22. Válvulas De Controlo

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22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.1. Introdução Uma válvula de controlo é um dispositivo mecânico destinado à regulação de caudais de fluidos. Basicamente trata-se de um orifício de área variável, através do qual se escoa o fluido, e cuja secção é feita variar de acordo com o caudal pretendido. Na Fig. 22.1 dá-se o exemplo de uma válvula de controlo, desenhada em corte. A válvula de controlo constitui normalmente o elemento final de uma cadeia automática de controlo de um processo. Há também válvulas projectadas para trabalhar especificamente em regime de tudo ou nada (válvulas on/off(1)) e outras destinadas a serviço manual. Neste capítulo será utilizada a palavra válvula para designar qualquer destes tipos de válvulas. haste de comando obturador empanque flange Æ Saída do fluido Entrada do fluido Æ sede corpo Fig. 22.1 – Exemplo de uma válvula de controlo Modifica-se a área do orifício da válvula com o auxílio de um actuador. Os actuadores são classificados em função do tipo de energia que utilizam, havendo actuadores eléctricos, pneumáticos, hidráulicos e manuais. Por vezes encontram-se válvulas com actuadores mistos (electro-pneumáticos e electro-hidráulicos). Apesar de nos encontrarmos na era da electrónica digital, grande parte das válvulas utilizadas no controlo automático de processos têm actuadores pneumáticos, por terem muito bom desempenho e serem mais baratas que as de actuador eléctrico. Os actuadores pneumáticos mais vulgares são os actuadores de diafragma. Garante-se que a válvula atinge a abertura desejada com o auxílio de um posicionador. O posicionador mede a posição efectiva da válvula, compara-a com a posição pretendida, processa a diferença e fornece um sinal de comando ao actuador da válvula. Esta pode assim ser colocada com bastante rigor na posição desejada. No caso de válvulas de controlo o posicionador inclui geralmente um controlador PID. 1 Embora a palavra “on” não conste do dicionário da Língua Portuguesa da Academia das Ciências, ao constar nele a palavra “off”, será aqui utilizada a expressão “on/off” com o significado de aberta/fechada. 639 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.2. Classificação e simbologia A classificação das válvulas é feita correntemente de acordo com o tipo do seu corpo e com o actuador que utilizam, embora seja possível efectuar a classificação de outras formas. No quadro seguinte classificam-se os tipos correntes de válvulas de duas vias, ou seja, válvulas que têm apenas uma entrada e uma saída para o fluido, as mais importantes em controlo automático. Há válvulas de três vias, que permitem repartir caudais (uma entrada, duas saídas) ou misturar fluidos (2 entradas, uma saída). Abaixo V. = válvula, A. = actuador. V. de globo V. lineares Alguns dos critérios para a classificação das válvulas tipo de corpo V. rotativas tipo de actuador V. de sede simples V. de sede dupla V. de guilhotina V. de corrediça V. de cunha V. de agulha V. de borboleta V. de macho esférico V. de segmento cilíndrico V. de segmento esférico V. pneumáticas A. de diafragma A. de êmbolo V. eléctricas A. de motor rotativo A. de solenóide V. hidráulicas V. manuais ligação ao processo características V. flangeadas V. de bolacha V. de parafusos V. de abertura rápida V. lineares V. de igual percentagem V. de abertura lenta V. hiperbólicas Fig. 22.2 – Classificação das válvulas de controlo Numa válvula linear a secção do orifício é modificada por meio de um movimento rectilíneo da haste de comando, enquanto que numa válvula rotativa a haste de comando efectua um movimento angular. Não confundir o deslocamento linear da haste com a característica linear, descrita adiante. Na Fig. 22.3 apresenta-se o aspecto de algumas das válvulas descritas. 640 22. VÁLVULAS DE CONTROLO Válvula linear, de globo, de sede simples V. linear, de globo, de sede dupla V. de borboleta com actuador pneumático V. de macho esférico V. de borboleta com actuador manual Obturador de válvula de macho esférico Corte de válvula de segmento esférico Fig. 22.3 – Aspecto de algumas válvulas de controlo 641 22. VÁLVULAS DE CONTROLO A representação simbólica de uma válvula encontra-se a seguir, na Fig. 22.4. actuador actuador fluido fluido • V. de borboleta representação geral Fig. 22.4 – Representação simbólica de uma válvula Consoante o tipo, assim a representação simbólica de um actuador (Fig. 22.5). Letra igual a: letra A - motor pneumático H - motor hidráulico M - motor eléctrico S - solenóide A. manual A. de diafragma A. motorizado Fig. 22.5 – Representação simbólica de actuadores Na Fig. 22.6 representa-se uma válvula de controlo com actuador de diafragma, e uma válvula de controlo com actuador de diafragma e posicionador. Repare-se que no caso em que existe posicionador, que é o caso mais vulgar, o sinal de comando proveniente do controlador ou da estação manual é injectado no posicionador, existindo um “feedback” da posição da haste de comando da válvula. Note-se a entrada para o sinal de comando no posicionador, na válvula de borboleta da Fig. 22.3. sinal de comando sinal de comando A – actuador V – válvula P – posicionador 1 – posição da haste 2 – comando do actuador A V a) 2 A 1 P V Fig. 22.6 – Válvula de comando com actuador e com actuador e posicionador 642 b) 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.3. Curvas características 22.3.1 Características inerentes Do ponto de vista da hidrodinâmica a válvula é um orifício através do qual se estabelece o escoamento de um fluido. Desde que o fluido não seja um líquido em que exista vaporização, existe uma relação entre o caudal Q através da válvula e a diferença de pressão ∆ p a montante/ jusante, dada por: Q = k ∆p (22.1) O valor de k é uma característica do escoamento, pelo que dependerá do orifício e do fluido, ou seja, depende do diâmetro da válvula, do seu tipo, da sua abertura e das características do fluido, em particular da sua viscosidade. É pois necessário especificar as condições. Deste modo, para uma determinada válvula (diâmetro nominal e tipo), define-se coeficiente de escoamento kv como sendo o caudal de água(2) que por ela passa, expresso em m3/h, quando a diferença de pressão montante / jusante é de 100 kPa. O valor de kv assim definido é função da posição da haste de comando, H, também designada por abertura da válvula. A fim de caracterizar melhor a válvula no que respeita à sua capacidade de escoar o fluido, define-se o parâmetro kvs, que é o valor de kv para a válvula completamente aberta, H=H100%. Na Fig. 22.7 representa-se esquematicamente uma possível instalação para a determinação dos parâmetros kv e kvs de uma válvula. O nível do tanque, se aberto, é controlado para se ter uma pressão no fundo igual a 100 kPa. Realiza-se um ensaio para cada uma das aberturas da válvula desejadas, entre elas H=H100%, registando-se para cada abertura o valor de kv, medido pela variação de volume no tanque inferior. ° ° ° <> ∆p=100 kPa kv Fig. 22.7 – Obtenção do coeficiente de escoamento, kv 2 Água doce industrial, com temperatura entre 5 e 30 ºC 643 22. VÁLVULAS DE CONTROLO Obtêm-se assim as chamadas curvas características inerentes da válvula. Consoante o tipo de corpo da válvula e a forma do seu obturador, assim serão as curvas características. Na Fig. 22.8 mostram-se duas curvas características inerentes típicas de válvulas: a característica da válvula linear e a característica da válvula de igual percentagem. kv/kvs 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 linear 0,65 0,52 igual percentagem 0,19 0,14 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 H/H100 Fig. 22.8 – Características típicas de válvulas A válvula linear, quando submetida a uma variação da sua abertura, origina uma variação de caudal proporcional à variação de abertura. A válvula de igual percentagem dá origem a uma variação de caudal proporcional ao valor percentual de kv. Assim, por exemplo, na válvula de igual percentagem da figura, a variação de H/H100 de 0,20 Æ 0,30 origina uma variação de kv/kvs de 0,14 Æ 0,19 (44,3%); a variação de H/H100 de 0,70 Æ 0,80 origina uma variação de kv/kvs de 0,52 Æ 0,65 (44,3%). As curvas características de uma válvula dependem do conjunto sede+obturador. No entanto a obtenção de características com uma forma desejada é obtida também do modo seguinte: 1. Modificando a forma do obturador. Como exemplo citam-se as válvulas “V-port” que são válvulas de segmento esférico, em que este leva um corte com a forma de um V. 2. Utilizando um “feedback” não linear do posicionador. Esta solução é corrente nas válvulas pneumáticas, em que a realimentação da posição é feita por meio de uma came (mecânica). 3. Interpondo entre a saída do posicionador e o actuador um algoritmo gerador de uma curva. Este método é usado nos posicionadores electrónicos. Os fabricantes americanos não utilizam a nomenclatura aqui apresentada, embora os conceitos sejam equivalentes. Em vez do parâmetro kv utilizam um parâmetro equivalente Cv, que é definido de modo análogo mas em unidades americanas. Para uma determinada válvula (diâmetro nominal DN e tipo), define-se o coeficiente de escoamento Cv como sendo o caudal de água que por ela passa, expresso em galões por minuto, quando a diferença de pressão montante / jusante é de 1 PSI. Um pequeno cálculo conduz à relação: Cv = 1,167 kv 644 (22.2) 22. VÁLVULAS DE CONTROLO Uma válvula com a característica de igual percentagem, para um determinado acréscimo da abertura, produz uma variação de caudal menor quando a abertura é pequena do que quando é grande. Por isso se designa também por válvula de abertura lenta. Poderá por vezes haver necessidade de ter uma abertura rápida quando a válvula se encontra fechada ou próximo dessa situação. Diz-se então que se tem uma válvula de abertura rápida. A classificação das válvulas quanto ao tipo de abertura foi apresentada na Fig. 22.2. Na Fig. 22.9 indica-se a forma das características dessas válvulas. As válvulas de igual percentagem são por vezes designadas por válvulas exponenciais. kv/kvs 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 2 1 1 - Abertura rápida 2 - Linear 3 - Igual percentagem 4 - mista (linearizada na origem e igual percentagem) 3 4 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 H/H100 Fig. 22.9 – Mais características típicas de válvulas 22.3.2 Características instaladas Até aqui apresentaram-se as características de uma válvula admitindo que a diferença de pressão montante / jusante é constante. Na prática uma válvula encontra-se inserida num circuito hidráulico em que as pressões variam consoante os caudais. Como a válvula de controlo ao actuar provoca uma variação no caudal, as pressões no circuito hidráulico irão variar e consequentemente a pressão montante/jusante irá variar com a abertura. A relação caudal/abertura não seguirá a forma da característica da válvula. Considere-se o circuito hidráulico da Fig. 22.10, onde existe uma bomba. Esta tem tipicamente uma característica pressão/caudal decrescente. Na tubagem (consumidores e fornecedores incluídos) a queda de pressão aumenta aproximadamente com o quadrado do caudal. Nestas condições a pressão disponível na válvula diminui com a sua abertura (Fig. 22.11), e portanto a característica da válvula em operação difere da característica teórica a ∆ p constante. tubagem fornecedores bomba válvula consumidores Fig. 22.10 – Válvula inserida num circuito hidráulico 645 22. VÁLVULAS DE CONTROLO característica da bomba ∆p (relativo) 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 diferença de pressão montante / jusante, na válvula (∆pv) ∆pv0 ∆pv100 queda de pressão na tubagem 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Q/Qmax Fig. 22.11 – Quedas de pressão no circuito hidráulico Define-se autoridade da válvula pela relação entre a diferença de pressão montante/jusante com a válvula completamente aberta e a mesma diferença de pressão com a válvula completamente fechada, ou seja, pv = ∆pv100 (22.3) ∆pv0 A característica operacional de uma válvula depende da curva característica inerente e da autoridade da válvula, como se indica na Fig. 22.12. Repare-se que a válvula linear apresenta características operacionais semelhantes às características inerentes de uma válvula de abertura rápida. Nas características operacionais deixa de se representar em ordenadas kv/kvs, uma vez que nesta situação ∆ p não é constante e igual a 100 kPa, mas varia com a abertura. q=Q/Qmax 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,00 0.6 0.4 pv=0.2 pv=1.0 0.8 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Fig. 22.12 – Características de operação de uma válvula linear 646 h=H/H100% 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.3.3 Ganho instalado Define-se ganho de uma válvula pela relação entre a variação do valor relativo do caudal q, e a correspondente variação relativa da posição da haste de comando h: G= dq dh (22.4) O ganho é definido em relação às características operacionais, como a da Fig. 22.12, que se refere a uma válvula linear. Por esta razão também se lhe dá o nome de ganho instalado. O ganho de uma válvula é função da sua abertura relativa h. A expressão (22.4) pode escrever-se dq = G dh (22.5) Como consequência de (22.5), conhecido o ganho instalado de uma válvula, pode obter-se o incremento relativo de caudal multiplicando o ganho pelo incremento relativo da abertura. Em sistemas de controlo que utilizem controladores PID, e estes são a maioria dos sistemas usados na indústria, é importante que o ganho instalado da válvula se mantenha relativamente uniforme na região de funcionamento. Variações de ganho elevadas tornam o desempenho do controlo irregular. Um ganho pequeno exige um curso grande para a haste de comando da válvula e um ganho elevado torna o controlo ruidoso, com o caudal demasiado sensível a pequenas variações da abertura da válvula. Como regra básica o ganho de uma válvula de controlo deverá estar compreendido entre os limites 0.5 e 2, para não se fazer sentir apreciavelmente a não linearidade: 0.5 < G < 2.0 (22.6) Uma vez que o ganho instalado depende do caudal através da válvula, é de esperar que o dimensionamento da válvula afecte a curva de ganho instalado. Na Fig. 22.13 representa-se o ganho instalado para duas válvulas do mesmo tipo, em que apenas o diâmetro nominal é diferente. G G 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 a) válvula com a dimensão correcta h 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 h b) válvula sobredimensionada Fig. 22.13 – Ganho instalado, em duas válvulas do mesmo tipo 647 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.4. Desempenho de uma válvula Para além das características atrás apresentadas, o desempenho de uma válvula de controlo pode depender de outros factores como a cavitação, o “flashing”, as incrustações, a corrosão e o ruído, conceitos que se detalham a seguir. 22.4.1 Cavitação A cavitação é um fenómeno físico que se manifesta nos líquidos em movimento rápido, onde devido ao aumento de velocidade associado a uma diminuição da secção da veia líquida, há uma grande baixa de pressão. Poderá então ocorrer a ebulição do líquido, que poderá originar desprendimento violento de bolhas de vapor. As bolhas assim formadas, ao seguirem as linhas de corrente, entram a seguir em regiões onde a pressão volta a aumentar, e colapsam originando picos de pressão elevados, que poderão atingir pontualmente valores da ordem de 104 MPa, dando origem a ondas de choque esféricas. Se estas ondas se formarem junto às paredes das válvulas estas vão sendo picadas, o que irá dar origem a erosão das superfícies e mesmo a furos. Se o líquido contiver partículas em suspensão, dá-se também a projecção destas sobre as paredes da válvula, agravando ainda mais o fenómeno. Além de danificar a superfície interna das válvulas, a cavitação dá origem a ruídos intensos e desagradáveis. A cavitação pode ser atenuada não permitindo que a pressão do fluido desça substancialmente, podendo até ser completamente eliminada se não se deixar que a pressão desça abaixo da tensão de vaporização do líquido. A redução da cavitação pode ser feita de modos diversos, nomeadamente: • Pela modificação do circuito hidráulico de forma a que a válvula não seja instalada numa zona em que a pressão possa ser muito baixa (se tal for possível). • Colocando a jusante da válvula uma placa perfurada que introduza uma perda de carga, de modo a aumentar a contra pressão na válvula, reduzindo assim o seu ∆p. • Utilizando válvulas com multi-queda de pressão ou com vários orifícios. • Utilizando materiais e revestimento das superfícies internas da válvula adequados. 22.4.2 “Flashing” O “flashing” é um fenómeno também devido à vaporização do líquido por efeito da baixa de pressão, diferindo da cavitação pelo facto de não haver em seguida um aumento suficiente da pressão, passando assim o líquido ao estado gasoso e nele permanecendo. A pressão final do fluido é inferior à tensão de vaporização do líquido. O “flashing” pode provocar vibrações da válvula e ruído, embora as suas consequências não sejam tão graves como as da cavitação. A redução do “flashing” faz-se usando técnicas análogas às utilizadas para a cavitação. Na Fig. 22.14 representa-se a perda de carga no circuito hidráulico próximo da válvula para os casos em que não há nem cavitação nem “flashing”, para o caso em que há cavitação e para o caso em que há “flashing”. 648 22. VÁLVULAS DE CONTROLO Pressão estática sem cavitação e sem flashing com cavitação tensão de vaporização, pv com flashing pressão a montante pressão a jusante percurso Fig. 22.14 – Pressão estática em válvulas com cavitação e flashing 22.4.3 Ruído O ruído produzido numa válvula de controlo é devido à sobreposição de vários factores, dos quais os mais importantes são os dois últimos mencionados, a cavitação e o “flashing”, com particular importância para a cavitação. Válvulas destinadas ao controlo de caudal de gás também poderão dar origem a ruído, designado por ruído aerodinâmico, chamando-se ruído hidrodinâmico ao que é introduzido pela passagem de líquidos através das válvulas. Além de legalmente não ser permitido um valor de ruído superior a 80 dBm(3), o ruído incomoda e nos líquidos é um indicador da existência de cavitação. Na tabela seguinte apresentam-se os valores máximos do ruído hidrodinâmico para que não haja cavitação. Diâmetro nominal Limite de ruído < DN 80 80 dBm DN100 – DN 150 85 dBm > DN 200 90 dBm O método de cálculo do ruído hidrodinâmico produzido por uma válvula de controlo encontrase especificado na norma alemã VDMA 24422. e faz intervir o Cv da válvula, as pressões a montante e jusante, a tensão de vaporização e o diâmetro nominal. A norma alemã indica também como se calcula o ruído aerodinâmico. Os fabricantes de válvulas apresentam geralmente o ruído sob a forma de gráficos. 3 O ruído deve ser medido a 1 m da superfície da tubagem, a 1 m a jusante da flange de saída da válvula. 649 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.4.4 Corrosão Designa-se por corrosão o ataque químico, por parte do fluido em escoamento, aos constituintes de um equipamento. Nas válvulas a corrosão ataca o corpo, o obturador e até a própria sede. A corrosão origina um aumento da rugosidade no interior das paredes e um aumento da secção interna, degradando as características do escoamento. Em casos extremos poderá conduzir à rotura das paredes da válvula e consequentemente à sua inutilização. A corrosão poderá ser atenuada de duas formas: Adicionando ao fluido um produto neutralizante (se tal for possível) ou seleccionando adequadamente os materiais do revestimento interno da válvula, do obturador e da sede. Repare-se que a corrosão é um fenómeno químico, sendo devida ao ataque químico das paredes da válvula pelo fluido, enquanto que a cavitação é um fenómeno físico: são as ondas de choque e as projecções de partículas, líquidas ou sólidas, que danificam as paredes da válvula. 22.4.5 Incrustações Chamam-se incrustações a depósitos de minerais sobre a superfície interna da válvula, ou de outro equipamento. Normalmente estes depósitos são de materiais calcários, sendo frequentes em válvulas de água. As incrustações provocam uma diminuição da secção interna, redução que pode ser elevada. Provocam ainda um aumento da rugosidade das superfícies internas. O conjunto destes dois factores pode conduzir a perdas de carga elevadas, com a consequente degradação das características. As incrustações poderão ser atenuadas de diversas maneiras: Adicionando ao fluido um produto anti-incrustação (se tal for possível), seleccionando o material de revestimento interno da válvula ou efectuando uma manutenção correctiva com a frequência adequada. 22.5. Selecção e dimensionamento A escolha de uma determinada válvula faz-se em três fases. Numa primeira fase selecciona-se o tipo de válvula e actuador, numa segunda efectua-se o seu dimensionamento e na terceira fase dimensiona-se o actuador. Poderá acontecer que durante a execução destas fases seja necessário voltar ao ponto de partida, devido a não se encontrar a válvula ideal pretendida. 22.5.1 Selecção do tipo de válvula Esta selecção destina-se a escolher o tipo de corpo e de actuador. A escolha do tipo de corpo poderá ser uma tarefa delicada, com grande multiplicidade de opções. Faz-se atendendo aos seguintes parâmetros: • Finalidade da válvula (manual de isolamento, controlo on/off, controlo proporcional, controlo conjunto proporcional e on/off). • Tipo de fluido (água, petróleos, pasta de papel, lamas, lamas com areias ou pedras, vapor saturado ou sobreaquecido, fluidos multifase). • Temperatura do fluido (temperaturas muito baixas ou muito altas). 650 22. VÁLVULAS DE CONTROLO • • • • Pressão do fluido (nominal, de pico). Agressividade química do fluido (ácidos, bases, outros agentes corrosivos). Agressividade mecânica do fluido (caulinos e outros agentes abrasivos e incrustantes). Agressividade do meio ambiente (agentes químicos corrosivos no ambiente circundante à válvula, temperatura). • Normas e regulamento locais, incluindo a prática corrente nas instalações fabris. • Existência de peças de reserva em armazém (para o caso de se pretender um número limitado de válvulas em que não faz sentido a organização de novo “stock” de peças). • Experiência prévia com determinados tipos de válvulas. Não existe um método sistemático que permita a escolha do tipo de corpo, tanto mais que muitos dos fabricantes recomendam certos tipos de corpos para múltiplas aplicações. Dão-se no entanto algumas indicações que poderão ser úteis. (Finalidade da válvula Æ tipo de corpo a seleccionar – Razão da escolha) Válvula de isolamento Æ usar válvula de macho esférico – É o único desenho que garante o isolamento do fluido com segurança. Se a válvula de controlo for também utilizada para isolamento de tubagens, com a possibilidade de ter que se retirar a tubagem a jusante da válvula, não pode de forma alguma usar-se uma válvula linear ou rotativa de segmento esférico, ou de borboleta, mesmo com prejuízo das características. Este tipo de válvula pode ser usado com gases ou líquidos, mesmo que estes tenham quantidades apreciáveis de matérias sólidas. Tem o grande inconveniente de ser cara, em particular quando o obturador é feito de titânio ou outro metal de preço elevado. Válvula para água Æ acima de DN100 usar válvula de borboleta – É uma válvula barata e de concepção simples. O seu baixo custo, comparado com o de válvulas de outro tipo, torna-se notório para diâmetros elevados. Normalmente estas válvulas não têm que trabalhar nem a pressões nem a temperaturas elevadas, também não sendo crítica a precisão do controlo. Este tipo de válvula não deve ser usado com gases nem com líquidos que tenham matérias sólidas misturadas. Válvula para alta pressão Æ usar válvula linear de globo, de sede dupla – É um desenho que está muito testado em caldeiras de produção de vapor, quer para a válvula de admissão de água como para a regulação do vapor produzido. Válvula de pasta de papel Æ usar válvula rotativa de segmento esférico em V – É um desenho indicado quando se pretende uma grande precisão no controlo, com ganho instalado quase constante. Válvula para líquidos com lamas ou areia Æ usar válvula linear, de guilhotina ou de corrediça. É um desenho que permite que as lamas e areias passem pela região inferior da válvula sem afectar a haste de comando. Válvula criogénica Æ usar válvula com haste longa – Este desenho coloca a válvula afastada do actuador, não permitindo que as temperaturas baixas atinjam o actuador e afectem o seu desempenho. 651 22. VÁLVULAS DE CONTROLO Válvula para fluidos abrasivos Æ usar válvula linear revestida interiormente a neoprene, a PTFE ou outros. Por vezes a válvula é constituída por uma tubagem maleável (neoprene, PTFE,...) que para fechar é apertada pelo obturador da válvula. Válvula controlo de precisão Æ usar válvula de segmento esférico – Este tipo de válvula tem características instaladas superiores às das válvulas de outro tipos, apresentando uma melhor precisão para o controlo. Actualmente os fabricantes estão a construir válvulas de segmento esférico para quase todo o tipo de aplicações. Além do corpo propriamente dito deverá ainda escolher-se o tipo de ligação ao processo: válvula flangeada, de bolacha, roscada, ou soldada. Em qualquer dos caso é importante saber-se qual a pressão nominal PN da tubagem, quando da selecção da válvula. Note-se que para pressões e temperaturas de fluidos elevadas, como acontece em caldeiras de produção de vapor, as válvulas deverão ser soldadas às tubagens. Há duas séries de tubagens, e consequentemente de válvulas: a série Europeia, DIN(4), e a série Americana ANSI(5). Qualquer delas é identificada pelo diâmetro nominal DN, em milímetros na série DIN e em polegadas americanas na série ANSI. A norma japonesa, JIS, especifica dimensões iguais às das normas europeias. Na tabela seguinte indicam-se as dimensões nominais das tubagens e válvulas. ANSI ½ ¾ 1 1½ 2 3 4 5 6 8 10 12 DIN 15 20 25 40 50 80 100 125 150 200 250 300 ANSI 14 16 18 20 24 28 32 36 40 48 54 60 DIN 350 400 450 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1500 Na tabela que se segue dá-se uma indicação dos materiais a utilizar nas válvulas em função do tipo de fluido: Fluido Material Águas limpas, Lixívias negra ou verde, Hidróxido de cálcio, Aço ANSI 316 Pastas de papel lavada ou crua, Vapor, Ar, derivados do petróleo 4 5 Pasta branqueada (ClO2), Hidróxido de sódio, vapor com SO2 Aço ANSI 317 Dióxido de cloro, Hipoclorito de sódio Titânio Cloro gasoso, SO2 gasoso Hastelloy Deutsche Industrie Norm American National Standards Institute 652 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.5.2 Fórmulas para cálculo de válvulas As fórmulas utilizadas no cálculo das válvulas têm por base a relação (22.1) e são basicamente as indicadas a seguir. 22.5.2.1. Líquidos sem cavitação nem flashing q = Fp × Fr × kv × em que q Fp Fr kv p1 p2 Gl p1 − p2 Gl (22.7) caudal do líquido, expresso em m3/h. Factor de geometria da tubagem. Factor do número de Reynolds. coeficiente de escoamento (europeu, não é o Cv). pressão a montante, expressa em bar. pressão a jusante, expressa em bar. densidade do fluido: Gl = ρ /ρ0. Gl = 1 para a água. O factor Fp depende dos diâmetros nominais da válvula e da tubagem, sendo em primeira aproximação Fp = [(DNválvula/DNtubagem)2-1]×[(h/hmax)2-0.2]+1, em que h é o curso da válvula. O factor Fr é função do número de Reynolds: Re=[1, 10, 102, 103, ≥104] Æ Fr=[0.055, 0.18, 0.50, 0.95, 1] 22.5.2.2. Líquidos com cavitação Se houver cavitação a expressão anterior deverá ser corrigida, tomando a forma q = Fp × Fr × kv × p1 − FF × pv Gl (22.8) em que os símbolos têm o mesmo significado que anteriormente, sendo ainda: pv tensão de vaporização do líquido à temperatura de entrada. po pressão crítica termodinâmica. FF = 0.96 − 0.28 × pv / po 22.5.2.3. Gases e vapor w = 31,86 × Fp × kv × Y × ( p1 − p2 ) ρ1 q = 487 × Fp × kv × p1 × Y × em que w q Fp kv Y p1 − p2 p1 × Gg × T1 × Z (22.9) (22.10) caudal do líquido, expresso em kg/h. caudal do líquido, expresso em m3/h, medido a 1.013 bar e a 15 ºC. Factor de geometria da tubagem, obtido aproximadamente como indicado atrás. coeficiente de escoamento (Europeu). coeficiente de expansão. 653 22. VÁLVULAS DE CONTROLO p1 pressão a montante, expressa em bar. p2 pressão a jusante, expressa em bar. Gg densidade do gás ou vapor: Gg = Mg /Mar, em que M é a massa molecular. Mar = 28.96 e Gg = 1 para o ar. ρ1 massa volúmica a montante (kg/m3). T1 temperatura absoluta a montante (K). Z coeficiente de compressibilidade. 22.5.3 Dimensionamento da válvula Uma válvula não deverá ser dimensionada pelo diâmetro da tubagem onde vai ser inserida. Quase sempre a válvula correctamente dimensionada para um local é de diâmetro nominal inferior ao diâmetro nominal da tubagem, pelo que há necessidade de construir e instalar segmentos de cone de adaptação. A inclusão de uma válvula com o diâmetro nominal da tubagem conduz a válvulas de preço elevado e com más características de controlo, uma vez que a válvula iria funcionar quase sempre com uma abertura muito pequena, com um ganho instalado elevado, e portanto uma grande incerteza nas variações de caudal (ver Fig. 22.13). Por outro lado, se for excessivamente reduzido o diâmetro nominal de uma válvula pode aparecer uma perda de carga indesejável (ou até incomportável no circuito hidráulico), originando um aumento de velocidade do fluido, o que poderá dar origem a fenómenos de cavitação e a ruído excessivo. A experiência mostra que uma válvula de controlo não deverá funcionar com uma abertura superior a 70 %, em média. O dimensionamento de uma válvula faz-se por qualquer dos métodos indicados a seguir: 22.5.3.1. Utilização de software específico Neste método utiliza-se o software de dimensionamento de válvulas que cada fabricante tem disponível para o efeito. Uma vez familiarizado com o programa, o utilizador deverá introduzir os dados do processo (tipo de fluido, pressão, temperatura, caudal máximo, ∆p admissível, diâmetro nominal da tubagem) e indicar, de entre os tipos de válvulas possíveis, qual o tipo de válvula pretendido (macho esférico, borboleta, segmento esférico, etc.). O programa devolve o diâmetro nominal da válvula e todas as características da mesma (kv ou Cv, caudal máximo, ganho instalado e ruído), alertando se houver cavitação, “flashing” ou ruído excessivo. Esta forma de dimensionar válvulas é de longe a mais indicada para o caso de projectos em que haja necessidade de dimensionar um número elevado de válvulas. Uma vez que as válvulas são dispositivos caros, o utilizador deverá confirmar que está a usar o programa de dimensionamento de forma correcta, por exemplo procurando dimensionar algumas válvulas que estejam em funcionamento com bom desempenho. Deverá também consultar diversos fornecedores, pedir-lhes para efectuar o dimensionamento das mesmas válvulas e comparar os resultados. Há que ter em conta que alguns fornecedores de válvulas, com o intuito de tornarem as propostas competitivas, apresentam válvulas dimensionadas “à pele”(> 70% de abertura). O utilizador precisa de ter o cuidado de saber se os dados do processo irão evoluir no tempo, em particular no que se refere aos caudais máximos, que é normal aumentarem com sucessivas modificações das instalações. 654 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.5.3.2. Utilização de gráficos e fórmulas Como alternativa mais trabalhosa, na ausência de software específico, poderão usar-se as fórmulas, ábacos e gráficos fornecidos pelos fabricantes. Estes métodos de cálculo baseiam-se nas fórmulas apresentadas, (22.7) a (22.10), e nas características das válvulas de cada fabricante. Exemplo de dimensionamento de uma válvula usando ábacos e gráficos do fabricante (Neles): Dados do processo: Líquido: Lixívia negra (ρ =1400 kg/m3). Temperatura 160 ºC, pressão 500 kPa. Caudal máximo: 200 m3/h. ∆ p máximo = 60 kPa, com a válvula aberta a 90º. Válvula a utilizar: v. de macho esférico, flangeada a inserir em tubagem DN150. FpCv • Fig. 22.15 – Dimensionamento de uma válvula 655 22. VÁLVULAS DE CONTROLO O procedimento a utilizar no dimensionamento é o seguinte: 1. A partir da recta graduada em ∆p traça-se o segmento de recta que une o ∆p =60 kPa (dado) com o ponto q =200 m3/h (dado) da recta dos caudais. 2. Prolonga-se este segmento de recta até encontrar a recta FpCv, obtendo-se FpCv ≈300. 3. Avançando na horizontal, para a esquerda e entrando sobre as características inerentes das válvulas. Pára-se na válvula DN125, por se encontrar aproximadamente a 60 % de abertura. 4. Para a válvula anterior será pela equação auxiliar de (22.7) Fp=0.91. Da tabela do fabricante obtém-se Fp =0.96. 5. Para o último valor Fp obtido tem-se Cv ≈312. 6. Para este valor de Cv a válvula DN125 trabalhará a ≈63 % de abertura, pelo que esta dimensão de válvula é a recomendada. É suficiente uma PN10. 22.5.3.3. Utilização de fórmulas genéricas No caso de não se dispor de nenhum destes elementos, e apenas como indicação aproximada, poderão usar-se as fórmulas atrás apresentadas, dimensionando o diâmetro nominal da válvula aproximadamente, a partir do kvs (válvula 100% aberta) obtido, usando a seguinte tabela: DN Macho esférico Segm. esférico Borboleta 25 85 40 DN Macho esférico Segm. esférico Borboleta 200 4540 1340 2480 40 180 95 250 7070 2750 4540 50 280 155 300 10540 3850 6770 65 465 240 350 13025 5520 8910 80 685 360 230 100 1050 530 370 125 1600 680 150 2670 1080 1200 400 17200 7290 11310 450 21800 500 27400 600 38900 18170 26300 Exemplo de dimensionamento expedito (aproximado) da válvula anterior: Vai usar-se a expressão (22.7) referente a líquidos sem cavitação. Vai começar por se ensaiar uma válvula DN125; se for pequena tenta-se a DN150, igual à tubagem. Para a válvula DN125 é aproximadamente Fp ≈ 0,91. Admitindo FR=1, convertendo ∆ p a bar (0.6 bar) e calculando Gl = ρ /ρ0 = 1400/1000=1.4, vem kv=368. O valor de kv obtido será para uma determinada abertura, Seja por hipótese 60%. Para 100% seria (aproximação, apenas) kvs=368/(0.62)=1022. Pela tabela acima serviria uma válvula DN100, para a qual conviria reconfirmar o valor de Fp. Pelo procedimento da secção anterior esta válvula funcionaria a 70% de abertura, o que poderá não ser bom para o controlo (depende do ganho instalado) e poder comprometer futuras ampliações da instalação. 656 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.6. Actuadores Chama-se actuador, de uma forma genérica, ao órgão que instalado num processo trabalha de modo a modificar-lhe as variáveis características. O actuador está quase sempre integrado no elemento final de uma cadeia de controlo. Neste capítulo serão apenas abordados os actuadores de posição, dispositivos mecânicos destinados a comandar a haste de uma válvula. Como se referiu na secção 22.2, os actuadores podem classificar-se, de acordo com o tipo de energia que utilizam, em pneumáticos, eléctricos, hidráulicos e manuais. Apenas se descreverão os eléctricos e os pneumáticos. Consoante o tipo de corpo de válvula ao qual será aplicado, um actuador será linear ou rotativo. 22.6.1 Actuador pneumático 22.6.1.1. Actuador de diafragma Este tipo de actuador é muito utilizado em válvulas lineares. O actuador posiciona a haste de comando da válvula de acordo com a pressão de ar. Na Fig. 22.16 encontram-se representados, em corte, dois actuadores pneumáticos de diafragma, um que necessita de ar para fechar e outro que necessita de ar para abrir. mola ar de comando diafragma mola ar de comando haste de comando indicador local indicador local a) ar a fechar b) ar a abrir Fig. 22.16 – Actuador pneumático de diafragma, linear (Masoneilan) O actuador pneumático recebe um sinal pneumático, de pressão variável de acordo com a posição que se pretende para a haste. Este sinal de comando é normalmente obtido no posicionador. A força F que o ar de comando, em contacto com o diafragma, exerce sobre a haste é dada por F = pS (22.11) sendo p a pressão do ar e S a área do diafragma. A título de exemplo, para um diafragma com o diâmetro de 25 cm, uma pressão de ar de 6,5 kgf/cm2 produz uma força superior a 3000 kgf. Esta força é equilibrada pela força da mola e pela reacção do obturador. 657 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.6.1.2. Actuador de êmbolo Os actuadores de êmbolo, também designados de cilindro ou de pistão, são constituídos por um cilindro, no interior do qual se move um êmbolo, mecanicamente ligado a um pistão. O cilindro é construído quase sempre em alumínio anodizado, para ser leve e resistente à corrosão. A seguir, na Fig. 22.17, representa-se um actuador de êmbolo de dupla acção, isto é, em que o ar é aplicado às duas faces do êmbolo, numa para abrir e na outra para fechar. Repare-se no mecanismo de ligação que transforma o movimento linear da haste num movimento de rotação de ¼ de volta, e que se encontra esquematizado na Fig. 22.18, para a válvula nas posições fechada e aberta. O binário máximo, para o ângulo α=0º, corresponde ao máximo de resistência que habitualmente uma válvula oferece quando está completamente fechada. ajuste do curso êmbolo cilindro haste ou pistão entrada de ar de comando posicionador Válvula de borboleta ajuste do curso Fig. 22.17 – Actuador pneumático de êmbolo, rotativo (Neles) Binário/mínimo 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 válvula aberta 0.9 0 20 40 60 80 α /º Fig. 22.18 – Binário de um actuador de êmbolo rotativo 658 válvula fechada 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.6.2 Actuador eléctrico Há basicamente dois tipos de actuadores eléctricos: o actuador eléctrico rotativo, constituído por um motor eléctrico acoplado a um desmultiplicador mecânico que é acoplado à válvula, e o actuador de solenóide, em que a energia mecânica necessária para accionar a válvula é obtida por meio do movimento do núcleo de uma bobina. 22.6.2.1. Actuador de motor rotativo Há uma grande variedade de actuadores de motor rotativo, desde actuadores com motores de corrente contínua, motores monofásicos e actuadores de grande potência, com um ou mais motores trifásicos, destinados a válvulas de grande porte. Em qualquer dos casos, uma vez que a válvula que irá ser associada ao actuador tem que poder abrir e fechar, a inversão do sentido de operação é feita invertendo o sentido de rotação do motor. O desmultiplicador de um actuador é constituído quase sempre por um veio sem fim acoplado a uma roda planetária. O sem fim recebe a energia mecânica do veio do motor e o veio da roda planetária transmite o movimento à válvula. Há actuadores com saída linear e em ângulo (desde alguns graus até várias voltas). Na figura Fig. 22.19 encontra-se representado, em corte parcial, um actuador eléctrico de motor rotativo. 4. caixa de ligações 1. motor eléctrico 5. veio sem fim 2. unidade de controlo 3 6. comando manual de emergência ⇓ 3. ligação à válvula Fig. 22.19 – Actuador eléctrico, de motor rotativo (Auma) Repare-se na existência de um volante para abertura ou fecho manual da válvula. Para efectuar esta operação que habitualmente é uma emergência, levanta-se primeiro a patilha existente no centro do volante. Provoca-se assim o desacoplamento mecânico entre o motor e o sem fim que liga ao planetário, ficando este sob comando manual. Normalmente só se consegue voltar à situação inicial automática (accionamento por motor e volante desactivado) depois de se desligar a energia de alimentação do motor. 659 22. VÁLVULAS DE CONTROLO Um dispositivo importante existente nestes actuadores é o travão, que pode ser mecânico ou electromagnético. O travão destina-se a evitar que o actuador, devido à inércia, ultrapasse a posição pretendida quando é retirada a energia ao motor. Existem também interruptores de fim de curso que indicam válvula aberta ou fechada. Quase sempre estes fins de curso se encontram duplicados, sendo um par (aberta-fechada) para protecção da válvula e outro par para indicação remota. Existe também um indicador local de posição (mecânico, à base de rodas dentadas), com indicação adicional de válvula aberta e válvula fechada, e um indicador remoto de posição, através de um potenciómetro. Num actuador existem ainda interruptores de binário máximo, a abrir e a fechar, para protecção da válvula e do próprio actuador, em caso de bloqueio mecânico na válvula. Para se detectar o binário máximo o sem fim é apoiado nas extremidades em molas. No caso de haver algum bloqueio na válvula, a roda planetária obriga o sem fim a efectuar um deslocamento axial que acciona um contacto que provoca o desligar do motor de accionamento. É possível efectuar o ajuste do ponto de contacto. Há modelos de actuadores com medição de binário em contínuo. Estes actuadores dispõem de protecção térmica do motor, que é medido por meio de um termistor ou então de um bimetálico. Nas unidades de grandes potências existe uma resistência eléctrica de aquecimento, destinada a evitar a condensação de humidade. Os actuadores podem receber diversos tipos de sinais de comando, desde o clássico 4-20 mA, passando por impulsos de tensão (para abrir e para fechar), RS-232, RS485, HART e sinais digitais Fieldbus. Todos os sinais são geridos através de uma unidade de controlo. Os actuadores têm habitualmente uma caixa de protecção à prova de explosão e à prova de água. Apenas a título de referência, as velocidades de rotação (para a. rotativos) correntes vão desde 4 a 180 rot/min. A gama de potências dos motores encontra-se entre 0.025 kW até 45 kW e a gama de binários de 10 Nm a 32000 Nm. 22.6.2.2. Actuador de solenóide O actuador de solenóide é constituído por uma bobina com o núcleo móvel. O movimento do núcleo é comandado pela corrente na bobina, permitindo assim abrir e fechar a válvula. Este método, dito de acção directa, é apenas empregado em pequenas válvulas para pressões baixas. Os casos mais vulgares, com válvulas de 1’’ com água da rede, utilizam um orifício piloto que permite usar a pressão da rede para accionar o obturador da válvula, como indicado na Fig. 22.20. Quando a bobina não tem corrente o orifício piloto encontra-se fechado e a pressão do fluido é aplicada à parte superior do diafragma de obturação, ficando assim a válvula fechada. Quando é aplicada corrente à bobina o núcleo faz abrir o orifício piloto, aliviando a pressão no topo do diafragma. Então é a própria pressão da linha que faz subir o diafragma, abrindo o orifício principal de passagem do fluido. Note-se que o núcleo da bobina se encontra em contacto directo com o fluido, completamente separado da parte eléctrica. O actuador de solenóide com orifício piloto poderá ser classificado de electro-hidráulico. 660 22. VÁLVULAS DE CONTROLO bobina energizada bobina sem corrente ligações eléctricas núcleo orifício fechado orifício aberto a) v. fechada b) v. aberta Fig. 22.20 – Actuador eléctrico, de solenóide (Asco) 22.6.3 Comparação A. pneumático / A. eléctrico O facto de continuar existir uma grande quantidade de actuadores pneumáticos, significa que haverá algumas razões de força para tal. Faz-se a seguir uma comparação entre estes actuadores apresentando os pontos positivos (+) e negativos (-) de cada tipo. Actuadores pneumáticos: • Custo do actuador, bastante inferior ao do seu equivalente eléctrico (+). • Simplicidade no de funcionamento, o que facilita a manutenção (+). • Adequado para atmosferas explosivas, sem ter que usar caixas de protecção especiais (+). • Rapidez na operação. São mais rápidos a responder do que os eléctricos (+). • Tempo de vida maior que o dos eléctricos (+). • É necessário dispor de instalação de ar comprimido (-) • Fazem barulho com o escape de ar, em particular ao efectuar um curso completo (-). Actuadores eléctricos: • Não é necessário ter instalação de ar comprimido (+). • Apenas há sinais eléctricos em jogo, sem conversões, o que o torna mais precisos (+). • Dimensões inferiores às dos pneumáticos, para os mesmos binários /forças (+). • Binário bem definido, não dependente da pressão do ar de alimentação (+). • Não há desgaste de posicionadores, com a consequente alteração das características (+). • Custo do actuador, bastante superior ao do seu equivalente pneumático (-). • Complexidade técnica, o que exige pessoal especializado para a manutenção (-). • Só é adequado para atmosferas explosivas se estiver numa protecção conveniente (-). • Mais lentos na operação que os pneumáticos (-). 661 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.7. Posicionador Como se disse na introdução, e se mostra na Fig. 22.6b), a função do posicionador consiste em colocar a haste de comando da válvula na posição pretendida, por meio de uma realimentação da posição. O sinal com a informação sobre a abertura da válvula é injectado no posicionador. Como é muito vulgar a utilização de sinais em corrente de 4-20 mA, indica-se a seguir o esquema de um posicionador electro-pneumático. Este recebe um sinal de comando em corrente e fornece um sinal pneumático ao actuador. Uma configuração típica é a indicada na Fig. 22.21. O sinal de entrada, corrente I, é ligado à bobina (15) que se encontra entre os pólos de um íman permanente (16). Esta corrente origina uma força sobre a bobina, que por sua vez dá origem a um binário na alavanca (17) da balança de forças, proporcional à corrente I. O “feedback” da posição do veio do actuador (8) é comunicado à balança de forças através de uma came (5), de uma alavanca (4) e de uma mola, produzindo sobre a balança um binário de sentido oposto ao da bobina. A tubeira (18) detecta esta diferença de binários. Assim, se por exemplo a corrente I aumentar a bobina desce, a tubeira fica mais obstruída e a pressão de ar na câmara (acima de 2) aumenta, obrigando a um movimento descendente do pistão (2). Este movimento obriga ao movimento também descendente da haste (10), o que provoca uma redistribuição do ar de alimentação (S) pelas faces do êmbolo do actuador, através das tubagens (C1) e (C2). Devido a esta redistribuição o actuador move-se, vencendo todas as forças resistentes, incluído o atrito, parando numa posição correspondente á desejada. A mola (13) dá uma indicação preliminar do movimento do pistão (2). Sobre este encontra-se um parafuso (12) que permite efectuar o ajuste de zero. A gama é ajustada através do potenciómetro (20). Fig. 22.21 – Posicionador electro-pneumático (Neles ) 662 22. VÁLVULAS DE CONTROLO 22.8. Especificação, instalação e manutenção 22.8.1 Especificação Ao especificar uma válvula de controlo, para efectuar uma encomenda, deverá indicar-se o seguinte: • • • • • • • • • Tipo de corpo da válvula – ex. linear de guilhotina, de macho esférico, ... Tipo de ligação ao processo – Flangeada, de bolacha, soldada, roscada. Aplicações especiais – criogénica, alta pressão, baixo ruído, ... Pressão de operação – ex. PN25, para uma pressão no corpo de 25 bar. Diâmetro nominal – de acordo com a norma DIN, eventualmente ANSI. Ex. DN 100. Material do corpo – ex. aço ANSI 316, Hastelloy, ... Materiais das peças internas – revestimento interno do corpo, material do obturador. Tipo de sede e seu material – ex. Hastelloy, teflon, ... Tipo de actuador e características – pneumático, eléctrico. Indicar a força e o curso (a. linear) ou o binário e o n.º de voltas (a. rotativo), ar a abrir a fechar ou duplo (a. pneumático), ... • Tipo de posicionador – pneumático ou electro-pneumático (para actuador pneumático), se é para controlo contínuo ou válvula on/off, ... • Acessórios – lista de peças de reserva que garantam a reparação imediata da válvula, em caso de avaria. O número de fabricantes de válvulas de controlo é muito elevado, superior ao milhar, pelo que muitas vezes se torna difícil escolher uma determinada válvula. Recomenda-se contudo limitar a escolha às marcas que habitualmente a fábrica utiliza e com as quais se encontra satisfeita. Para uma consulta sobre fabricantes de válvulas de controlo recomenda-se que se faça uma pesquisa na Internet procurando a frase “control valves”. Repare-se na quantidade imensa de resultados obtidos. Alguns “sites”, como por exemplo http://www.valves-ez.com/valves/, contêm uma base de dados sobre fabricantes de válvulas de controlo. 22.8.2 Instalação Andes de proceder à instalação de uma válvula de controlo, deverá ler-se o “Manual de Instalação” que acompanha a válvula. Em linhas gerais convirá observar os pontos seguintes, quando aplicáveis, que dizem respeito a uma válvula flangeada: • Verificar que as flanges se encontram instaladas na tubagem, e que o seu alinhamento e afastamento correspondem à válvula a instalar. • Efectuar uma sopragem da tubagem de modo a garantir que todas as partículas metálicas são removidas antes da instalação. • Transportar a válvula para o local em que será instalada, suspensa pelo corpo. Não passar o laço de suspensão nem pelo seu interior nem pelo actuador. Não colocar as mãos ou os dedos no interior do obturador, na zona de passagem do fluido. O transporte deverá apenas ser feito na altura da instalação. • Retirar as protecções que normalmente estão colocadas sobre as flanges da válvula. 663 22. VÁLVULAS DE CONTROLO • Posicionar a válvula entre as flanges, tendo em atenção o sentido de passagem do fluido, que deverá coincidir com o que se encontra indicado na válvula. • O actuador não deve ficar colocado do lado de baixo da válvula, para evitar sujidade e corrosão pelas fugas de fluido que eventualmente possam ocorrer nas juntas de ligação, e também para minimizar o desgaste do seu veio por partículas que eventualmente sejam transportadas pelo fluido, que têm tendência a concentrar-se na parte inferior da tubagem. • Entre as flanges da tubagem e as da válvula deverão ser colocadas juntas de vedação adequadas. Ao apertar os parafusos de união das flanges que não se deve forçar a tubagem. Não exceder o binário de aperto máximo permitido: convém lembrar que mais tarde a válvula terá que ser retirada, para manutenção. • Verificar que existe ar de instrumentação, seco, sem óleo e com a pressão adequada. • Verificar que a válvula, depois de instalada, responde aos comandos de abrir e de fechar. 22.8.3 Manutenção Convém distinguir entre a manutenção preventiva e a manutenção correctiva. Em relação à manutenção preventiva deverá existir um plano de manutenção das válvulas (integrado no plano de manutenção fabril geral). Deverá também existir um conjunto de peças de reserva, que deve ser criteriosamente fixado tendo em conta o número de válvulas em serviço, a sua fiabilidade e a rapidez com que se podem obter peças. Os procedimentos a ter em consideração deverão ser os constantes do plano de manutenção da instrumentação fabril, que deverá respeitar o “Manual de Manutenção” referente à válvula. Convém observar que muitas vezes a instalação fabril poderá apenas parar um ou dois dias por ano, e que é apenas nessa altura que se podem substituir as válvulas. Convém também salientar que uma paragem não planeada é extraordinariamente cara, pelo que deverá haver uma grande fiabilidade do equipamento. De um modo geral antes de retirar uma válvula para manutenção convirá observar os pontos seguintes: • Verificar se há necessidade efectiva de retirar a válvula da tubagem ou se a manutenção pode ser feita no campo. • Não retirar a válvula do processo sem a devida autorização, e sem ter a garantia que linha se encontra despressurizada. • Ter em atenção o peso da válvula, que deverá estar convenientemente apoiada antes de remover os parafusos de aperto. Ao suspender a válvula que vai ser retirada não passar o laço de suspensão nem pelo seu interior nem pelo actuador. Relembra-se aqui que, com mais importância do que para a instalação, não se devem colocar as mãos ou os dedos no interior do obturador, na zona de passagem do fluido. O desligar de um tubo pneumático ou de um condutor de 4-20 mA pode fazer a válvula fechar em fracções de segundo. • Depois de retirada da tubagem a válvula deverá ser levada para a oficina, onde será reparada ou efectuada a manutenção preventiva, que deverá incluir uma verificação da calibração. O procedimento para separar a válvula do actuador e efectuar a manutenção de cada um deles é específico da cada tipo, encontra-se nos respectivos manuais e deverá ser seguido cuidadosamente. 664