Equações para o dimensionamento de válvulas de controle em sistemas de vapor

Ao falar sobre as equações para o dimensionamento de válvulas de controle em sistemas de vapor, é necessário indicar que essas válvulas de controle não são tão eficientes quanto os bicos na troca de calor em energia cinética.

A trajetória que o vapor atravessa a entrada da válvula, a garganta e a saída da válvula é relativamente tortuosa. De fato, em uma válvula de controle, muito mais energia é perdida na fricção do que em um bocal, e porque:

• É improvável que a área de saída do corpo da válvula corresponda à condição de pressão a jusante.
• A relação entre a posição do obturador e o assento está mudando continuamente. Existe sempre a possibilidade de turbulência na saída da válvula.

Parece que o válvulas de controle de diferentes tipos pode parecer atingir condições críticas de fluxo com quedas de pressão diferentes das mencionadas acima para os bicos. A passagem do fluxo restrito através do assento de uma válvula e no lado a jusante da garganta pode significar que os caudais máximos só podem ser atingidos com quedas de pressão ligeiramente superiores.

Uma válvula de esfera ou válvula de borboleta pode ter uma forma tal que alguma recuperação de pressão a jusante da garganta seja alcançada, de modo que as condições máximas de fluxo sejam alcançadas com uma queda de pressão global bem abaixo da esperada.

Eles podem ser usados ​​para as válvulas de controlo de dimensionamento equações complicadas em vapor para tomar estes e outros critérios em consideração, existe também mais do que um padrão incorporando estas equações.

Um desses padrões é o IEC 60534. Infelizmente, os cálculos são tão complicados que você só pode usá-los através de um programa de computador. O cálculo manual seria tedioso e lento. No entanto, dimensionamento de uma válvula de controle para sistemas de vapor Em uma aplicação de processo crítica, esse software é indispensável.

Por exemplo, o IEC 60534 foi projetado para calcular outros sintomas, como níveis de ruído gerados por válvulas de controle que estão sujeitos a altas quedas de pressão. Os fabricantes de válvulas de controle geralmente têm um programa de computador para selecionar e dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor que complementam sua própria linha de válvulas.

No entanto, uma equação simples para dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor, como mostrado na equação de vapor saturado seguinte, é perfeitamente adequada para a grande maioria das aplicações de vapor com válvulas de globo:

Além disso, se considerarmos uma pressão crítica que ocorre a 58% da pressão absoluta a montante, é improvável que uma válvula de balão seja subdimensionada. Para simplificar, no restante desses artigos sobre o dimensionamento de válvulas de controle em sistemas a vapor, assumiremos que pressão crítica em sistemas de vapor ocorre a 58% da pressão absoluta a montante.

Por exemplo, se a pressão a montante de uma válvula de controlo for 10 bar a, o fluxo máximo através da válvula ocorre quando a pressão a jusante é:

Barra 10 ax 58% = 5,8 bar a

Da mesma forma, a queda de pressão crítica é 42% da pressão a montante, isto é, uma taxa de queda de pressão de 0,42. Como declarado no parágrafo anterior, uma vez que esta pressão a jusante seja alcançada, qualquer aumento adicional na queda de pressão não causará nenhum aumento no fluxo de massa.

Esse efeito pode ser visto no gráfico a seguir, que mostra como, no caso de uma válvula de balão, o fluxo aumenta com a queda de pressão a jusante até que uma queda de pressão crítica seja alcançada.

Dimensionamento de uma válvula de controle para trocadores de calor a vapor

Para dimensionar uma válvula de controle trocadores de calor a vapor, você tem que procurar um equilíbrio entre:

1. Uma menor queda de pressão que fará com que o tamanho (e talvez o custo) do trocador de calor seja menor.
2. Uma queda de pressão mais alta que permitirá que a válvula aplique controle efetivo e preciso sobre a pressão e o fluxo durante a maior parte de seu curso.

Se a queda de pressão for menor que 10% em carga máxima, três problemas podem ocorrer:

• Dependendo das configurações do controlador e da temperatura dos desvios de fase secundários e temporários do sistema, oscilações (caçadas) da temperatura em torno do valor do ponto de ajuste podem ocorrer devido ao fato de que a válvula é efetivamente superdimensionada. Pequenas mudanças no curso causarão grandes mudanças na taxa de fluxo, especialmente no caso de uma válvula com uma característica linear.
• As cargas de trabalho costumam ser bem menores do que a carga total e a válvula pode operar por períodos muito longos com o obturador da válvula muito próximo do assento. Isso cria um risco de "trefilação" (erosão causada por gotículas de água de alta velocidade que são espremidas através de um buraco estreito). Este tipo de erosão reduzirá a vida útil da válvula.
• O sistema não irá controlar bem com baixa carga térmica, reduzindo efetivamente a capacidade de 'rangeability' da válvula.

 

Terminologia das equações para dimensionamento de válvulas de controle em sistemas a vapor

Outra possibilidade é utilizar as tabelas de dimensionamento de válvulas de controle em sistemas de coeficiente de vapor ou fluxo Kvs. Normalmente, o valor quando a válvula está totalmente aberta será indicado usando o termo Kvs, portanto:

Kvr = Valor real requerido para uma aplicação

Kvs = Capacidade indicada para uma válvula quando está totalmente aberta

Os fabricantes fornecem os valores máximos de Kvs para sua gama de válvulas. Portanto, o valor de Kv não é usado apenas para dimensionar válvulas, mas também como um meio de comparar a capacidade de diferentes tipos e marcas de válvulas. A comparação de duas válvulas DN15 de diferentes fornecedores mostra que a válvula 'A' tem um 10 Kvs e a válvula 'B' tem um 8 Kvs. A válvula 'A' fornecerá uma vazão maior para a mesma queda de pressão.

Para mais informações sobre o dimensionamento de válvulas de controle em sistemas de vapor, nós o convidamos a conhecer como está o comportamento do vapor em uma aplicação de transferência de calor e inscreva-se Boletim Steam para a Indústria, um recurso que lhe servirá para receber mais conteúdo sobre as novas tendências do vapor industrial.