 125 e 150 lbs e com conexões das extremidades rosqueadas (até 2 ”) e flangeadas.

Válvula de Controle Bi-Partida

Trata-se Trata-se de uma válvula desenvolvida para aplicações altamente corrosivas, principalmente em plantas de processos químicos, aplicações nas quais se torna necessária uma freqüente inspeção ou substituição dos internos da válvula. 10


INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais A válvula de controle de corpo bi-partido conforme vemos pela figura abaixo, foi desenhada para tais aplicações possibilitando uma fácil manutenção devido á facilidade de acesso aos internos. Neste tipo de válvula, o anel de s ede é preso (ao contrário da globo convencional onde é rosqueado) entre as duas metades do corpo, podendo ser facilmente removida.

Válvula Tipo Bi-Partida

Devido a ser uma válvula utilizada ut ilizada em fluidos altamente corrosivos, o material de corpo é bastante especial e portanto, 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 mat erial superior. superior.

Válvula de Controle Tipo Guilhotina

Trata-se Trata-se uma válvula originalmente projetada para a indústria de papel e celulose, porém, hoje em dia a sua aplicação tem atingido algumas outras aplicações em indústrias químicas, petroquímicas, açucareiras, abastecimento de água, etc. Contudo, a sua principal aplicação continua sendo em controle biestável com fluidos pastosos, tais como massa de papel. É uma válvula de concepção simples, sem castelo conforme vemos pela figura abaixo. É fabricada em diâmetros de 2 até 24” 2 4” com conexões sem flanges para ser instalada entre par de flanges da tubulação Classe 150 lbs.

Válvula Tipo Guilhotina 11



Internos das Válvulas

Normalmente costuma-se definir ou representar os internos da válvula de controle como o coração da mesma. O conjunto dos internos da válvula consiste das partes internas removíveis e que entram em contato com o fluido de processo. Tal conjunto é formado por: obturador, anel da sede, s ede, guia do obturador, bucha de guia e gaiola (no caso das válvulas tipo gaiola), conforme vemos pela figura abaixo.

Internos da Válvula Globo: (a) convencional; (b) gaiola

Internos da Válvula Globo Convencional

O obturador é o elemento vedante do conjunto dos internos da válvula (ver figura abaixo) com formato de disco, ou de d e contorno caracterizado, que se move linearmente no interior do corpo, obturando o orifício de passagem, de modo a formar uma restrição variável ao fluxo.

Obturadores da Válvula Globo Convencional O obturador pode produzir uma predeterminante característica de vazão deve possuir um 12


INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais formato de contorno caracterizado. Existem como mais adiante veremos com maiores detalhes, quatro tipos básicos de característica de vazão: a) Linear; b) Igual Porcentagem; c) Parabólica Modificada e d) Abertura Rápida. Na figura abaixo, damos um esquema do formato aproximado desses tipos de obturadores, assim como, uma idéia gráfica da área de passagem do fluxo para cada tipo de característica de vazão em determinadas porcentagens do curso da válvula.

Relação entre formatos do obturador caracteristica de vazão e cursos iguais.

Válvulas de Deslocamento Rotativo da Haste

Nos últimos anos tem-se notado u substancial aumento no uso das válvulas denominadas de rotativas. Basicamente, estes tipos de válvulas apresentam vantagens e desvantagens. Nas vantagens podemos considerar baixo peso em relação aos outros tipos de válvulas, desenho simples, capacidade relativa maior de fluxo, custo inicial mais baixo, etc. dentre as vantagens citamos a limitação limitação em diâmetro inferiores inferiores a 1” ou 2” e quedas quedas de pressão limitadas principalmente em grandes diâmetros.

Válvulas de Controle Tipo Borboleta

É talvez a mais comum das válvulas rotativas utilizadas para controle. A válvula borboleta, conforme vemos pela figura abaixo consiste de um corpo tipo anel circular, circular, no interior do qual 13


INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais oscila entre dois mancais um disco que faz a função do obturador. obturador. A sede nesta válvula é a própria parede interna do corpo. Nota-se desde já uma enorme simplicidade de desenho. O s eu corpo na maioria dos desenhos é sem flange fla nge ou como mais comumente conhecido “ wafer ”. ”. Sua construção construção é possível em diâmetros de 2” até at é 24”. Em diâmetros superiores, superiores, 30” até 60 60” o corpo possui p ossui flange conforme a norma AWWA. Admite o fluido em qualquer direção.

Válvula Tipo Borboleta

Válvula Borboleta série 400 com corpo revestido internamente.

Válvula Borboleta de 3 vias

Uma construção especial da válvula borboleta é a de 3 vias conforme vemos pela figura abaixo. a baixo. Como no caso das válvulas globo de 3 vias, é utilizada em e m aplicações de mistura ou separação de fluidos.

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais Válvula de Controle Tipo Esfera

A válvula esfera e constituída por um corpo em cujo interior aloja uma esfera oca (daí o seu nome) que atua como obturador, permitindo uma passagem bastante livre. Na figura abaixo vemos um corpo típico t ípico de uma válvula esfera.

Válvula Tipo Esfera

Válvula de Controle Tipo Obturador Rotativo Excêntrico Excêntrico

Um tipo de válvula introduzido no mercado internacional muito recentemente é a de obturador excêntrico. Este tipo de válvula é mostrado n a figura abaixo. Idealizada originalmente para, basicamente, qualquer aplicação de processo, tem mostrado realmente vantagens em apenas alguns processos industriais, tais como papel e celulose e de forma genérica trata-se de uma válvula recomendada para aplicações de utilidades ou auxiliares.

Válvula Tipo Obturador Rotativo Excêntrico

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Castelo da Válvula de controle Introdução O castelo, geralmente uma parte separada do corpo da válvula q ue pode ser removida para dar acesso às partes internas das válvulas, é definido como sendo “um conjunto inclui, à parte através da qual uma haste do obturador de válvula move-se, e um meio para produzir selagem contra vazamento através da haste”. Ele proporciona também um meio para montagem do atuador. at uador.

Tipos de Castelos usados nas válvulas Globo.

Tipos de Castelos Os castelos classificam-se em: - Castelo Normal (CE-1). Figura anterior (a); - Castelo Longo (CE-1). Figura anterior (b); - Castelo Extra-Longo (CE-1). Figura anterior (c); - Castelo com Fole de selagem (CE-4). Figura anterior (d). a) Castelo normal: - é o castelo padrão utilizado para as aplicações comuns na qua l a temperatura

do fluído esta entre – entre –18 18 a 232°C (0 a 450°F). Esta limitação é imposta pelo material da gaxeta já que a sua localização esta bem próxima do flange superior do corpo e portanto bem próxima ao fluído. b) Castelo Longo: - é semelhante ao anterior, a menos da sua altura que faz com que faz com que 16


INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais a caixa de gaxeta fique um pouco mais afastada a fastada do fluído. Recomenda-se a utilização deste tipo de castelo para aplicação com fluído em temperaturas de – de –45 45 a – a –18°C 18°C (-50 a 0°F), e 232° a 430°C (450 a 800°F). po ssuindo uma maior altura que o c) Castelo extralongo:- é fabricado de tubo ou fundido do possuindo anterior. É especificado para aplicações em baixíssimas temperaturas ou criogênicas como – como –100 100 a – a –45°C 45°C (-150° a – a –50°F) 50°F) para evitar que o teflon das gaxetas congele. d) Castelo com fole de selagem: - este tipo de castelo é especificado em casos especiais nos quais

seja proibido um vazamento para o meio ambiente através da gaxeta. Englobam-se neste tipo de aplicações especiais, caso tais como, fluídos radioativos, tóxicos ou explosivos. Ele p ossui no interior um fole metálico de aço inoxidável e soldado sol dado de modo a formar uma u ma câmara de pressurização interna, entre a parte do fole e a superfície s uperfície de haste. Evita-se que o fluído (caso seja corrosivo) entre em contato com as paredes do castelo propriamente dito, p odendo este ser construídos de simples aço carbono.

Conjunto de Caixa de Gaxetas O propósito do conjunto da caixa de gaxeta é o de proporcionar uma selagem s elagem contra vazamentos dos fluídos do processo. O conjunto geral da caixa de gaxetas é formado conforme podemos acompanhar através da figura abaixo pelos seguintes componentes: flange do prensa gaxetas, prensa gaxeta, anéis da gaxeta, retentor de graxa, subconjunto de lubrificação, e meia de compressão (caso a , gaxeta seja de anéis em “V” de teflon). No caso de gaxeta em anéis quadrados, como os à base de amianto, a mola não é necessária, sendo a compressão feita pelo aperto do prensa gaxeta.

Tipos de caixas de gaxetas utilizadas nas válvulas de deslocamento linear da haste

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais O sistema de lubrificação externa (utilizando caso o material da gaxeta necessite de lubrificação) tipo EH-1, especificas-se para válvulas de diâmetro diâm etro ate 4”, enquanto que o EH-2 (figura acima (c)) para diâmetros superiores. A válvula de bloqueio produz uma selagem entre a caixa de gaxetas e o lubrificador evitando assim que o fluído do processo impossibilite a introdução da graxa lubrificante.

Gaxetas As principais características do material utilizado para a gaxeta, devem ser elasticidades, para facilitar a deformação; produzir o mínimo atrito e deve ser mat erial adequado para resistir as condições de pressão, temperatura e corrosão do fluído de processo. Os principais materiais de gaxeta são: teflon e amianto impregnado.

Atuadores para Válvulas de Controle Introdução O atuador constitui-se no elemento responsável em proporcionar a necessária força motriz ao funcionamento da válvula de controle. Sendo parte integrante do sistema de controle, ele quando corretamente selecionado, deve proporcionar a válvula meios de operacionalidade estáveis e suaves, contra a ação variável das forças dinâmicas e estáticas originadas na válvula através da ação do fluído de processo. O atuador em si, é um dispositivo que em resposta ao sinal enviado pelo controlador, produz a força motriz necessária para movimentar o elemento vedante da válvula de controle. Dependendo basicamente do meio de produção da força motriz, o atuador utilizado em aplicações de controle modulado, classifica-se em cinco tipos principais:

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais 1) Pneumático a mola e diafragma; d iafragma; 2) Pneumático a pistão; 3) Elétrico; 4) Elétrico-hidráulico e 5) Hidráulico.

Atuad. Pneumáticos Tipo Mola Diafragma

Atuad. Pneumáticos Tipo Pistão

Atuadores Elétricos

Esquema de um Atuador Eletrohidráulico

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais Atuador Hidráulico

Os atuadores hidráulicos assemelham-se bastante aos eletro-hidráulico e como esses devem ser especificados somente em casos de altíssimas forças de atuação de forma a impossibilitar a utilização de outros tipos de atuadores. at uadores. No atuador hidráulico, uma central hidráulica bombeia fluído hidráulico ao pistão a uma pressão considerável alta produzindo-se elevadíssima força de atuação.

Posição de Segurança por Falha Define-se como posição de segurança por falha da energia de suprimento, à posição que a válvula deve assumir em caso de falha. A falha tanto pode ser motivada por falha mecânica do atuador, como falha no sistema de distribuição de energia de suprimento. A posição da válvula em caso de falha, é uma u ma consideração muito importante a qual não pode po de deixar de ser avaliada e especificada. As posições de segurança possíveis da válvula são: fechadas e ab ertas, com ar para abrir ou fechar.

Posições de Segurança por Falhas em Função Diversas Combinações entre Atuador e Obturador

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Características de Vazão Características de Vazão Vazão Como tivemos a oportunidade de observar no item referente aos internos da válvula, o obturador, obturador, conforme se desloca, produz uma área á rea de passagem que possui uma determinada relação característica entre a fração do curso da válvula e a correspondente vazão que escoa através da mesma. A essa relação deu-se o nome de característica de vazão da válvula.

Características de Vazão Inerentes

A característica característica de vazão é proporcionada pelo formato do obturador (caso das válvulas globo convencionais), ou pelo formato da janela da gaiola (caso das válvulas tipo gaiola) ou ainda pela posição do elemento vedante em relação à sede (caso das válvulas borboletas e esfera). Existem basicamente quatro tipos de características de vazão inerentes: a) Linear; b) Igual porcentagem (50:1); c) Parabólica modificada; d) Abertura rápida.

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Acessórios de uma Válvula de Controle Introdução Os principais tipos de acessórios utilizados são os posicionadores, válvulas solenóides, reguladores de ar, transdutores eletropneumáticos, volantes auxiliares manuais, etc. O posicionador pode ser pneumático ou eletropneumático.

Posicionador Pneumático

Define-se como posicionador a um dispositivo que transmite a pressão de carga ao atuador, permitindo posicionar a haste da válvula no valor exato determinado pelo sinal de controle.

Posicionador Pneumático Montado Numa Válvula de Controle tipo Globo.

Certos sistemas lentos necessitam do uso de posicionadores nas válvulas. Tais sistemas seriam os controles da temperatura, de nível líquido, de vazão de gás e mistura. Em outros sistemas mais rápidos, tais como o controle de pressão de um líquido ou de vazão de líquido, um “booster” amplificador amplificador é normalmente utilizado com sensíveis vantagens.

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Esquema de uma válvula operando: op erando: (a) sem posicionador e (b) com posicionador.

Princípio de Funcionamento do Posicionador Pneumático Vamos analisar como funciona um posicionador pneumático com o auxílio do esquema da figura. Na figura vemos uma válvula que é operada diretamente por um controlador. O sinal de saída típico de um u m controlador pneumático varia de um mínimo de d e 0 psi até um máximo de 20 psi. A faixa de mola mais comum nas válvulas vál vulas opera de 3 a 15 psi. São necessários portanto 15 psi para comprimir a mola da válvula. A pressão de ar excedente a esses 15 psi é utilizada para fechar a válvula contra a pressão do fluído à montante. Na segunda figura vemos esquematicamente a mesma válvula, porém operada diretamente por um posicionador, posicionador, intercalado entre o controlador e a válvula. vá lvula. O sinal de saída do controlador, neste caso, vai para a entrada do posicionador ao invés de ir para a válvula. O posicionador então compara o sinal que recebe do controlador com a posição da haste da válvula através do seu s eu braço de realimentação. Se a haste não está corretamente c orretamente posicionada , então ele manda para o atuador atua dor mais ar (ou retira mais ar) até at é que acuse a correta posição da haste. Vamos agora acompanhar o seu funcionamento de forma mais detalhada:

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Esquema do Princípio de Funcionamento do Posicionador Pneumático

Ao aumentar o sinal de saída do controlador entrando no posicionador, posicionador, atua-se sobre so bre um fole, expandindo-o e fazendo com que a palheta obstrua ainda mais o bocal. Conseqüentemente o aumento da pressão no bocal faz deslocar o diafragma do relê, abrindo a válvula interna de alimentação e desta forma faz com que a pressão sobre o diafragma do atuador da válvula aumente e esta mova a sua haste para baixo. O posicionamento da haste é verificado por meio de um excêntrico, que envia a informação correta da posição da haste à palheta, fazendo-a afastar-se do bocal. A pressão no bocal diminui e a válvula e alimentação do conjunto do rele fecha, para evitar qualquer aumento posterior na pressão de saída. O posicionador está outra vez em equilíbrio, porém a uma pressão de instrumento (pressão de saída do controlador) maior e uma nova posição da pressão de saída do controlador diminuam, ocorre o mesmo processo de forma inversa.

Atuador Pneumático sem mola numa Válvula de Controle com Posicionador para aplicações em controle modulado.

“Boosters” Pneumáticos de

Volume e de Pressão

Não muito conhecidos e utilizados os o s “boosters” tem aumentado consideravelmente a sua utilização, face a diversos estudos quanto a utilização dos posicionadores, como foi comentado em itens anteriores. Existem dois tipos de “b “boosters”: de volume e de pressão.

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais “Boosters” de

Volume

Este tipo de “boosters”, pode ser utilizado para aumentar a velocidade da operação de uma válvula de controle, conforme o esquema abaixo:

“Booster “Booster”” Pneumático

Esquema da utilização de um “booster” de volume numa malha de controle

“Boosters de Pressão”

Os “boosters” de pressão press ão geralmente são também de volume, entretanto, a sua principal função é a de aumentar a pressão vinda do controlador. Na figura abaixo vemos esquematicamente uma válvula de controle sede simples (ar para abrir), com faixa de mola 6 a 30 psi. A mola mais forte é para obtermos um fechamento de válvula contra u ma alta pressão à montante. Contudo, a saída normal do controlador (máximo 20 psi) não é suficiente para abrir a válvula. Um “booster” de de pressão com relação de multiplicação de 2:1 resolve esse problema, tornando o sistema operacional.

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INSTRUMENTAÇÃO – Instrumentação e controle de processos industriais O “booster” é preferível ao posicionador posici onador,, devido ao seu menor custo. Ainda, o “boost “booster” não fecha o circuito ao redor da válvula, fato este que, pode proporcionar maior estabilidade em sistemas de resposta rápida.

Esquema da utilização de um “booster” de “booster” de pressão numa malha de controle.

Válvulas Solenóides A sua utilização principal é em aplicações de controle biestável, pilotando uma válvula de controle pneumático, conforme figura abaixo:

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Válvulas de Controle

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