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As válvulas borboleta são mais leves, menores e mais leves do que outros tipos de válvulas de controle, o que as torna a melhor escolha para regular o fluxo em muitas aplicações. As válvulas borboleta padrão são tradicionalmente usadas para aplicações de abertura/fechamento automático e são adequadas para essa função. No entanto, quando se trata de regular o fluxo num sistema de circuito fechado, alguns engenheiros consideram-nos inaceitáveis.
A válvula borboleta usa um disco giratório para controlar o fluxo através do tubo. Os discos geralmente podem ser operados em 90 graus, por isso às vezes são chamados de válvulas de um quarto de volta. Geralmente, eles são usados quando se considera economia. Quando for necessário um fechamento hermético, válvulas borboleta com vedações elásticas macias e/ou discos revestidos podem ser usadas para fornecer o desempenho necessário. A válvula borboleta de alto desempenho (HPBV) - ou válvula de duplo deslocamento - é agora o padrão da indústria para válvulas de controle borboleta e é amplamente utilizada para controle de estrangulamento. Eles funcionam bem para aplicações com queda de pressão relativamente constante ou circuitos de processo lentos.
As vantagens do HPBV incluem fluxo direto, alta capacidade e capacidade de passar facilmente meios sólidos e viscosos. Seu custo de instalação é geralmente o mais baixo de todos os tipos de válvulas, especialmente NPS 12 e válvulas maiores. Em comparação com outros tipos de válvulas, a sua vantagem de custo aumenta significativamente quando o tamanho excede 12 polegadas.
Eles podem fornecer bom desempenho de fechamento em uma ampla faixa de temperatura e fornecer diferentes designs de corpo de válvula, incluindo tipo wafer, tipo lug e flange duplo. Elas são muito mais leves que outros tipos de válvulas e são mais compactas. Por exemplo, uma válvula de esfera segmentada com flange duplo ANSI Classe 150 de 12 polegadas pesa 350 libras e tem uma dimensão face a face de 13,31 polegadas, enquanto a válvula borboleta de lug equivalente de 12 polegadas pesa apenas 200 libras e uma dimensão face a face. dimensão facial de 3 polegadas.
As válvulas borboleta têm algumas limitações que as tornam inadequadas para controle de fluxo em determinadas aplicações. Estas incluem capacidades limitadas de queda de pressão em comparação com válvulas de esfera, com maior cavitação ou potencial de flashing.
Como a grande área de superfície do disco atua como uma alavanca para aplicar a força dinâmica do meio que flui ao eixo de transmissão, as válvulas borboleta padrão geralmente não são usadas para aplicações de alta pressão. Nesse caso, o tamanho e a seleção do atuador tornam-se críticos.
Às vezes acontece que a válvula borboleta de controle é superdimensionada, o que terá um impacto negativo no desempenho do processo. Isto pode ser devido ao uso de válvulas do tamanho de tubulações, especialmente válvulas borboleta de grande capacidade. Pode aumentar a variabilidade do processo de duas maneiras. Em primeiro lugar, o tamanho excessivo traz muito ganho à válvula e, portanto, falta flexibilidade no ajuste do controlador. Em segundo lugar, as válvulas sobredimensionadas podem funcionar com mais frequência em aberturas de válvula mais baixas, enquanto a fricção de vedação das válvulas borboleta pode ser maior. Porque para um determinado incremento de curso da válvula, uma válvula excessivamente grande produzirá alterações de fluxo desproporcionalmente grandes. Este fenômeno irá exagerar muito a variabilidade do processo associada à zona morta devido ao atrito.
Os codificadores às vezes usam válvulas borboleta por razões econômicas ou para se adaptarem a um determinado tamanho de tubulação, independentemente de suas limitações. Há uma tendência de superdimensionar a válvula borboleta para evitar comprimir o tubo, o que pode levar a um controle deficiente do processo.
A maior limitação é que a faixa ideal de controle de estrangulamento não é tão ampla quanto uma válvula de corte ou uma válvula de esfera segmentada. As válvulas borboleta geralmente não funcionam bem fora da faixa de controle de abertura de aproximadamente 30% a 50%.
Geralmente, quando a malha de controle está operando de maneira linear e o ganho do processo está próximo de 1, a malha é mais fácil de controlar. Portanto, um ganho de processo de 1,0 torna-se o alvo para um bom controle de malha, e a faixa aceitável é de 0,5 a 2,0 (faixa 4:1).
O desempenho é melhor quando a maior parte do ganho do loop vem do controlador. Observe que na curva de ganho da Figura 1, o ganho do processo torna-se bastante elevado na região abaixo de cerca de 25% do curso da válvula.
O ganho do processo define a relação entre a saída do processo e as alterações de entrada. O curso onde o ganho do processo é mantido entre 0,5 e 2,0 é a faixa de controle ideal da válvula. Quando o ganho do processo não está na faixa de 0,5 a 2,0, pode ocorrer baixo desempenho dinâmico e instabilidade do loop.
Quando a válvula é fechada para abrir, o design do disco da válvula borboleta tem um impacto significativo no fluxo da válvula. O disco com características inerentes de porcentagem igual pode compensar melhor a queda de pressão que muda com a vazão. Porcentagens iguais de componentes internos fornecerão características de instalação lineares para alterar a queda de pressão, o que é ideal. O resultado é uma alteração individual mais precisa entre a vazão e o curso da válvula.
Recentemente, as válvulas borboleta podem usar discos com características inerentes de fluxo percentual igual. Isso fornece um recurso de instalação que resulta no ganho do processo de instalação dentro da faixa necessária de 0,5 a 2,0 em uma faixa mais ampla de deslocamento. Isto melhorará significativamente o controle de aceleração, especialmente na faixa de deslocamento mais baixa.
Este projeto proporciona um bom controle, com um ganho aceitável de 0,5 a 2,0, de aproximadamente 11% de abertura a 70%, e a faixa de controle é quase três vezes maior que a de uma válvula borboleta de alto desempenho (HPBV) típica do mesmo tamanho. Portanto, discos com percentuais iguais proporcionam menor variabilidade geral do processo.
As válvulas borboleta com características inerentes de porcentagem igual, como válvulas de disco de controle, são ideais para processos que exigem desempenho preciso de controle de estrangulamento. Independentemente dos distúrbios do processo, eles podem ser controlados mais perto do ponto de ajuste alvo, reduzindo assim a variabilidade do processo.
Se a válvula borboleta não funcionar bem, basta substituir a válvula pelo tamanho certo para resolver o problema. Por exemplo, uma empresa de papel utiliza duas válvulas borboleta de grandes dimensões para controlar a remoção de umidade da celulose. As duas válvulas operam a menos de 20% do curso, resultando em variação de processo de 3,5% e 8,0%, respectivamente. A maior parte de sua vida útil é gasta no modo manual.
Foram instaladas duas válvulas borboleta NPS 4 Fisher Control-Disk de tamanho apropriado com controladores de válvula digitais. O circuito agora está funcionando em modo automático, a variabilidade do processo da primeira válvula aumentou de 3,5% para 1,6% e a variabilidade do processo da segunda válvula aumentou de 8% para 3,0%, sem quaisquer ajustes especiais do circuito.
A má pressão da água e o controle do fluxo do sistema de resfriamento da siderúrgica levaram a inconsistências no produto final. O HPBV instalado em Jiutai não conseguiu controlar eficazmente o fluxo de água conforme necessário.
A planta espera instalar válvulas que possam controlar melhor o processo e precisa minimizar os custos de instalação. A fábrica gastará US$ 10.000 para substituir os tubos de cada válvula para mudar de HPBV para válvulas de esfera segmentadas. Em vez disso, a Emerson recomenda que sua válvula borboleta Control-Disk se ajuste ao tamanho atual do HPBV face a face.
Uma válvula Control-Disk foi testada junto com uma das nove HPBVs existentes e seu desempenho atendeu aos requisitos especificados. A fábrica substituiu os 8 HPBVs restantes em um ano, e cada HPBV foi equipado com uma válvula de disco de controle. Isso eliminou a necessidade de substituir tubulações de US$ 90.000 por válvulas de esfera segmentadas, e o custo das válvulas de esfera aumentou aproximadamente 25% em comparação com as válvulas borboleta.
As válvulas Control-Disk fornecem controle preciso e ajudam a eliminar a variabilidade no produto final. A siderúrgica estima que a instalação de nove válvulas Control-Disk pode economizar aproximadamente US$ 1 milhão por ano.
Comparada com a maioria dos outros tipos de válvula, a HPBV com posicionador digital tem um custo de instalação inicial mais baixo e pode fornecer faixa de controle adequada quando o tamanho for correto. Eles têm alta capacidade e restrições mínimas de fluxo. A válvula borboleta com porcentagem igual inerente de peças internas oferece uma oportunidade de expandir a faixa de controle, semelhante a uma válvula globo ou válvula esfera, e ocupa apenas o espaço da HPBV.
Ao selecionar válvulas, especialmente HPBV, certifique-se de que sejam do tamanho correto, caso contrário, poderão ser controladas manualmente pela sala de controle. Também é importante considerar o tipo de válvula, as características inerentes e o tamanho da válvula que proporcionam a mais ampla faixa de controle para a aplicação.
Mark Nymeyer é gerente global de comunicações de marketing para controle de fluxo na Emerson Automation Solutions.
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Horário da postagem: 11 de outubro de 2021
