O que é uma válvula globo guiada por gaiola Importância coeficiente de fluxo da válvula de controle
Qual é a característica inerente a uma válvula?
A característica inerente a uma válvula é a característica publicada pelo fabricante, com base em testes realizados em um sistema em que é tomado muito cuidado para garantir que a queda de pressão na válvula de teste seja mantida constante em todas as aberturas e taxas de fluxo da válvula.
A característica inerente, portanto, representa a relação entre a capacidade de fluxo da válvula e a abertura da válvula quando não há efeitos no sistema envolvidos
Qual é a característica instalada de uma válvula?
A característica instalada é o gráfico de fluxo em relação à abertura da válvula usando quedas de pressão reais experimentadas na prática.Resultando da interação da curva inerente, com as características do processo (variação da pressão a montante e jusante) e interação da curva de uma bomba. Devido ao fato de que na maioria das aplicações a queda de pressão aumenta à medida que a vazão cai, a característica instalada em muitas casos nos leva a selecionamos uma curva igual porcentagem ou parabólico modificado para se obter uma curva instalada próxima da linear.
Características do fluxo da válvula de controle inerente x instalado
Quando as válvulas de controle são testadas em laboratório, elas são conectadas a um sistema de tubulação, proporcionando uma diferença de pressão quase constante entre a montante e a jusante (P1 – P2 = constante).
Com um fluido de densidade constante e uma queda constante de pressão na válvula, a taxa de fluxo se torna diretamente proporcional ao coeficiente de fluxo da válvula (Cv).
Isso fica claro no exame da equação básica da capacidade da válvula, se substituirmos os termos de pressão e gravidade específica por uma única constante k:
(Se as pressões e a gravidade específica forem constantes.)
Q = k.Cv
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CV:Vazão de água à 20ºC, que flui em uma válvula totalmente aberta, expressa em galão por minuto, quando submetida à um diferencial de pressão de 1 psi.
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KV: Vazão de água à 20ºC, que passa em uma válvula aberta, expressa em m3 /h, quando submetida a um diferencial de pressão de 1 Kgf/Cm2.
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Sabemos que a vazão está diretamente condicionada ao coeficiente de vazão da válvula, ou seja a vazão tem relação direta com a “quantidade de resistência” oferecida por qualquer restrição a um fluido turbulento depende da área da seção transversal dessa restrição e também da proporção de energia cinética do fluido dissipada na turbulência.
Se uma válvula de controle for projetada de modo que o efeito combinado desses dois parâmetros varie linearmente com o movimento da haste, o Cv da válvula será igualmente proporcional à posição da haste.
Ou seja, o Cv de uma válvula de controle “linear” terá aproximadamente metade da sua característica máxima com a posição da haste em 50%; aproximadamente um quarto da sua característica máxima com a posição da haste em 25%; e assim por diante.
Se uma válvula desse tipo for colocada em um sistema de tubulação de teste de fluxo de laboratório com pressão diferencial constante e densidade de fluido constante, a relação da vazão com a posição da haste será linear.
Com queda de pressão constante, a vazão através de qualquer válvula é diretamente proporcional ao Cv da válvula e, com uma válvula “linear” projetada, a Cv (e, portanto, a vazão também) deve ser diretamente proporcional à posição da haste:
No entanto, a maioria das instalações de válvulas da vida real não fornece à válvula de controle uma queda de pressão constante. Devido a perdas de pressão de atrito na tubulação e alterações nas pressões de oferta / demanda que variam com a taxa de fluxo, uma válvula de controle típica “observa-se” mudanças substanciais na pressão diferencial à medida que sua taxa de fluxo controlada muda.
De um modo geral, a queda de pressão disponível para a válvula de controle diminui à medida que a vazão aumenta.
O resultado dessa relação de queda de pressão versus fluxo é que a taxa de fluxo real da mesma válvula instalada em um processo real não linearmente a posição da haste da válvula. Em vez disso, “cairá” à medida que a válvula for aberta.
Esse gráfico apresenta a curva que chamamos de característica instalada da válvula, em contraste com a característica inerente exibida no laboratório com queda de pressão constante :
Cada vez que a haste levanta um pouco mais para abrir ainda mais o ajuste da válvula , o fluxo aumenta, mas não tanto quanto nas posições de abertura inferior. É uma situação de retornos decrescentes, onde ainda vemos aumentos no fluxo à medida que o caule se eleva, mas em um grau cada vez menor.
Curva característica personalizada:
Com advento dos instrumentos de controle digitais, estas curvas são facilmente formatadas por posicionadores digitais ou pela configuração na malha de controle através de um bloco de coordenadas X/Y.Um bom exemplo de utilização desta curva é a de posicionamento de um ventilador em uma malha de combustão de caldeira ou forno.
Eu achei esse conceito de “característica instalada” um desafio especialmente para muitos engenheiros. No interesse de esclarecer o conceito, as próximas duas subseções apresentarão um par de cenários contrastantes de desempenho da válvula.
Desempenho da válvula de controle com pressão variável
“ COEFICIENTE DE VAZÃO – CV ”
Abertura da Válvula (%) = (Cv calculado / Cv selecionado) * f (curva característica de vazão) * 100
Tipos de Curvas características de vazão inerentes:
1- Linear:
para processos lineares (Y = X) Qmáx ≤ 2,5 Qmin
2- Abertura rápida:
para controle On-Off,
3- Igual porcentagem:
para processos com grande perda
de carga no sistema ou processos que necessitem de
grande rangeabilidade (vazão máxima muito maior que
a vazão mínima.) Qmáx ≤ 6 Qmin LN X = ( PORC. SINAL+17.73 ) / 25,6
4- Parabólica modificada: para processo não lineares
com menor perda de carga no sistema.
Bibliografia:
-DIAS, Carlos Alberto. Técnicas Avançadas de Instrumentação e Controle de Processo.
-FLUID CONTROLS INSTITUTE – Norma FCI 62.1
https://valves.bakerhughes.com/valve-aware