Baixe o app para aproveitar ainda mais
Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original
Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar o estilo do subtítulo mestre * * * Dimensionamento de Válvulas de Controle Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler Disciplina ENG07759 Instrumentação da Indústria Química Departamento de Eng. Química Universidade Federal do Rio Grande do Sul Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Equação Básica para o Dimensionamento de Válvulas de Controle P1 P2 D1 D2 Coeficiente de Vazão (CV) É a vazão de água a 60ºF medida em gpm (galões por minuto) que passam quando a válvula está sujeita a um delta P de 1 psi Dimensionar válvulas de controle é equivalente a calcular o CV necessário para válvula Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler � * * Equação Básica para o Dimensionamento de Válvulas de Controle Validade da Equação Fluidos incompressíveis D1=D2=d (não há variação da energia cinética) Fluidos Newtonianos Escoamento totalmente turbulento Equação de Bernoulli para fluidos incompressíveis Equação Constitutiva de Moody (ou Fanny) Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Tipos de Obturadores, f(x) X= percentagem de abertura da válvula % CV f(x) Abertura Rápida f(x)=100*( 1-(a*(1-x)-(a-1)*(1-x).^n)) valores típicos para a=0.05 e n=5 Linear f(x)= 100*x Parabólico f(x)= 100 x.^n onde 1,4 <n < 2,6 Igual Percentagem a=100; f(x)=100 a.^(x-1) onde a=100 Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Exemplo de Projeto de Válvulas de Controle DPB DPH= 40 psi DPV P0 P1 P2 FNOM=100 gpm DP = P2-P0= 150 psig Vamos considerar dois casos para o projeto do sistema: Caso 1: DPV = 20 psi Caso 2: DPV = 80 psi Gf=1, f(x)=0,5 Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler � � � � �� �� T2� T1� �� �� �� �� �� * * Exemplo de Projeto de Válvulas de Controle Caso 1: DPV = 20 psi Caso 2: DPV = 80 psi Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Conclusões relativas ao Exemplo Quanto maior o deltaP na válvula: Maior a “rangeabilidade” da válvula (o que é bom em termos de controle) Maior o gasto de energia (o que é ruim em termos de custo operacional) Heurística usada na escolha do deltaP da válvula de controle: Para a vazão máxima, o deltaP-válvula deve ser no mínimo 50% do deltaP variável produzido pela perda de carga devido a fricção Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Equação Básica para o Dimensionamento de Válvulas de Controle Validade da Equação Fluidos incompressíveis D1=D2=d (não há variação da energia cinética) Fluidos Newtonianos Escoamento totalmente turbulento Equação de Bernoulli para fluidos incompressíveis Equação Constitutiva de Moody (ou Fanny) Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Perfil de Pressão ao Longo da Válvula de Controle Posição P1 P2 Perfil de Pressão = DPV Vena Contracta (Pvc) (ponto de menor pressão, bem próxima ao ponto de maior restrição a passagem de fluido) Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Cavitação e Flasheamento – correção para caso de escoamento compressível Posição P1 P2 Perfil de Pressão = DPV Flasheamento (“flashing”) Cavitação Sem Cavitação Pressão de Vapor (Pvap) Pvap Pvap Vaporiza Condensa Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * A válvula pode CAVITAR quando estiver mais fechada Posição P1 Fechando a válvula aumenta o DPV podendo levar a válvula a cavitar Perfil de Pressão Cavitação Pvap Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Como evitar a CAVITAÇÃO ? Aumentar P1 (pressão a montante) Diminuindo-se a temperatura do fluido que leva a uma diminuição da pressão de vapor (Pvap) Utilizando-se válvulas especiais, que provocam uma queda de pressão mais suave Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Implicações no escoamento produzidos pela Cavitação e Flasheamento Vazão F PVC = Pressão na Vena Contracta FMAX Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Fator de Recuperação de Pressão FL Condição para ocorrer cavitação F=FMAX Onde FL é o fator de recuperação de Pressão, o qual é definido por: Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Fator de Recuperação de Pressão FL P1 P2 Perfil de Pressão P1 – PVC= = P1 – P2 Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Fator Crítico de Pressão FF O problema é se determinar a pressão na vena contracta (PVC) Uma maneira de se calcular PVC é a utilização do Fator Crítico de Pressão FF, ou seja, FF pode ser estimado através (Pressão de Vapor, PVAP) (Pressão Crítica, PC) a qual é obtido através de hipótese de equilíbrio termodinâmico Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Critério para Cavitação A) se calcula a pressão crítica DPcrítico B) Se P1-P2 > DPcrítico a válvula irá CAVITAR caso contrário não teremos cavitação. Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Fatores Geométricos de Tubulação P1-P2 DPcrítico sem cavitação P1-P2 > DPcrítico com CAVITAÇÃO d Perda de carga devido a redução e ampliação Variação da energia cinética Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Correção para escoamento não turbulento Número de Reynolds para válvulas N2 e N4 são constantes para mudar as unidades das variáveis ver Tabela 4.17l Fd depende do tipo de válvula (0,7 ou 1,0) A partir do Re pode-se calcular o Fator de Reynolds FR usado para corrigir as equações. Ver tabela 4.17k Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Exemplo Ilustrativo 1º Passo: Cálculo do 2º Passo: Cálculo do delta P crítico (FL=0,9 catálogo) P1 = 314,7psia P2 = 204,7 psia D1 D1=D2 = 4in, ANSI Class 600 H2O, T=250ºF, F = 500 gpm PVAP = 30 psia, PC= 3206,2 psia /= 0,014 centistokes Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler � * * Exemplo Ilustrativo (continuação) 3º Passo: Determinação do tipo de escoamento 4º Passo: Cálculo do CV,INICIAL considerando FP=FR=1,0 Escoamento SUBCRÍTICO Sem CAVITAÇÃO Sem Choque Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Exemplo Ilustrativo (continuação) 5º Passo: Buscar no Catálogo do fabricante uma válvula com CV maior ou igual ao inicialmente calculado. Vamos supor que foi encontrada uma válvula com CV=50 tendo d=2” 6º Passo: Cálculo do FP (d=2; D1=D2=4,0; d/D1=0,5) Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Fatores Geométricos de Tubulação P1-P2 DPcrítico sem cavitação P1-P2 > DPcrítico com CAVITAÇÃO d Perda de carga devido a redução e ampliação Variação da energia cinética Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Fatores Geométricos de Tubulação d Perda de carga devido a redução e ampliação Variação da energia cinética Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Exemplo Ilustrativo (continuação) 7º Passo: Cálculo de FR ReV >10.000 Turbulento FR=1 8º Passo: CV,CORRIGIDO Se o valor do CV escolhido for maior ou igual a este valor a válvula atende as necessidades, caso contrário uma nova válvula deverá ser escolhida retornando ao 5º PASSO do procedimento apresentado Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Dimensionamento para Gases e Vapor Equação básica de dimensionamento Fator de Expansão (Y) Leva em conta a troca de densidade do fluido compressível quando pela região de maior restrição da válvula de controle e é afetada pelos seguintes fatores 1. Razão entre as áreas de entrada e de maior restrição 2. Geometria interna da válvula 3. Razão de queda de pressão, x=DP/P1 4. Número de Reynolds 5. Razão entre os calores específicos (k) Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Dimensionamento para Gases e Vapor Fatores 1, 2 e 3 são englobados pelo fator xT tirado do catálogo do fabricante Expressão para Y é dado por: Escoamento SUBSÔNICO Escoamento SUPERSÔNICO Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler * * Dimensionamento para Gases e Vapor Para o caso de termos redução na tubulação deve-se utilizar xTP em lugar de xT : Exemplo de cálculo (veja exemplo 9, página 607) Deptº. Eng. Química- ENG 07759 - Instrumentação da Indústria Química - Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler
Compartilhar