Usando cálculos de ganho instalado da válvula de controle

Uma planilha que calcula o ganho instalado da válvula de controle pode fazer parte de qualquer processo de seleção de válvula de controle. Este artigo foi originalmente publicado na edição de dezembro de 2021 da revista InTech.

Por muitos anos, o autor usou e promoveu o uso de gráficos de ganho e fluxo instalados na válvula de controle como parte do processo de seleção da válvula de controle (referências 1–3). Por todos esses anos, o autor teve o benefício de estar associado a um fabricante de válvulas com um aplicativo de dimensionamento de válvulas de controle disponível publicamente que incluía fluxo instalado e capacidade de gráficos de ganho. Os usuários que preferiam outras marcas de válvulas de controle e, portanto, os aplicativos de dimensionamento de válvulas de controle desses fabricantes hesitavam em aprender a usar um novo aplicativo para aproveitar a capacidade gráfica.Recentemente, o autor publicou um artigo que incluía instruções detalhadas para a construção uma planilha do Microsoft Excel que gera fluxo instalado e gráficos de ganho em conjunto com cálculos de dimensionamento de válvulas feitos com qualquer aplicativo de dimensionamento de válvulas. Isso torna prático para qualquer pessoa incorporar gráficos de fluxo instalado e ganho em seu processo de seleção de válvula (referência 4). Este artigo explica como usar os cálculos de ganho instalado da válvula de controle.

Ganhos extremamente baixos são indesejáveis, porque um ganho baixo significa que, quando a válvula se move, o fluxo não muda muito. Pode não ser tão óbvio por que altos ganhos são indesejáveis. Um amplificador de áudio com alto ganho pode ser desejável. Mas as válvulas de controle são dispositivos mecânicos e as peças que se movem enquanto estão em contato umas com as outras tendem a grudar quando não se movem. Se uma válvula, por ter tendência a travar quando não está em movimento, só puder ser posicionada a 2% da posição desejada e tiver um ganho de 4, a vazão só poderá ser ajustada em passos de 8%, o que pode não ser desejável. A razão para limitar a mudança de ganho dentro da faixa de vazão necessária para 2:1 é para que seja mais fácil ajustar o controlador para uma resposta estável e rápida em toda a faixa de vazão necessária. Para calcular e representar graficamente a vazão instalada e o ganho usando a referência 4 planilha, o modelo de processo e a planilha requerem as seguintes informações sobre o processo:

Os valores de P1 e P2 no fluxo de projeto mínimo e máximo precisam ser obtidos por uma análise das perdas de pressão por atrito e mudanças de pressão estática no sistema a montante e a jusante da válvula de controle (referências 5–6). A referência 4 solicitou vários consultas sobre quais aplicativos seriam candidatos para fluxo instalado e análise de gráfico de ganho. Abaixo estão alguns dos mais comuns.

A Figura 2 mostra uma planilha Excel de dimensionamento de válvula de controle do usuário. A faixa CV calculada parece mostrar que uma válvula de controle de esfera de segmento de 6 polegadas estaria operando em cerca de 20% a 78% aberta do fluxo mínimo de projeto para o fluxo máximo de projeto. Um cálculo de fluxo e ganho instalado produziu resultados surpreendentes (Figura 3).

O gráfico de fluxo instalado mostra o fluxo mínimo especificado cruzando o gráfico de fluxo instalado em 20% do curso relativo e o fluxo máximo projetado cruzando o gráfico de fluxo instalado um pouco abaixo de 80% do curso relativo, o que concorda com o cálculo do usuário. O que o cálculo do usuário não mostrou é que 95% do fluxo totalmente aberto da válvula está no fluxo máximo do projeto, não deixando nenhum fator de segurança na extremidade superior. Em cerca de 60% do curso (curso relativo de 0,6), o gráfico de fluxo instalado começa a arredondar para um declive muito mais raso. Este fato é identificado no gráfico de ganho instalado onde o ganho instalado cai para menos de 0,5, enfatizando o fato de que mudanças na posição da válvula teriam apenas um pequeno efeito na vazão do sistema. A mudança de ganho do fluxo máximo de projeto (Q/Qmax) e o ganho máximo no gráfico é maior que 4:1, dificultando o ajuste do controlador para um controle rápido e estável. Descobriu-se que o problema está na escolha da bomba do usuário.

A referência 4 não inclui a capacidade de representar graficamente o que está acontecendo com P1 e P2 e, portanto, o diferencial de pressão disponível para a válvula. No entanto, a planilha de referência 4 tem uma tabulação de P1 e P2, portanto, construir um gráfico de P1 e P2 em relação ao curso relativo da válvula foi simples. No gráfico do nível de pressão instalada, à medida que o curso relativo da válvula se aproxima de 0,8 (80% do curso da válvula), a queda de pressão disponível para a válvula diminui rapidamente.