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Sep 11, 2023

Principais considerações na especificação de válvulas de controle

1 de março de 2017 | Por Satyendra Kumar Singh, Simon India Ltd.

1 de março de 2017 | Por Satyendra Kumar Singh, Simon India Ltd.

Siga esta orientação para especificar uma válvula de controle com precisão durante a fase de projeto

As válvulas de controle são um dos instrumentos mais comuns e importantes usados ​​nas indústrias de processos químicos (CPI). Eles ajudam a garantir uma operação suave e eficiente das plantas de processo, alcançando os parâmetros operacionais desejados por meio da regulação do fluxo de fluido nos tubos conectados. A necessidade de especificar adequadamente as válvulas de controle durante a fase de projeto de uma planta não pode ser subestimada.

O tamanho de uma válvula de controle é derivado de um parâmetro chamado coeficiente de fluxo (Cv), que é definido como a vazão volumétrica (em galões/min) de água através da válvula a 60°F quando a queda de pressão na válvula é de 1 psi ( C v é calculado usando a fórmula dada na norma ISA-75.01.01-2007). Os engenheiros de processo devem levar em consideração os seguintes aspectos ao especificar válvulas de controle, para garantir que as válvulas fabricadas pelos fornecedores funcionem de acordo com os requisitos.

1. Controlabilidade. Ao especificar uma válvula de controle durante a fase de projeto, o engenheiro de processo deve garantir que a capacidade de controle da válvula seja boa em toda a faixa entre as vazões mínima e máxima. Isso pode ser feito estimando o C v máximo e o C v mínimo que correspondem à vazão máxima e à vazão mínima, respectivamente. Em geral, a controlabilidade de uma válvula de controle é considerada aceitável se seu deslocamento na vazão máxima não exceder 90% do deslocamento nominal e se o deslocamento na vazão mínima estiver na faixa de 10 a 20% do deslocamento nominal. Isso significa que a razão entre o C v máximo estimado e o C v mínimo estimado não deve, de preferência, ser superior a 15. Se a razão exceder muito esse valor, o deslocamento no fluxo mínimo pode ser inferior a 10% do deslocamento nominal ou o deslocamento no máximo o fluxo pode ser superior a 90% do curso nominal — ambos os cenários significam baixa capacidade de controle da válvula. Nesse caso, a queda de pressão na válvula de controle deve ser aumentada para que a taxa alvo possa ser reduzida, conforme mostrado na Equação (1). Para fluidos incompressíveis, a razão de C v máximo para C v mínimo é dada pela Equação (1):

FIGURA 1. Aqui é mostrado um circuito típico de válvula de controle, que é usado de forma ilustrativa nas descrições fornecidas no texto principal

A Figura 1 mostra um circuito típico de válvula de controle. As notas a seguir adicionam mais explicações:

Referindo-se à Figura 1, se x é a queda de pressão no circuito da válvula de controle P 1 ABP 2 e y é a queda de pressão na válvula de controle AB para vazão máxima, então a queda de pressão na parte restante do circuito (consistindo em os tubos, conexões, trocadores de calor, elementos de fluxo e mais; conforme representado pelos segmentos P 1 A e BP 2) é x–y para fluxo máximo.

Se r é a razão entre o fluxo máximo e o mínimo e z é a queda de pressão no circuito P 1 ABP 2 no fluxo mínimo, então — ignorando a diferença de elevação entre P 1 e P 2 — queda de pressão na parte do outro circuito do que a válvula de controle (ou seja, P 1 A e BP 2) no fluxo mínimo é aproximadamente = (x–y)/r 2.

A queda de pressão na válvula de controle AB no fluxo mínimo é de aproximadamente:

A partir da Equação (1) e da Equação (2), (C v) max /(C v) min é aproximadamente:

As seguintes conclusões podem ser tiradas da Equação (3):

(C v) max /(C v) min é aproximadamente = [1 + (3,84 x/ y)] 0,5, o que implica que (C v) max /(C v) min é aproximadamente 3,5, para um valor x/ y de 3.0. Um valor de (Cv)max/(Cv)min próximo de 3,5 corresponde a uma controlabilidade razoavelmente boa. Portanto, pode-se dizer que, para uma boa controlabilidade, a queda de pressão na válvula de controle deve ser de aproximadamente um terço da queda de pressão dinâmica total no circuito na vazão máxima, se a vazão máxima e mínima forem 110% e 50%, respectivamente, do normal fluxo.