Válvulas de Controle: Funções, Tipos e Características

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1 – Apresente as principais funções das válvulas de controle. 
CONTER O FLUIDO DO PROCESSO: 
 
 Suportanto todos os rigores das condicoes de operacao, como o fluido do processo passa por 
dentro da válvula, ela deve ter características mecânicas e químicas para resistir a pressão, 
temperatura, corrosao, erosao, sujeira e contaminantes. 
 
RESPONDER AO SINAL DE ATUACAO DO CONTROLADOR: 
 
 O sinal padrao e aplicado ao atuador da válvula, que o converte em uma forca que movimenta 
a haste, em cuja extremidade inferior esta o obturador, que varia a área de passagem do fluido 
pela válvula. 
 
VARIAR A AREA DE PASSAGEM DO FLUIDO MANIPULADO: 
 
 A válvula de controle manipula a vazão do meio de controle, pela alteração de sua abertura. 
 
ABSORVER A QUEDA VARIAVEL DA PRESSAO DA LINHA: 
 
 Em todo o processo a válvula eh o unico equipamento que pode fornecer ou absorver a queda 
de pressão controlável. Depois de instalada na tubulação e para poder desempenhar todas as 
funções requeridas a válvula de controle deve ter corpo, atuador e castelo. 
 
2 – Quais são os quatro grandes grupos que podem ser divididas as válvulas de controle? 
Apresente-os. 
 
BLOQUEIO: 
 
Sao valvulas projetadas para trabalhar especificamente em regime de aberto ou fechado. Sao 
projetadas para aresentarem a menor queda de pressão possível quando totalmente abertas e 
apresentar alta capacidade de vazao. Tem como funcao isolar do processo equipamentos 
como trocadores de calor, extrusoras, caldeiras entre outros. 
 
RETENCAO DE FLUXO: 
 
Uma valvula de retenção eh um tipo de valvula que permite que os fluidos escoem em uma 
direcao, porem, fecha-se automaticamente para evitar o fluxo na direcao oposta. 
 
ALIVIO DE PRESSAO: 
 
 Sao valvulas empregadas em situação de emergencia em que ocorre uma sobrepressao que 
gere uma situacao de risco. Sao dispositivos autooperados, ou seja, atuam na ocorrencia de 
um sobrepressao do processo, sendo tipicamente aplicadas em caldeiras e vasos de pressão. 
 
DE CONTROLE: 
 
 Sao empregadas para controlar a vazao de um fluido deste a condição totalmente aberta ou 
fechada, sendo possível seu acionamento manual ou automatico. 
 
 
3 – Quais são as funções do corpo e do atuador da válvula de controle? 
 
O corpo da valvula de controle eh essencialmente um vaso de pressão com uma ou duas 
sedes, onde se assenta o plugue(obturador), que esta na extremidade da haste, que eh 
acionada pelo atuador. A posição relativa entre o obturador e a sede, determinada pelo sinal 
que vem do controlador, determina o valor da vazao do fluido que passa pelo corpo da valvula, 
variando a queda de pressão através da valvula. No corpo estao incluidos a sede, obturador, 
haste, guia da haste, engaxetamento e selagem de vedacao 
 
4 – Defina rangeabilidade de uma valvula de controle. 
 
Pode ser definida como relacao matematica entre a maxima vazao sobre a mínima vazao 
controláveis com a mesma eficiencia. Sendo matematicamente consideradas vazoes maximas 
e minimas , respectivamente. Desta forma a rangeabilidade, R, pode ser definida como: 
 
R = vazao com abertura da valv em 95% / vazao com abertura da valv em 5%. 
 
5 – Apresente as características de abertura das válvulas de controle linear, abertura rápida 
e igual percentagem. 
 
LINEAR: 
 
 A vazao eh diretamente proporcional ah abertura da valvula. A característica linear produz 
uma vazao diretamente proporcional ao valor do deslocamento da valvula ou de sua posicao 
na haste. Quando a posição for de 50% a azao através da valvula eh de 50% de sua vazao 
maxima. 
 
ABERTURA RAPIDA: 
 
A característica de vazao de abertura rápida produz uma grande vazao com pequeno 
deslocamento da haste da valvula. A curva eh basicamente linear para a primeira parte do 
deslocamento com uma inclinacao acentuada. A valvula introduz uma grande variação na 
vazao quando ha uma pequena variação na abertura da valvula, no inicio da faixa. Esta valvula 
apresenta grandes ganhos em baixa vazao e um pequeno ganho em grande vazao. 
 
IGUAL PERCENTAGEM: 
 
 Iguais percentagens de variação de abertura da valvula correspondem a iguais percentagens 
de variacao da vazao. Matematicamente, a vazao eh proporcional exponencialmente a 
abertura. O índice do expoente eh a percentagem de abertura. 
 
6 – Conceitue coeficiente de vazão de uma válvula de controle. 
 
 Eh o indice de capacidade da valvula que determina o tamanho de uma valvula para uma 
determinada aplicacao. Desta forma quanto maior for o Cv de uma valvula maior a sua 
capacidade de vazao quando instalada em um processo. Eh definido como a quantidade de 
agua a 60ºF medida em galões que passa por uma determinada restricao em um minuto com 
uma perda de carga de 1psi 
 
 
 
7 – Compare as características dos atuadores elétricos e atuadores pneumáticos. 
PNEUMATICO: 
 
Este tipo de atuador eh o mais empregado em valvulas lineares. O atuador vai deslocar a haste 
de comando da valvula de acordo com a pressão de ar de comando. 
 
VANTAGENS: 
 
 Custo do atuador bastante inferior ao elétrico, simplicidade de funcionamento facilitando a 
manutncao, indicado para o uso de atmosferas explosivas, velocidade de resposta maior que 
os elétricos, maior vida uitl em relacao aos elétricos, maior vida útil em relacao aos elétricos 
 
DESVANTAGENS: 
 
- Instalacao de ar comprimido com seues respectivos sistemas de condicionamento 
- ruído com o escape de ar. 
 
ELETRICO: 
 
 Os dois tipos de atuadores elétricos mais utilizados são: o atuador elétrico rotativo, 
constituído por um motor elétrico acoplado a um conversor mecânico conectado a valvula, e o 
atuador solenoide, em que a energia mecânica necessária para movimentar a valula eh obtida 
por meio do movimento do núcleo de uma bobina. Esses atuadores podem ser empregador 
em valvulas de diferentes tamanhos que empregam motores CC, monofásicos para aplicações 
de pequeno porte ate motores trifásicos, destinados a valvulas de grande porte. Estes são 
recomendados para conjugado de atuacao elevado, regime de trabalho om alta frequencia de 
manobras e aplicacoes com posicionamento rápido, especialmente emvalvulas cujo numero 
total de voltas seja grande. 
 
VANTAGENS: 
 
Não eh necessário ar comprimido, emprega somente sinais elétricos sem necessidade de 
conversores, tamanho menor inferiores que os pneumáticos para mesmo torque de saída, 
torque não depende da pressão de ar de alimentação. 
DESVANTAGENS: Custo do a atuador (superior ao pneumático), complexidade técnica que 
exige pessoal especializado para manutenção, so pode ser aplicado em atmosferas explosivas 
com proteção adequada, maior tempo de resposta em relacao aos pneumáticos. 
 
8 – Descreva os seguintes sensores de posição empregados em válvulas proporcionais: 
a) Potenciométricos 
 
Uma das formas mais simples e mais usadas para os sensores de posicao eh o potenciômetro, 
que pode ser empregado em valvulas rotativas e lineares. Nestes dispositivos a parte móvel na 
qual a posicao eh detectada gira o eixo do potenciômetro. A medida que ocorre este 
deslocamento um contato deslizante move-se ao longo de um elemento resistivo. O 
potenciômetro possui três terminais: uma para cada final do elemento resistivo e um para o 
contato deslizante. Com o deslocamento do seu contato móvel a resistência entre estes 
terminais altera-se. Potenciometros tem um melhor desempenho quando empregado para 
medicao de deslocamento rotativo. Cuidados devem ser tomados para que o mesmo não 
venha emperrar e protege-lo de choque e vibrações. Caso se deseje fazer uma medição em um 
atuador linear uma alavanca pode ser empregada para converter o movimento. 
 
b) LVDT 
 
Um dos mais empregados para medição de deslocamentos lineares. Emprega um principio 
indutivo para a sua operacao, sendo constituído essencialmente por um transformador com 
um enrolamento primárioe dois enrolamentos secundários. Os enrolamentos circulares são 
estáticos com um núcleo ferromagnético movendo-se no centro dos mesmos. O núcleo eh 
movimentad pela parte dou componente cuja posicao deseja-se detectar 
 
c) Efeito Hall 
 
O Sensor Hall tem seu princípio de funcionamento baseado no Efeito Hall, descoberto em 
1889, por Edwin Hall. O efeito Hall é uma propriedade que se manifesta em um condutor 
quando um campo magnético perpendicular ao fluxo de corrente é aplicado sobre ele. Quando 
isso ocorre, uma diferença de potencial no condutor é gerada, chamada deTensão de Hall. Esta 
tensão possuí direção perpendicular ao campo magnético e à corrente, e é proporcional à 
densidade de fluxo magnético e à corrente. O campo magnético aplicado provoca um 
gradiente de concentração de portadores em todo o condutor. Quando o número de 
portadores de um lado do condutor for maior do que do outro, então surgirá esta diferença de 
potencial. A amplitude da tensão de Hall varia com a corrente e o campo magnético. 
 
9 – O que é classe de vazamento de uma válvula? 
 
Uma questão muito importante que deve ser levada em consideração eh classe de vazamento 
que determina qual o máximo vazamento permitido quando uma alvula estiver totalmente 
fechada. A norma ANSI/FCI 70-2estabelce uma classificação das valvulas de acordo com o 
vazamento medido em testes específicos. 
 
10) Apresente as características, vantagens e desvantagens das seguintes válvulas de 
controle: 
a) Globo 
b) Diafragma 
c) Borboleta 
d) Esfera 
 
a) Esta é uma valvula de deslocamento linear, corpo de duas vias, apresentando um formato 
globular, de onde vem o seu nom, que pode possuir rede simples ou de sede dupla. 
Vantagens: 
- Modulação eficiente com boa velocidade de resposta 
- Controle fino 
Desvantagens 
 
- Alta queda de pressão na linha 
- Tem custo relativamente elevado em comparação aos outros tipos de valvulas 
 
B) Usada no controle de fluidos corrosivos, liquidos altamente viscosos e liquidos com solidos 
em suspensão. É constituida de um corpo e uma haste queatua movimentando um diafragma 
flexivel preso ao corpo e castelo, deslocando-se para controlar o fluxo. 
Vantagens: 
- Baixo custo 
- Total estanqueidade quando fechada 
- Facilidade de manutenção 
- Bidirecional 
- Rapido acionamento 
Desvantagens 
 
- Não apresenta uma boa caracteristica de vazão para controle 
- Alta e não uniforme força de atuação (limitado em 6") 
- Utilização é limitada pela temperatura do fluido em função do material do diafragma 
- Não recomendada para aplicações com alta pressão 
 
C) É talvez a mais comum das valvulas rotativas utilizadas para controle em aplicações com 
baixa queda de pressão e com grandes faixas de vazão empregadas. Consiste de um corpo tipo 
anel circular, no interior do qual oscila entre dois mancais um disco que faz a função do 
obturador. 
Vantagens 
- Baixo custo 
- pouca manutenção 
- bidirecional 
- pequeno peso 
 
Desvantagens 
- Alto torque necessario para o controle 
- perda de carga consideravel 
- redução no coeficiente de vazao 
- sofre cavitação em baixas pressões controle linear e igual porcentagem 
 
d) Valvula cujo obturador uma esfera criteriosamente vazada para permitir passagem plena ou 
parcial de um determinado fluido. Tem grande aplicação em situação de bloqueio, sendo 
também aplicada em alguns casos para controle modulado em malha fechada para fluidos 
viscosos ou com sólidos em suspensão. 
Vantagens 
- Baixo custo 
- alta capacidade 
- Boa vedação com baixo torque 
- Baixa manutenção 
- Tamanho e peso reduzidos 
-abertura e fechamento rapido com um movimento de 90° da esfera 
- pequena perda de carga 
- pode ser empregada com fluidos com alto percentual de impurezas 
 
Desvantagens 
- Baixa capacidade de modulação com velocidade de resposta limitada 
- Susceptivel a cavitação 
 
11) Descreva os fenômenos de cavitação e flashing que podem ocorrer em válvulas de 
controle. 
Cavitação 
Cavitação é o processo de formação de cavidades, o fenomeno da cavitação ocorre somente 
com escoamento de liquidos, esta formação de cavidades pode ocorrer quando o mesmo é 
submetido a uma súbita variação de pressão do fluido de um valor elevado para um valor 
muito baixo e logo em seguida retorna para um valor elevado. 
Flashing 
Descreve uma variação rapida na fase do fluido de liquido para vapor. Da mesma forma da 
cavitação o fenomeno de flashing tambem ocorre no escoamento de um fluido somente e 
para ocorrer, deve haver também uma variação de pressão de um valor alto para um valor 
muito baixo, abaixo da pressão de vapor do liquido. 
12) É viável a substituição de válvulas de controle por inversores de frequência? Por quê? 
É viavel, pois o inversor de frequencia altera a variação da velocidade do motor que é feito por 
um sinal enviado a entrada analogica do inversor. Desta maneira, quando a velocidade precisar 
ser reduzida, reduzem-se a frequencia e a tensão aplicadas no motor, o que ocasiona uma 
significativa redução do consumo do motor, e por consequencia, uma economia de energia 
eletrica. Existem mais vantagens do que desvantagens na sustituição. Custo de manutenção 
inferiores pela retirada dos elementos mecanicos, redução de efeito do golpe de ariete, 
redução de ruido e impacto ambiental, simplificação das tubulaçoes empregadas devido a 
substituição de dampers, valvulas de bloqueio entre outras. 
13) O que é um posicionador? Qual sua função? 
Este dispositivo opera em conjunto com o atuador da valvula de controle e tem como função 
posicionar corretamente o obturador em relação a sede da valvula. Tambem tem como função 
comparar o sinal emitido pelo controlador com a posição da hasta da valvula e enviar ao 
atuador da valvula a pressão de ar necessaria para colocar o obturador na posição correta. 
14) Apresente os diferentes tipos de manutenção. Como um posicionador pode auxiliar nas 
tarefas de manutenção? 
 
Manutenção reativa: 
 
Uma ação é tomada somente apos um evento de falha ocorrer, ou seja, espera-se que a 
valvula entre em falha para repara-la ou troca-la. 
 
Manutenção Preventiva: 
 
Ações são tomadas em uma determinada frequencia baseada em historico de equipamentos, 
seu objetivo e previnir falhas por meio de inspeção ou troca periodica. 
 
Manutenção Preditiva: 
 
Neste caso a ação é tomada de acordo com dados coletados por instrumentos inteligentes, 
desta forma otimizando o potencial da valvula. 
 
Posicionadores operam em conjunto com o atuador da valvula de controle e tem como função 
posicionar corretamente o obturador em relação a sede da valvula. Seu uso é recomendado, 
para diagnosticos para melhorar a perfomance de malhas de controle, aumenta a velocidade 
de resposta da valvula, invertera a ação da valvula de controle e permite calibração, 
configuração e gerenciamente do posicionador a distancia por meio de rede industriais. 
 
15) O que é assinatura de uma válvula? Qual é a importância deste teste? 
 
Assinatura da valvula é o teste feito quando a valvula nova e antes de emprega-la no processo 
sendo sua perfomance armazenada para ser comparada com os valores da operação. Neste 
teste é feito um grafico que relaciona a distancia de deslocamento relacionada com a abertura 
e fechamento com a pressão aplicada. O teste tem como finalidade percorrer toda a extensão 
da valvula para adquirir as pressoes necessarias para a movimentação dela e posições relativas 
a estas pressoes, em ambos os sentidos de abertura e fechamento da valvula. 
 
16) Apresente as informações de uma válvula que podem estar disponíveis em um 
posicionador. 
 
Perda de carga:Como as valvulas são elementos que são colocados na tubulação irão alterar a configuração 
natural do escoamento e provocar perda de carga no mesmo. Cada tipo de valvula apresenta 
uma perda de carga especifica que depende dos dados da geometria interna da mesma. 
 
Tipo do fluido: 
Deve ser levado em consideração o tipo do fluido a ser empregado, principalmente em casos 
de alta viscosidade, abrasivos ou corrosivos. No caso de fluidos abrasivos ou corrosivos devem 
ser evitadas valvulas do tipo globo ou gaveta, sendo recomendadas as do tipo esfera e 
borboleta para este tipo de aplicação. 
 
 
 
 
 
Temperatura e pressão do fluido: 
 
Fluidos que operam com altas temperaturas e pressão são fatores que eliminam a 
possibilidade de uso de valvulas do tipo borboleta e diafragma, pois estas tem vedação tipica 
composta de materiais a base de borracha natural ou sintetica, ou termoplasticos com o PTFE.