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Especificação Técnica e Guia de Seleção de Válvula de Controle
Criado em 10.21
I. Normas Aplicáveis
Tipo Padrão | Número e Título da Norma |
Norma Internacional | ASME B16.34 Válvulas — Extremidades Flangeadas, Rosqueadas e Soldadas |
Norma Internacional | ASME B16.104 Vazamento da Sede da Válvula de Controle |
Padrão Internacional | IEC 60534-2-4, IEC 60534-3-1 — Capacidade de vazão e dimensões face a face de válvulas de controle |
Padrão Nacional | GB/T 4213 Válvulas de Controle Pneumáticas |
Padrão de Teste | API 598, ISO 5208 — Inspeção e teste de pressão de válvulas |
Norma de Referência | GB/T 17213.2 Válvulas de controle de processos industriais — Capacidade de vazão — Equações de dimensionamento para escoamento de fluidos em condições instaladas |
Nota: A JB/T 5296-1991 Métodos de Teste para Coeficiente de Vazão de Válvulas Gerais foi retirada em 2017 e não está mais listada.
II. Princípio Estrutural
A válvula de controle rotativa excêntrica é composta por um conjunto de estrangulamento do corpo da válvula rotativa excêntrica e um atuador pneumático.
Princípio de funcionamento: O tampão esférico e o eixo da válvula são projetados com uma excentricidade. Quando o eixo da válvula gira, o tampão se move excentricamente ao longo de uma trajetória de came. Quando a válvula fecha, o braço flexível do tampão sofre deformação elástica e entra em contato firme com a sede para formar uma vedação. O curso angular de 50° proporciona abertura e fechamento com capacidade inerente de cisalhamento e anti-emperramento, sendo adequada para meios fibrosos, particulados e de alta viscosidade. Por isso, também é chamada de válvula camflex.
Seleção do Atuador
Modelo | Tipo Estrutural | Serviço Aplicável |
PDR | Tipo de diafragma rolante com retorno por mola | Serviço convencional, aplicações à prova de falhas |
PCR | Tipo pistão de dupla ação | Grande diâmetro, alta pressão diferencial, serviço severo |
Principais Vantagens de Design
Característica de Design | Vantagem Técnica |
Passagem de fluxo do corpo reto | Baixa resistência ao fluxo, alta capacidade de vazão |
Curso angular de 50° | Resposta rápida de abertura/fechamento, boa linearidade de controle |
Corpo e tampa integrados | Pontos de vazamento externo reduzidos |
Estria involuta | Boa centralização, alta capacidade de transmissão de torque |
Design de janela simétrica | Ar para abrir / ar para fechar intercambiáveis livremente no local |
Estrutura de cisalhamento excêntrico | Anti-emperramento por partículas, adequado para meios viscosos |
Compacto e leve | Pode ser instalado em qualquer ângulo, de fácil manutenção |
III. Três Estruturas de Vedação e Queda de Pressão Admissível
1. Definições da Estrutura de Vedação
Tipo de Vedação | Definição Estrutural | Abreviatura |
TS | Anel O-ring embutido no assento, estrutura de sede macia | Vedação Macia |
SS | Revestimento duro local de Stellite no obturador e assento | Vedação Dura Parcial |
SF | Revestimento duro total de Stellite no obturador e assento | Vedação Totalmente Dura |
Conforme descrito acima, TS indica um O-ring fixado no assento; SS indica revestimento duro de Stellite aplicado nas áreas de vedação do obturador e do assento (revestimento parcial); SF indica revestimento duro de Stellite total tanto no obturador quanto no assento (revestimento total).
2. Comparação de Desempenho
Tipo de Vedação | Classe de Vazamento | Temperatura Aplicável | Resistência ao Desgaste e à Erosão | Meios / Cenários Aplicáveis | Vantagens e Desvantagens |
Vedação Macia TS | ASME B16.104 Classe VI (vedação estanque a bolhas, vazamento zero) | -45 a 230°C | Moderada; não resistente à erosão por partículas | Gás limpo, água limpa, meios limpos não corrosivos | Melhor desempenho de vedação, baixo custo; limite de temperatura baixo, propenso ao envelhecimento |
Vedação Parcialmente Dura SS | ASME B16.104 Classe IV | -195 a 400°C | Moderada; resistente a partículas leves | Derivados de petróleo comuns, vapor, meios levemente corrosivos | Boa relação custo-benefício; vedação e resistência ao desgaste equilibradas |
Vedação total em metal duro SF | ASME B16.104 Classe IV | -195 a 400°C | Excelente; resistente à erosão, cristalização e partículas | Meios contendo fibras, partículas, alta viscosidade, alta temperatura, corrosão severa | Vida útil mais longa, maior adaptabilidade de serviço; custo relativamente alto |
Notas sobre Classes de Vazamento: A Classe VI é vedação estanque a bolhas com vazamento extremamente baixo. A Classe IV é o nível normal alcançável para válvulas com sede metálica; o vazamento é de 0,01% do Cv nominal e não é vazamento zero. Vedações metálicas duras não têm como objetivo alcançar vedação estanque a bolhas; a Classe IV é uma expectativa razoável para vedação metal-metal.
3. Regras de Queda de Pressão Admissível
Tipo de Vedação | Capacidade de Pressão Diferencial | Restrições de Seleção de Fornecimento de Ar / Atuador |
Vedação Macia TS | Mais baixa; mais de 30% inferior à vedação dura no mesmo tamanho | Adequada para atuadores de mola PDR convencionais; pressão diferencial alta e serviço com partículas estritamente proibidos |
Vedação Dura SS | Moderada; margem de pressão diferencial suficiente | PDR ou PCR ambos aceitáveis; serviço geral de média-alta pressão diferencial |
Vedação Totalmente Dura SF | Mais alta; melhor resistência à pressão diferencial | Diâmetro grande preferencialmente com atuador de pistão PCR; primeira escolha para serviço de alta pressão diferencial e erosão |
Restrições Principais:
- A pressão diferencial real de fechamento não deve exceder o valor da tabela do catálogo do fabricante.
- A pressão de entrada não deve exceder a classificação de temperatura-pressão ANSI do corpo.
- A pressão diferencial admissível para meios gasosos é maior do que para meios líquidos.
IV. Principais Parâmetros de Desempenho Técnico
Item | Especificação Técnica |
Faixa de Tamanho | 1″ a 12″ (DN25 a DN300) |
Classe de Pressão | ANSI 150 / 300 / 600 LB |
Temperatura Aplicável | Depende do tipo de vedação: vedação macia TS -45 a 230°C; vedação dura SS/SF -195 a 400°C |
Erro Básico (com posicionador) | ±2% (referência GB/T 4213; consulte o catálogo do fabricante para detalhes) |
Erro Básico (sem posicionador) | ±5% |
Histerese (com posicionador) | 1% |
Histerese (sem posicionador) | 3% |
Banda Morta (com posicionador) | 1% |
Banda Morta (sem posicionador) | 5% |
Faixa de Controle | 100:1 (consultar o catálogo específico do fabricante; alguns modelos 50:1) |
Característica de Vazão Inerente | Linear |
Tipo de Conexão | Tipo wafer (recomendado), tipo flangeado |
Revestimento | Aço carbono: PLA9006 branco-prateado; aço inoxidável: sem pintura |
V. Cálculo de Design
1. Tabela de Coeficiente de Vazão Cv Nominal
Tamanho (pol) | Cv Total | Cv a 60% de Curso | Cv a 40% de Curso | Cv a 20% de Curso (Somente Sede Metálica) |
1 | 14 | 8.4 | 5.6 | 2.8 |
1-1/2 | 30 | 18 | 12 | 6.0 |
2 | 50 | 30 | 20 | 10 |
3 | 135 | 81 | 54 | — |
4 | 230 | 138 | 92 | — |
6 | 500 | 300 | 200 | — |
8 | 850 | 510 | 340 | — |
10 | 1300 | 780 | 520 | — |
12 | 1750 | 1050 | 700 | — |
Os valores de Cv na tabela são dados típicos do produto. Produtos do mesmo tamanho de diferentes fabricantes podem diferir; o catálogo do fabricante prevalecerá durante a seleção.
2. Cálculo do Cv de serviço
Meios líquidos (fluxo não bloqueado, sem flashing/cavitação):
Onde:
Q = vazão volumétrica (m³/h)
ρ = densidade relativa (em relação à água, adimensional)
ΔP = queda de pressão através da válvula (bar)
Premissa aplicável: Esta fórmula simplificada é aplicável a fluxo não bloqueado com fluidos newtonianos. Se existir flashing ou cavitação, o fator de recuperação de pressão FLFL e a queda de pressão crítica devem ser introduzidos para correção de acordo com a IEC 60534-2-1 (GB/T 17213.2); esta fórmula não pode ser aplicada diretamente.
Meio gasoso: Calcular de acordo com as fórmulas dedicadas para gás comprimido de baixa pressão ou alta pressão, com correção para temperatura e pressão de operação. Para a discriminação entre gás de baixa pressão (ΔP<0,5P1ΔP<0,5P1) e fluxo bloqueado, bem como os valores do fator de expansão YY e do fator de relação de queda de pressão XTXT, consulte a IEC 60534-2-1 ou GB/T 17213.2.
3. Princípios de Seleção de Cv
Faixa de Seleção | Adequação ao Serviço |
Curso de 40%–60% | Faixa de controle ideal; boa linearidade, sem oscilação |
< 10% | Abertura pequena propensa a oscilação e controle impreciso; a seleção não deve estar dentro desta faixa |
> 80% | Abertura grande com saturação de vazão; margem insuficiente de controle de carga |
4. Verificação da Queda de Pressão Admissível
Dimensão de Verificação | Conteúdo da Verificação |
Tipo Estrutural | Sede metálica / sede macia; corpo em aço carbono / aço inoxidável |
Atuador | Retorno por mola PDR / pistão de dupla ação PCR |
Condições de Serviço | Pressão de alimentação de ar, fluxo para abrir / fluxo para fechar, meio gasoso / líquido |
Limites de Fronteira | Pressão diferencial real ≤ valor da tabela do catálogo do fabricante; pressão de entrada não excedendo a pressão nominal do corpo |
5. Aplicabilidade Temperatura-Pressão do Material do Corpo da Válvula
Material do Corpo | Temperatura Aplicável | Classe de Pressão Aplicável | Notas |
Aço Carbono WCB | -29 a 425°C | 150 / 300 / 600 LB | Acima de 425°C propenso à grafitização |
CF8 (304) | -195 a 400°C | Todas as classes | Corrosão leve, serviço em baixa temperatura |
CF8M (316) | -195 a 400°C | Todas as classes | Ácido/álcali, serviço de corrosão severa |
6. Limites de Temperatura e Pressão da Gaxeta
Tipo de Gaxeta | Faixa de Temperatura Aplicável | Serviço Aplicável |
PTFE Reforçado | -45 a 230°C | Temperatura ambiente, sem serviço de alta temperatura |
Grafite Flexível | -196 a 538°C | Serviço de alta/baixa temperatura, vapor, corrosivo |
VI. Combinações de Materiais Padrão
Material do Corpo | Configuração do Obturador / Assento | Material da Haste | Serviço Aplicável |
WCB | 304SS / SS / SF / TS | 304 nitretado | Água, vapor, produtos petrolíferos comuns |
CF8 | CF8M / SS / SF | 316SS / 17-4PH | Corrosão leve, meios de baixa temperatura |
CF8M | CF8M / SS / SF / TS | 316SS | Ácido/álcali, corrosão severa, alta temperatura |
VII. Falhas Comuns, Causas e Soluções
Fenômeno da Falha | Causa da Falha | Medida Corretiva |
Precisão de controle ruim, grande flutuação de vazão | Posicionador calibrado incorretamente; flutuação da pressão de alimentação de ar; operação prolongada com pequena abertura; impurezas do meio causando emperramento | Recalibrar zero e span; instalar regulador de pressão de alimentação de ar; recalcular Cv e reselecionar; desmontar e limpar matéria estranha do obturador |
Vazamento interno excessivo | Envelhecimento do anel de vedação TS; erosão e desgaste da superfície de vedação SS/SF; fadiga do braço flexível do obturador; detritos presos na superfície de vedação | Substituir o selo macio do O-ring; retificar ou atualizar para vedação dura total SF; substituir o conjunto do tampão; instalar filtro a montante |
Ação lenta, emperramento | Glande de vedação demasiado apertado; corrosão da haste; desvio de coaxialidade da biela; desgaste do diafragma/pistão do atuador | Afrouxar moderadamente o glande de vedação; polir a haste e aplicar tratamento anticorrosivo; alinhar a ligação de transmissão; substituir os vedantes e o diafragma do atuador |
Fuga de ar no atuador, perda de posição | Envelhecimento ou danos no diafragma; falha na vedação das juntas; fadiga da mola; contaminação por água/óleo no abastecimento de ar | Substituir o diafragma e as juntas; vedar novamente as ligações da tubagem; substituir o conjunto da mola; instalar secador/filtro no abastecimento de ar |
Falha na comutação ar-para-abrir / ar-para-fechar | Montagem incorreta das janelas simétricas do corpo; desvio direcional da ligação do braço oscilante | Remontar a ligação de acordo com a estrutura OEM; comutar novamente o modo ar-para-abrir / ar-para-fechar no local |
Ruído operacional elevado | Pressão diferencial excessiva; velocidade de fluxo acima do limite; vórtice de estrangulamento | Usar redução de pressão multiestágio; aumentar adequadamente o tamanho da válvula; otimizar o padrão de fluxo da tubulação |
VIII. Cronograma de Manutenção e Serviço de Rotina
Intervalo de Manutenção | Conteúdo da Manutenção |
Inspeção Diária | Verificar pressão de alimentação de ar, curso da válvula, vazamento externo e ruído operacional anormal |
A Cada Seis Meses | Calibração do posicionador, limpeza do filtro de alimentação de ar, aperto da gaxeta, reaperto dos parafusos |
Manutenção Anual | Inspeção por desmontagem do desgaste do obturador e do assento, substituição das vedações do atuador, calibração de curso completo |
Estoque de Peças de Reposição | O-rings, gaxeta, diafragma, elemento filtrante do posicionador, conjunto de vedação do assento |
Período de Garantia | 18 meses após o envio ou 12 meses após a instalação, o que ocorrer primeiro; reparo ou substituição gratuita para defeitos de fabricação |
IX. Resumo dos Pontos de Seleção e Aplicação
A lógica central de seleção para válvulas de controle rotativas excêntricas pode ser resumida em três pontos:
Primeiro, selecione o tipo de vedação de acordo com o meio.
- Para meios limpos que exigem vedação estanque a bolhas, selecione
Vedação macia TS.
- Para produtos petrolíferos comuns, vapor e meios com ligeiras partículas, selecione
vedação parcial dura SS.
- Para meios que contenham fibras, partículas, alta viscosidade, alta temperatura e corrosão severa, selecione
vedação totalmente dura SF.
Em segundo lugar, selecione o atuador de acordo com a pressão diferencial.
- As vedações macias têm a menor capacidade de pressão diferencial e são estritamente proibidas para serviço de alta pressão diferencial.
- As vedações totalmente duras SF têm a maior resistência à pressão diferencial; para grande diâmetro e alta pressão diferencial, priorize
atuadores de pistão de dupla ação PCR.
Em terceiro lugar, determine o material de acordo com as condições de serviço.
- WCB
é adequado para água, vapor e produtos petrolíferos comuns.
- CF8
é adequado para corrosão leve e serviço de baixa temperatura.
- CF8M
é adequado para ácido/álcali, corrosão severa e serviço de alta temperatura.
- Para a gaxeta,
PTFE reforçado é usado para temperatura ambiente, e grafite flexível é usado para alta/baixa temperatura, vapor e serviço corrosivo.
Na operação de campo, a preocupação mais crítica é a operação prolongada com pequena abertura — isso não apenas resulta em baixa precisão de controle, mas também acelera a erosão do obturador e da sede. Se for constatado que a válvula opera abaixo de 10% de abertura por longos períodos, isso indica que o Cv está superdimensionado e a seleção deve ser recalculada. Além disso, se houver risco de flashing ou cavitação em meios líquidos, a fórmula simplificada não pode ser usada diretamente para o cálculo do Cv; a verificação de fluxo bloqueado (choked flow) deve ser realizada de acordo com a IEC 60534-2-1.
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