Fluxo sufocado em válvulas de controle

O fluxo estrangulado é um fenômeno mal compreendido que pode afetar o dimensionamento da válvula de controle, juntamente com a especificação do material e da guarnição. Este artigo foi originalmente publicado na edição de julho/agosto da InTech.

O fluxo estrangulado em válvulas de controle é um assunto de grande preocupação para usuários industriais. O termo geralmente está associado a condições de processo destrutivas que podem danificar os componentes internos da válvula ou expor os operadores a níveis de ruído bem acima dos limites da OSHA. Embora o fluxo sufocado nem sempre seja a causa dessas condições, ele pode indicar quando elas ocorrem. Este artigo descreve o fenômeno do fluxo sufocado e mostra por que ele ocorre e como pode ser previsto. Também explica quando as condições de fluxo sufocado são prejudiciais e como esse dano pode ser reduzido ou evitado.

Se a pressão de entrada (P1) e a área de fluxo da válvula forem fixas, o fluxo através de uma válvula normalmente aumentará à medida que a pressão a jusante (P2) for reduzida. A linha "Ideal" na Figura 1 ilustra este ponto, mostrando como o fluxo de líquido aumenta linearmente quando traçado contra a raiz quadrada da pressão diferencial através da válvula dividida pela gravidade específica.

Em aplicações líquidas, o estrangulamento é resultado da redução da pressão através dos elementos de controle. A Figura 2 mostra a pressão instantânea conforme o líquido se move através de uma válvula de controle. As áreas das seções transversais de entrada e saída de uma válvula são muito maiores do que a área de controle, como a gaiola ou a área ao redor do obturador e sede. Como o fluxo total em qualquer local da válvula é o mesmo, a velocidade do líquido na área reduzida (vena contracta) deve ser muito maior para passar pelo mesmo fluxo.

O fluxo estrangulado por si só geralmente não danifica uma válvula, mas existem condições de fluxo comumente associadas ao fluxo estrangulado que podem criar problemas, incluindo:Níveis de ruído: O fluxo sufocado não cria ruído diretamente, mas ruído alto pode resultar de fenômenos de processo normalmente associados ao fluxo sufocado. Em sistemas líquidos, a cavitação pode estar presente durante o fluxo sufocado, o que cria ruído e pode danificar a válvula. À medida que a pressão a jusante é reduzida, a cavitação passa a piscar. Embora a cavitação possa ter um alto nível de pressão sonora devido à implosão das bolhas de vapor em colapso de microjatos e ondas de choque, o flashing reduzirá o ruído devido ao fluxo bifásico resultante. a velocidade se torna sônica. À medida que a pressão a jusante é reduzida, a energia extra é convertida em energia sonora. Válvulas com queda de pressão excessiva podem gerar níveis sonoros superiores a 100 dB. Com fluxos de líquido ou vapor, o nível geral de ruído geralmente está relacionado à pressão diferencial na válvula. Quando o engasgo aparecer pela primeira vez, o ruído estará presente, mas pode não ser excessivo. À medida que a pressão a jusante cai, o ruído aumenta drasticamente e pode danificar os componentes internos da válvula e sujeitar os operadores a níveis de ruído inseguros.Flashing e cavitação: Um equívoco comum é que as condições de fluxo sufocado requerem condições intermitentes, mas o fluxo sufocado também pode ocorrer em condições de cavitação. Conforme mostrado na Figura 2, a cavitação ocorrerá quando a pressão P2 subir acima da pressão de vapor do líquido. Quando isso ocorre, as bolhas colapsam e voltam a ser líquidas. Se a pressão P2 permanecer abaixo da pressão de vapor, o líquido ferverá e se transformará em vapor ao passar pela válvula e permanecerá vapor ao sair (Figura 3).

Muitos fornecedores de válvulas têm programas de dimensionamento de válvulas de controle que podem prever condições de fluxo sufocado e ajudar os usuários a dimensionar a válvula corretamente. No entanto, esses programas são tão precisos quanto os dados de entrada, portanto, as informações corretas do processo e da válvula devem ser inseridas. A presença e extensão do estrangulamento do fluxo depende de muitas condições do processo, incluindo as propriedades físicas do fluido envolvido, taxas de fluxo, montante e pressões a jusante, temperatura do processo e configurações da tubulação de entrada e saída - bem como vários detalhes associados à própria válvula de controle. Parâmetros especiais, como taxa de queda de pressão, fator de recuperação de pressão e índice de cavitação, ajudam a prever exatamente quando ocorrerá cavitação ou estrangulamento e quanto fluxo uma válvula passará. Como os parâmetros para cada estilo de carroceria e acabamento são diferentes, cada opção deve ser avaliada individualmente para determinar o fluxo real que pode ser passado com segurança sob um conjunto específico de condições de processo. Esses cálculos de dimensionamento podem se tornar complicados, especialmente quando várias opções de acabamento estão disponíveis , por isso é aconselhável consultar seu fornecedor de válvulas para ajudar a avaliar as opções e determinar a melhor solução para sua aplicação.