Quando um fluido passa através das passagens constritivas de uma válvula de controle, sua velocidade média aumenta.
Isso é previsto pela Lei da Continuidade, que afirma que o produto da densidade do fluido (ρ), área de fluxo de seção transversal (A) e velocidade média (v) deve permanecer constante para qualquer fluxo de fluxo:
ρ 1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2
À medida que a velocidade do fluido aumenta através das passagens constritivas de uma válvula de controle , a energia cinética das moléculas de fluido aumenta. De acordo com a Lei de Conservação de Energia, a energia potencial na forma de pressão do fluido deve diminuir correspondentemente.
Assim, a pressão do fluido diminui dentro da constrição da guarnição de uma válvula de controle à medida que estrangula o fluxo e depois aumenta (recupera) depois de deixar as passagens constritivas da guarnição e entrar nas áreas mais amplas do corpo da válvula:
Se o fluido que está sendo estrangulado pela válvula for um líquido (em oposição a um gás ou vapor) e sua pressão absoluta cair abaixo da pressão de vapor(Nota) dessa substância, o líquido começará a ferver.
Esse fenômeno, quando ocorre dentro de uma válvula de controle, é chamado de intermitente. Como mostra o gráfico, o ponto de menor pressão dentro da válvula (chamado pressão da veia contracta ou Pvc) é o local onde o piscar ocorrerá pela primeira vez, se ocorrer.
Nota: Note-se que a pressão do vapor é uma forte função da temperatura. Quanto mais quente um líquido estiver , maior a pressão de vapor ele exibirá e, portanto, mais propenso a flashing dentro de uma válvula de controle.
O flashing é quase universalmente indesejável nas válvulas de controle. O efeito do líquido em ebulição no ponto de constrição máxima é que o fluxo através da válvula fica “sufocado” pela rápida expansão do líquido para o vapor à medida que ferve, degradando a capacidade de fluxo da válvula (ou seja, diminuindo o Cv efetivo).
O flashing também é destrutivo para a guarnição da válvula, pois a ação de ebulição impulsiona pequenas gotas de líquido a velocidades extremamente altas, passando pelas faces do bujão e da sede, corroendo o metal ao longo do tempo.
Uma fotografia que mostra um obturador de válvula severamente erodido (de uma válvula globo guiada por gaiola) revela o quão destrutivo o flash pode ser:
Um efeito característico de piscar em uma válvula de controle é um som de “assobio”, remanescente de como a areia poderia parecer se estivesse fluindo através da válvula.
Um parâmetro importante que prevê o flashing em uma válvula de controle é o fator de recuperação de pressão da válvula, com base em uma comparação da queda de pressão total da válvula de entrada para saída versus a queda de pressão da entrada até o ponto de pressão mínima dentro da válvula.
Onde,
FL = Fator de recuperação de pressão (sem unidade)
P1 = Pressão absoluta do fluido a montante da válvula
P2 = Pressão absoluta do fluido a jusante da válvula
Pvc = Pressão absoluta do fluido na veia contracta (ponto de pressão mínima do fluido dentro da válvula)
O seguinte conjunto de ilustrações mostra três válvulas de controle diferentes que exibem a mesma queda de pressão permanente (P1 – P2), mas com valores diferentes de FL:
A válvula nº 1 exibe a maior recuperação de pressão (ou seja, a quantidade em que a pressão do fluido aumenta da pressão mínima na veia contracta para a pressão a jusante: P2 – Pvc) e o menor valor de FL.
Também é a válvula mais propensa a piscar em serviço líquido, porque a pressão da veia contracta é muito menor (todos os outros fatores são iguais) do que nas outras duas válvulas. Se qualquer uma dessas válvulas sofrer piscar em serviço líquido, seria a válvula nº 1.
A válvula 3, por outro lado, tem muito pouca recuperação de pressão e um grande valor de FL (quase igual a 1). Do ponto de vista de evitar piscar, é a melhor das três válvulas a ser usada no serviço de líquidos.
O estilo da válvula (bola, borboleta, globo etc.) é muito influente no fator de recuperação de pressão. Quanto mais complicado o caminho para o fluido dentro de uma válvula de controle, mais oportunidades esse fluido terá para dissipar energia em movimento turbulento, resultando na maior queda de pressão permanente para a menor quantidade de restrição em um ponto único no caminho do fluxo.
Compare esses dois estilos de válvula para ver qual terá o menor fator de recuperação de pressão e, portanto, mais propenso a piscar:
Claramente, a válvula globo faz um trabalho melhor de distribuir uniformemente as perdas de pressão ao longo do caminho do fluxo.
Por outro lado, a válvula borboleta só pode baixar a pressão nos pontos de constrição entre o disco e o corpo da válvula, porque o restante do corpo da válvula é um caminho direto para o fluido, oferecendo pouca restrição.
Como conseqüência, a válvula borboleta sofre uma pressão de veia contracta muito menor (ou seja, maior recuperação da pressão e um valor de FL mais baixo) do que a válvula globo para qualquer quantidade de perda de pressão permanente, tornando a válvula borboleta mais propensa a piscar do que o globo válvula com todos os outros fatores iguais.