Apostila - Dimensionamento Valvula de Controle Hiter.pdf

VALVES & CONTROLS

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE ISSUED JANUARY, 2013

Conteúdo 1- Introdução ..................................................................................................................................................4 2 - Definição Definição do Coeficiente Coeficiente de Vazão Vazão - Cv ......................................................................................................4 3 - Formulas Formulas Gerais para cálculos cálculos de Cv ........................................................................................................4 4 - Fluidos Incompressíveis Incompressíveis (Líquidos) ...........................................................................................................4 4.1 Equações básicas para líquidos ...............................................................................................................4 4.2 Fluxo não turbulento (laminar ou de transição) .......................................................................................5 4.2.1 Válvula Válvula instalada com diâmetro igual ao da tubulação .........................................................................5 4.2.2 Válvula Válvula instalada entre redução e expansão .........................................................................................5 4.2.3 Fator do número de Reynolds - FR .........................................................................................................5 4.3 Fato da Geometria da Tubulaç Tubulação ão - FP .......................................................................................................6 4.4.1 Cavitação e Vaporização Vaporização (Flashing) ......................................................................................................7 5 - Fluidos F luidos compressíveis compressíveis (gases ou vapores) ...............................................................................................8 5.1 Fatores X e F( ...........................................................................................................................................8 5.2 - Fator Fator de compressibilidade compressibilidade - Z .............................................................................................................9 5.3 Fator de Expansão - Y .............................................................................................................................10 5.4 Fator de queda de de pressão combinando combinando os fatores fatores XT e FP para válvula válvula instalada entre entre redução e expansão expansão - XTP ...... ............ ............ ........... ........... ............ ............ ........... ........... ............ ............ ............ ............ ............ ........... ........... ............ ............ ........... ........... ............ ............ ........... ........... ...........1 .....100 5.4.1 Condição de fluxo sub-crítico ..............................................................................................................10 5.4.2 Condição de fluxo crítico ......................................................................................................................10 5.5 Calcula-se o CV preliminar considerando os seguintes seguintes fatores fatores:: FP =1 e XT = 0,75 0,75 .................................10 5.6 Fluxo não Turbu Turbulento lento (Laminar ou de Transição) ..................................................................................10 6 - Cálculo da velocidade de saída da válvula ..............................................................................................11 6.1 Fluídos Incompr Incompressíveis essíveis (Líquidos) ........................................................................................................11 6.2 - Fluídos Compressíveis Compressíveis (Gases ou Vapores) .........................................................................................11 6.2.1 Velocidade de Escoamento ..................................................................................................................11 6.2.2 Velocidade Sônica ................................................................................................................................12 7 - Informações Técnicas Técnicas ..............................................................................................................................13 7.1 Propriedades de vários líquidos .....................................................................................................13 e 14 7.2 Propriedades do vapor de água .............................................................................................................14 .............................................................................................................14 7.4 Propriedades de vários gases ................................................................................................................15 7.4 Pressão ...................................................................................................................................................16  7.5 Volume ...................................................................................................................................................16 7.6 Velocidade ...............................................................................................................................................16  7.7 Massa .....................................................................................................................................................16 7.8 Temperatura ...........................................................................................................................................16 8 - Nomenclatura .........................................................................................................................................17 9 - Exemplos de Dimensionamento .............................................................................................................18 9.1 - Exercício Nº1 ........................................................................................................................................18 9.1.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................18 9.1.2 Segundo passo .....................................................................................................................................18 9.1.3 Terceir erceiroo passo ......................................................................................................................................19 9.1.4 Quarto passo ........................................................................................................................................19 9.1.5 Quinto passo .........................................................................................................................................20 9.1.6 Sexto passo ..........................................................................................................................................20 9.1.7 Sétimo passo ........................................................................................................................................20 9.1.8 Oitavo passo .........................................................................................................................................20 02 |

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Conteúdo 1- Introdução ..................................................................................................................................................4 2 - Definição Definição do Coeficiente Coeficiente de Vazão Vazão - Cv ......................................................................................................4 3 - Formulas Formulas Gerais para cálculos cálculos de Cv ........................................................................................................4 4 - Fluidos Incompressíveis Incompressíveis (Líquidos) ...........................................................................................................4 4.1 Equações básicas para líquidos ...............................................................................................................4 4.2 Fluxo não turbulento (laminar ou de transição) .......................................................................................5 4.2.1 Válvula Válvula instalada com diâmetro igual ao da tubulação .........................................................................5 4.2.2 Válvula Válvula instalada entre redução e expansão .........................................................................................5 4.2.3 Fator do número de Reynolds - FR .........................................................................................................5 4.3 Fato da Geometria da Tubulaç Tubulação ão - FP .......................................................................................................6 4.4.1 Cavitação e Vaporização Vaporização (Flashing) ......................................................................................................7 5 - Fluidos F luidos compressíveis compressíveis (gases ou vapores) ...............................................................................................8 5.1 Fatores X e F( ...........................................................................................................................................8 5.2 - Fator Fator de compressibilidade compressibilidade - Z .............................................................................................................9 5.3 Fator de Expansão - Y .............................................................................................................................10 5.4 Fator de queda de de pressão combinando combinando os fatores fatores XT e FP para válvula válvula instalada entre entre redução e expansão expansão - XTP ...... ............ ............ ........... ........... ............ ............ ........... ........... ............ ............ ............ ............ ............ ........... ........... ............ ............ ........... ........... ............ ............ ........... ........... ...........1 .....100 5.4.1 Condição de fluxo sub-crítico ..............................................................................................................10 5.4.2 Condição de fluxo crítico ......................................................................................................................10 5.5 Calcula-se o CV preliminar considerando os seguintes seguintes fatores fatores:: FP =1 e XT = 0,75 0,75 .................................10 5.6 Fluxo não Turbu Turbulento lento (Laminar ou de Transição) ..................................................................................10 6 - Cálculo da velocidade de saída da válvula ..............................................................................................11 6.1 Fluídos Incompr Incompressíveis essíveis (Líquidos) ........................................................................................................11 6.2 - Fluídos Compressíveis Compressíveis (Gases ou Vapores) .........................................................................................11 6.2.1 Velocidade de Escoamento ..................................................................................................................11 6.2.2 Velocidade Sônica ................................................................................................................................12 7 - Informações Técnicas Técnicas ..............................................................................................................................13 7.1 Propriedades de vários líquidos .....................................................................................................13 e 14 7.2 Propriedades do vapor de água .............................................................................................................14 .............................................................................................................14 7.4 Propriedades de vários gases ................................................................................................................15 7.4 Pressão ...................................................................................................................................................16  7.5 Volume ...................................................................................................................................................16 7.6 Velocidade ...............................................................................................................................................16  7.7 Massa .....................................................................................................................................................16 7.8 Temperatura ...........................................................................................................................................16 8 - Nomenclatura .........................................................................................................................................17 9 - Exemplos de Dimensionamento .............................................................................................................18 9.1 - Exercício Nº1 ........................................................................................................................................18 9.1.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................18 9.1.2 Segundo passo .....................................................................................................................................18 9.1.3 Terceir erceiroo passo ......................................................................................................................................19 9.1.4 Quarto passo ........................................................................................................................................19 9.1.5 Quinto passo .........................................................................................................................................20 9.1.6 Sexto passo ..........................................................................................................................................20 9.1.7 Sétimo passo ........................................................................................................................................20 9.1.8 Oitavo passo .........................................................................................................................................20 02 |

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9.1.9 Nono passo ..........................................................................................................................................20 9.1.10 Décimo passo .....................................................................................................................................21 9.1.11 Décimo primeiro passo ......................................................................................................................21 9.1.12 Décimo segundo passo ......................................................................................................................21 9.1.13 Décimo terceiro passo .......................................................................................................................21 9.1.14 Décimo quarto passo .........................................................................................................................21 9.1.15 Conclusão ..........................................................................................................................................22 9.2 - Exercício Nº2 ........................................................................................................................................22 9.2.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................22 9.2.2 Segundo passo .....................................................................................................................................23 9.2.3 Terceir erceiroo passo ......................................................................................................................................23 9.2.4 Quarto passo ........................................................................................................................................24 9.2.5 Quinto passo ........................................................................................................................................24 9.2.6 Sexto passo ..........................................................................................................................................25 9.2.7 Sétimo passo ........................................................................................................................................25 9.2.8 Conclusão ............................................................................................................................................25 9.3 Exercício Nº3 ..........................................................................................................................................26 9.3.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................26 9.3.2 Segundo passo .....................................................................................................................................26 9.3.3 Terceir erceiroo passo ......................................................................................................................................27 9.3.4 Quarto passo ........................................................................................................................................27 9.3.5 Quinto passo ........................................................................................................................................28 9.3.6 Conclusão ............................................................................................................................................28 9.4 - Exercício Nº4 ........................................................................................................................................28 9.4.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................28 9.4.2 Segundo passo .....................................................................................................................................29 9.4.3 Terceir erceiroo passo ......................................................................................................................................29 9.4.4 Quarto passo ........................................................................................................................................29 9.4.5 Quinto passo ........................................................................................................................................30 9.4.6 Sexto passo ..........................................................................................................................................30 9.4.7 Sétimo passo ........................................................................................................................................30 9.4.8 Oitavo passo .........................................................................................................................................30 9.4.9 Nono passo ..........................................................................................................................................30 9.4.10 Conclusão ...........................................................................................................................................31

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

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1 - Introdução O cálculo de uma válvula de controle consiste em determinar os dados de processo em um coeficiente de vazão denominado Cv.

2 - Definição do Coeficiente de Vazão - Cv É a vazão de água, em galões por minuto a 60°F , que passa pela válvula sob um diferencial de pressão de 1 psi.

3 - Formulas Gerais para Cálculos de Cv As formulas que a Pentair utiliza são baseadas na norma ANSI/ISA 75.01-01 (IEC-60534-2-1). Esta norma introduzem vários fatores de correção, que além de tornarem os cálculos mais precisos, permitem analisar as condições de fluxo (sub - crítico, crítico, cavitação, vaporização ou viscoso).

4 - Fluidos Incompressíveis (Líquidos) 4.1 Equações básicas para líquidos Vazão em Volume

Cv =

q N1 * FP * FR

Vazão em Massa

Gf )P

(1)

Cv =

w N6 * FP * FR )P * D1

(2)

Constantes numéricas para equações dos fluídos líquidos Unidades usadas nas equações Constante q w d-D N P )P 3 kPa (a) 0,0865 m /h kPa N1 bar (a) 0,865 m3/h bar gpm psia psi 1,000 mm 0,00214 N2 pol. 890 m3/h 76000 gpm N4 87300 scfh 21153 mm 0,00241 N5 pol. 1000 kg/h kPa (a) 2,73 kPa N6 kg/h bar (a) 27,3 bar psia psi Ib/h 63,3 mm 1,000 N18 pol. 645 mm 127 N32 pol. 1,70 *Para converter centipoise em centistoke, dividir centipoise por Gf

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MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

D

1

kg/m3 kg/m3 Ib/pes3

-

<

-

centistoke* centistoke* centistoke*

-

Calcula-se o CV preliminar considerando-se os seguintes fatores: FP e FR = 1 Após o cálculo do CV preliminar, seleciona-se o diâmetro aproximado e o tipo da válvula. Finalmente, calcula-se o Número de Reynolds (REV):

N4 * FD * q FL2 * Cvi2 REV = + 1,00 L FL * Cvi N2 * d4

1/4

(3)

Cvi = 1,3 * Cv (4)

L

FD = Fator modificador, converte a geometria do(s) orifício(s) por um único orifício circular equivalente. 10.000, o valor do Fator FR = 1,0 e o fluxo é turbulento. Se REV < 10.000, o fluxo não é turbulento, podendo ser laminar ou de transição.

4.2 Fluxo não turbulento (laminar ou de transição) 4.2.1 Válvula instalada com diâmetro igual ao da tubulação O CV para dimensionamento do diâmetro da válvula para fluxo não turbulento será calculado pelas seguintes equações: Vazão em Massa Vazão em Volume

q Gf Cv = N1 * FR )P

Cv =

(5)

w N6 * FR )P * D1

(6)

4.2.2 Válvula instalada entre redução e expansão Os efeitos destes são desconhecidos. Enquanto estes efeitos não forem conhecidos, recomenda-se considerar o diâmetro da válvula igual ao da tubulação para cálculo do fator FR . Este fator resulta em um coeficiente conservador, uma vez que a turbulência adicional criada pela redução e expansão aumentarão o respectivo valor do fator FR para um dado Número de Reynolds da válvula. 4.2.3 Fator do número de Reynolds - F R Para passagem integral onde Cvi/d2>0,016 * N18 e REV > 10, o fator FR será calculado pelas seguintes equações: Fluxo de transição

FR =

1+ 0,33 * F1/2 L 011/4

Rev L * og 10.000

(7) 01=

(

N2 Cvi d2

OU 2

(

FR = 0,026 FL

01 * REV

(8)

(9)

Notas: use o menor valor de FR encontrado nas equações (7) ou (8). Fluxo laminar REV < 10, usar somente o valor da equação (8). FR não deve exceder a 1. MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

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Para passagem integral onde Cvi / d2 < 0,016 * N18 e REV > 10, o fator FR será calculado pelas seguintes equações: Fluxo de transição

FR = 1 +

0,33 * FL1/2 0

1/4 2

REV Log 10 10.000

(10)

02 = 1+ N32

FR =

(d ( Cvi

0,026 FL

02 REV

(11)

2/3

2

(12)

Notas: use o menor valor de FR encontrado nas equações (10) ou (11). Fluxo laminar REV < 10, usar somente o valor da equação (11). FR não deve exceder a 1. Para ambos os cálculos, observar: Após calculado o fator FR, a seguinte equação deve ser atendida:

CV FR

(13)

< Cvi

Se a equação acima não for atendida, repita o procedimento aumentando mais 30% o Cvi Repita isso quantas vezes forem necessárias até a equação ser atendida. 4.3 Fator da Geometria da Tubulação - F P O fator FP é a relação da capacidade de vazão através da válvula instalada entre redução e expansão e a capacidade de vazão da válvula instalada sem redução e expansão. Este fator é calculado pela seguinte equação:

1

FP = E.

1+ N 2

2

(  ( CVi d2

E. = .1 + .2 + .B1 - .B2 2

(  ( d (18)  = 1 (D (

d .1 = 0,5 1 D1

2

(16)

(14)

(15) d .2 = 1,0 1 D2

( (

4

.B1

1

2

(17)

4

( (

d .B2 = 1  D2

2

(19)

.1 e .2 = Coeficientes em função da redução e expansão das tubulações de entrada e saída. .B1 e .B2 = Coeficientes de Bernoulli introduzidos para compensar as mudanças de pressões resultantes

das diferenciais de área.

Cv < Cvi Fp Se a equação acima não for atendida, repita o procedimento aumentando mais 30% o Cvi. Repita isso quantas vezes forem necessárias até a equação ser atendida. Após calculado o fator Fp, a seguinte equação deve ser atendida:

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MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Condição de Fluxo Crítico Vazão em Volume

Cv =

q N1 * FP * FR

Vazão em Massa

Gf )PM

Cv =

(21)

w N6 * FP * FR

(22)

Gf )PM * D1

Determinação do Delta P Critico - ) PM

d=D )PM = FL 2 (P1

- FF - PV) (23)

FF = 0,96 - 0,28 Pv Pc

d=D FLP 2 ( ) (P1 - FF - PV) (24) )PM = FP FL FLP = 2 2 FL Cv (.1 + .b1) (26) 1+ N 2 d2

(  (( (

(25)

FLP = Combinação dos fatores FL e FP

FF = Fator de razão de pressão crítica

para válvula instalada com redução e expansão.

do líquido. 4.4.1 Cavitação e Vaporização (Flashing)

É o fenômeno físico de um líquido em movimento que se vaporiza toda vez que a pressão na Vena Contrata (PVC) alcança a pressão de vapor a uma temperatura constante. Dividimos a cavitação em 2 estágios: Primeiro estágio: quando a pressão da Vena Contrata (PVC ) alcança a pressão do vapor (PV ), uma parte de líquido se transforma em bolhas de vapor. Segundo estágio: a partir da pressão da Vena Contrata (PVC ), começa a recuperar-se, e a medida que se torne maior que a pressão de vapor (PV), devido ao fator de recuperação do líquido (FL ), as bolhas começam a implodir com maior frequência, tornando-se novamente moléculas de líquido. Se a pressão de saída da válvula for menor que a pressão de vapor (PV ), as bolhas de vapor irão permanecer. Este fenomeno é conhecido como vaporização (flashing). Vazão versus pressão diferencial Q

Região de ruídos e danos mecânicos B

Max

x

C

Vaporização (P2 < Pv)

D

Vazão bloqueada

A

("Chocked blow")

Cavitação total (Danos mecânicos ocorrerão)

    )     Q     (    o     ã    z    a     V

)PM = FL2 (P1 - FF * PV ) . .. pa ra d = D )PM = (F LP)2 (P1 - FF * PV) ... para d = D FP

)Pi = Kc (P1 - Pv )

)PA

)PB

)PC

Pressão Diferencial

)PD

)P

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5 - Fluidos Compressíveis (Gases ou Vapores) Vazão em Volume

Vazão em Massa

Cv =

q Gg * T1 * Z (27) N7 * P1 * FP * Y X

w N6 * FP * Y X * P1 * D1

(28)

Cv =

w T1 * Z q M * T1 * Z (29) C = v N8 * P1 * FP * Y X * M N9 * P1 * FP * Y X

(30)

Cv =

Nota: Calcular o Fator FP pelas mesmas equações (14), (19) e (20) Unidades usadas nas equações

Constante

w

N N5 N6

N7

N8

N9

N22

N27

q*

kg/h kg/h lb/h kg/h kg/h lb/h -

0,00241 1000 2,73 27,3 63,3 4,17 417 1360 0,948 94,8 19,3 22,5 2250 7320 15,9 1590 5200 0,67 0,67 13,7

m3/h m3/h

scfh kg/h kg/h lb/h

m3/h m3/h scfh m3/h m3/h scfh -

P1

kPa (a) bar (a) psia kPa (a) bar (a) psia kPa (a) bar (a) psia kPa (a) bar (a) psia kPa (a) bar (a) psia kPa (a) bar (a) psia

)P kPa bar psi kPa bar psi kPa bar psi kPa bar psi kPa bar psi kPa bar psi

D1

-

kg/m3 kg/m3 lb/pés3 -

T1

K K °R K

K °R K K °R K

K °R -

d-D mm polegada -

*Pés cúbicos por hora, medido a 14,69 psia a 60°F , ou metros cúbicos por hora, medido a 101,3 kpa (a) ou 1,013 bar (a) a 15,6°C

5.1 Fatores X e F ( X = )P (31) P1

F( =

(

1,4

(32)

X = Razão da queda de pressão; F ( = Fator da razão dos calores específicos; (=

CP Cv

08 |

Razão dos calores específicos.

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5.2 - Fator de compressibilidade - Z Compensa o desvio de comportamento do gás real com a relação ao gás perfeito.

Pr =

P1 Pc (31)

T1 Tc

Tr=

(32) 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20

4,0     Z    e     d    a     d     i     l     i     b     i    s    s    e    r    p    m    o    c    e     d    r    o    t    a     F

1,30 1,40 1,50 1,60

3,0

1,80 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 5,00 6,00 8,00 10,00 15,00

2,0

Tr

1,0

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Pressão reduzida, Pr 1,02 1,00 0,98 0,96 0,94     Z 0,92    e     d 0,90    a     d 0,88     i     l     i 0,86     b     i    s 0,84    s    e 0,82    r    p 0,80    m    o 0,78    c    e 0,76     d 0,74    r    o 0,72    t    a 0,70     F 0,68 0,66 0,64

0

1

2

3

4

5

6

Pressão reduzida, Pr

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5.3 Fator de Expansão - Y Relaciona a variação da densidade do fluido durante a passagem através da válvula entre o ponto de entrada da mesma e o ponto da vena contracta. Ele relaciona também, a variação na área do fluxo na vena contracta em função da variação de pressão.

d=D Y=1-

d=D

X X * F ( * XT

(35)

Limites: 1 > Y > 0,667

Y = 1-

X X * F ( * XTP

(36)

5.4 Fator de queda de pressão combinando os fatores XT e FP para válvula instalada entre redução e expansão - X TP

X XTP = FT P

XT (.1 + .1B) Cvi2 +1 N5 * d4

-1

(37)

5.4.1 Condição de fluxo sub-crítico A vazão que escoa através da válvula aumenta proporcionalmente enquanto o valor de X for menor do que F ( * XT ou F ( * XTP 5.4.2 Condição de fluxo crítico Se a pressão de entrada (P1) for mantida constante e diminuindo a pressão de saída (P2 ), a vazão que escoa através da válvula deve aumentar até um determinador limite máximo (VELOCIDADE SÔNICA). Reduções posteriores de P2, não irão produzir nenhum aumento de vazão, atingindo-se as condições de fluxo crítico ou bloqueado, ponto no qual a velocidade é sônica. Este limite é alcançado quando X atinge o valor de F (* XT ou F ( * XTP. O valor de X utilizado nas equações deverá ser mantido dentro desse limite mesmo que a queda de pressão seja maior. Por esta razão, o valor de Y encontra-se numa faixa de 0,667 a 1,00.

5.5 Calcula-se o CV preliminar considerando os seguintes fatores: FP = 1 XT = 0,75 Após o cálculo do Cv preliminar, seleciona o diâmetro aproximado e o tipo de válvula. Finalmente, calcula-se o número de Reynolds, REV para determinar a condição de fluxo adequada. Nota: Calcular o REV pela mesma equação (3).

5.6 Fluxo não Turbulento (Laminar ou de Transição) O CV para dimensionamento do diâmetro da válvula para fluxo não turbulento será calculado pelas seguintes equações: Vazão de Volume Vazão de Massa

Cv =

q N22 * FR

M * T1 (38) )P (P1 + P2)

Cv =

w T1 (39) N27 * FR )P (P1 + P2) * M

Nota: Calcular o fator FR pelas mesmas equações do item 4.2.3 10 |

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6 - Cálculo da Velocidade de Saída da Válvula

6.1 Fluídos Incompressíveis (Líquidos) Sistema Inglês V = 0,4082 * q d2

Sistema Métrico 354 * q V= d22

(40)

(41)

Limites recomendáveis Líquidos não Cavitantes Tipo de válvula pés/s (m/s) 40 (12,2) Globo 23 (7) Borboleta 32 (9,7) Outras

Líquidos Cavitantes Tipo de válvula pés/s (m/s) 30 (9,1) Globo 18 (5,5) Borboleta 24 (7,3) Outras

V: Velocidade na saída da válvula, pés/s (m/s) d2: Diâmetro de saída, pol (mm) q: Vazão, gpm (m3/h)

6.2 - Fluídos Compressíveis (Gases ou Vapores) Mc = VV c

(42)

Mc: Número de MACH na saída da válvula V: Velocidade de escoamento na saída da válvula, pés/s (m/s) Vc: Velocidade sônica na saída da válvula, pés/s (m/s) 6.2.1 Velocidade de Escoamento Gases N q T V = 10 2* * 2 d2 * P2

N10 N11 N11

N 1,24 0,0014 354 0,0510

W kg/h lb/h

(43)

Vapor d'agua N W V V = 11 * 2 * e2 d2

Constantes Numéricas q* Ve2 P2 3 bar (a) m /h psi (a) scfh 3 m /kg pés3/Ib

(44)

T2 K °R -

d mm pol. mm pol.

V - Vc m/s pés/s m/s pés/s

* Pés cúbicos por hora, medido a 14,69 psia a 60F°, ou metros cúbicos por hora, medido a 1,013 bar (a) a 15,6°C

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6.2.2 Velocidade Sônica Sistema Inglês Gases Vapor d'água saturado Valor d'água superaquecido

VC = 223

( * T2

M

Vc = 1650 Pés/s Vc = 60 T2

Limites recomendáveis Tipos de Internos Convencional Borboleta, baixo ruído um ou dois estágios. Baixo ruído 3 estágios ou acima Baixo ruído para descarga atmosférica

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Sistema Métrico

(45)

VC = 91,2

( * T2

M

Vc = 500 m/s Vc = 24,54 T2

Número de MACH 0,7 0,5 0,33 0,15

(46)

7 - Informações Técnicas 7.1 Propriedades de vários líquidos Constantes Críticas Líquido

Fórmula quím. /símb.

Peso Molecular

Peso Específico (lb/pés3)

Densidade Relativa Gf

Temperatura Crítica, TC o

F

o

C

Pressão Crítica, PC

psia

Bar (a)

Acetaldeido

C2H4O

54

48,774

0,782

370

188

Acetona

C2H6O

58

49,773

0,79

455

236

691

48

Ácido Acético

C2H4O2

60

65,489

1,05

612

322

841

58

Ácido Cloridrico 30%

HCL

36

76,090

1,22

124

51

1198

82

Ácido Nitrico 60%

HNO3

63

85,448

1,37

Ácido Sulfúrico 100%

H2SO4

98

114,138

1,83

Água

H 2O

18

62,371

1,00

705

374

3206

221

Álcool Etílico

C2H6O

46

49,210

0,789

469

243

927

64

Álcool Metílico

CH4O

32

49,460

0,793

464

240

1156

80

Aminobenzol

C6H7N

93

63,743

1,022

799

426

769

53

Amônia Saturada

Nh3

17

38,670

0,62

270

168

1636

113

Benzeno (Benzol)

C6H6

78

54,824

0,879

552

289

701

48

Cloro

CL2

71

88,566

1,42

291

144

1118

77

Cloreto de Cálcio 25%

CaCL

76,716

1,23

Cloreto de Sódio 25%

NaCL

74,221

1,19

Éter Etílico

C4H10O

74

44,470

0,713

381

194

522

36

Furfural

C5H4O2

96

72,350

1,18

46,778

0,75

2660

1460

1530

1055

Gasolina Glicerina 100%

C3H8O3

92

78,587

1,26

Glicol

C2H6O2

62

70,167

1,125

Mercúrio

Hg

200

844,877

13,546

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

| 13

7.1 Propriedades de vários líquidos (continuação) Constantes Críticas Líquido

Fórmula quím./símb.

Peso Molecular

Peso Específico (lb/pés3)

Densidade Relativa Gf

Temperatura Crítica, TC o

F

o

C

Pressão Crítica, PC

psia

Bar (a)

Nitrobenzol

C6H5O2N

123

76,092

1,22

370

188

N-octano

C8H18

114

43,659

0,700

565

296

362

25

Óleo Lubrificante

57,069

0,915

Petróleo

49,896

0,80

Querosene

48,648-51,144

0,78-0,82 1102

76

Sulf. de Carbono

CS2

76

78,774

1,263

530

277

Terpentina

C10H10

130

53,327

0,855

709

376

Toluol

C7H6

92

54,387

0,872

610

321

611

42

Tricloroetileno

C2HCL2

96

91,560

1,468

M-xileno

C8H10

106

53,888

0,864

655

346

509

35

7.2 Propriedades do vapor de água

14 |

P1 (psia)

Relação dos calores específicos (

Fator F(

0-80

1,32

0,94

81-245

1,30

0,93

246-475

1,29

0,92

476-800

1,27

0,91

801-1050

1,26

0,90

1051-1250

1,25

0,89

1251-1400

1,23

0,88

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

7.4 Propriedades de vários gases Constantes Críticas Gás

Fórmul a quím./ símb.

Peso Molecular

Peso Específico (lb/pés3)

Densidade Relativa Gg

Temperatura Crítica, TC

C

psia

Bar (a)

o

o

F

Pressão Crítica, PC

Razão dos calores específicos (

Acetileno

C2H2

26

0,06754

0,08971

97

36

911

63

1,28

Amônia

Nh3

17

0,04420

0,5871

270

168

1636

113

1,29

29

0,07628

1,0000

-222

-141

547

38

1,40

Ar N-Butano

C4H10

58

0,16725

2,0888

305

152

551

38

1,096

Cloreto de Metila

CH3CL

50

0,1309

1,7388

289

143

1000

69

1,20

Cloro

Cl2

71

0,1857

2,4667

291

144

1145

79

Dióxido de Carbono

CO2

44

0,1142

1,5170

87

31

1071

74

1,28

Dióxido de Enxofre

So2

64

0,1663

2,2090

316

157

1143

79

1,25

Etano

C2H6

30

0,07868

1,045

90

32

710

49

1,192

Etileno

C2H4

28

0,0728

0,9670

50

10

742

51

1,216

Hélio

He

4

0,01039

0,13801

-450

-268

33

2

1,66

Hidrogênio

H2

2

0,005234

0,6952

-400

-240

188

13

1,40

Metano

CH4

16

0,04163

0,5530

-116

-82

673

46

1,307

Monóxido de Carbono

CO

28

0,07269

0,9655

-220

-140

507

35

1,41

Neônio

N6

20

0,05621

0,7466

-380

-229

395

27

Nitrogênio

N2

28

0,07274

0,96626

-233

-147

492

34

1,40

Óxido Nitrico

NO

30

0,07788

1,0345

-137

-94

957

66

1,40

Óxido Nitroso

N2O

44

0,1143

1,5183

97

36

1054

72

1,26

Oxigênio

O2

32

0,08305

1,1032

-181

-119

736

51

1,40

Propano

C3H6

44

0,1164

1,5462

206

97

617

42

1,131

* Densidade nas condições normais

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

| 15

7.4 Pressão

7.5 Volume

Multiplicar

Por

Para obter

Multiplicar

Por

Para obter

ATM

1,0133 1,0332 14,696 760,000 101,379

Bar (a) Kg/cm2(A) psia TORR (A) KP (A)

gpm

0,2271 8,0208

m3/h pés cub3./h

m3/h

4,4033 35,31

gpm pés cub3./h

0,9869 1,0197 14,504 750,060 100,000

ATM Kg/cm2(g) psig TORR (g) KP (g)

scfh (14,696 psia à 60oF)

0,0283

m3/h (1,0133 Bar (a) à 15,6oC)

35,3357

0,9807 0,9678 14,200 725,50 98,068

Bar (g) ATM psig TORR (g) KP (g)

m3/h (1,0133 Bar (a) à 15,6oC)

scfh (14,696 psia à 60oF)

Bar (g)

Kg/cm2 (g)

7.6 Velocidade

Nm3/h (1,0133 Bar (a) à 0oC)

scfh (14,696 psia à 60oF)

7.7 Massa

Multiplicar

Por

Para obter

Multiplicar

Por

Para obter

Pes/Seg.

60,00 0,3048

pes/Min. m/Seg.

Kg/h

2,2046

Lb/h

m/Seg.

3,280 196,9

pes/Seg. pes/Min.

Lb/h

0,4536

Kg/h

7.8 Temperatura Graus Celcius ( oC)

Grau Kelvin (K)

Grau Fahrenheit (oF)

Grau Rankine (oR)

273,15 K 9/5K - 459,67 9/5K

5/9 (oF - 32) 5/9 (oF + 459,67) o F o F + 459,67

5/9 (oR - 459,67) 5/9 oR o R - 459,67 o R

o

C C + 273,15 9/5oC + 32 9/5oC + 459,67 o

16 |

scfh = Lb/h x 379 M

Nm3/h = Kg/h x 22,385 M

Densidade relativa

Viscosidade

Gg = Peso molecular do gás 29

Centistokes = Centipoises Gf

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

8 - Nomenclatura CV Coeficiente de Vazão.

T1

Temperatura de entrada absoluta.

d

T2 Tc

Temperatura de saída absoluta.

Tr

Temperatura reduzida, (T1/Tc).

Diâmetro nominal da válvula.

d1 Diâmetro de entrada da válvula. d2 Diâmetro de saída da válvula. D Diâmetro nominal da linha. FD Fator modificação em função do tipo de válvula. FF Fator de razão de pressão crítica dos líquidos. F( Fator de razão dos calores específicos. FL Fator de recuperação de pressão dos líquidos. FLP Combinação dos fatores FL e FP para uma válvula instalada com redução e expansão. FP Fator da geometria da tubulação. FR Fator de número de Reynolds. Gg Densidade relativa do gás tomada nas condições de trabalho (sendo o ar o gás de referência cuja densidade é igual a 1,000). Gf Densidade relativa do líquido à temperatura de entrada (sendo a água o líquido de referência cuja densidade é igual a 1,000). (

Relação dos calores específicos de um gás (Cp/Cv).

Kc Coeficiente de cavitação incipiente. M Peso molecular. N Constante numérica. P1 Pressão de entrada absoluta. P2 Pressão de saída absoluta. Pc Pressão crítica termodinâmica absoluta. Pr Pressão reduzida, (P1/Pc)

Temperatura crítica termodinâmica.

V2 esp. Volume específico de saída. V

Velocidade de saída.

W

Vazão em massa.

X

Razão entre a queda de pressão e a pressão de entrada absoluta ()P/P1).

XT

Fator de razão na queda da pressão dos gases.

XTP

Fator da queda de pressão, combinando os fatores XT e FP para válvula instalada entre redução e expansão.

Y Z

Fator da expansão dos gases ou vapores.

D

Peso específico.

)P

Queda de pressão (P1- P2).

)PMAX

Queda de pressão permitida para fluxo crítico.

10.000, a condição de fluxo é turbulenta e o Cᵥ deve ser calculado para esta condição. 18 |

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

9.1.3 Terceiro passo Verificação do fluxo crítico

FF = 0,96 - 0,28 Pv = 0,96 - 0,28 0,4739 Pc 221,0591 F 2 )PM = ( LP ) (P1 - FF - PV) FP

= 0,9470

9.1.4 Quarto passo Cálculo do Fator da Geometria - FP

1

FP = E.

1+ N 2

2

CVi d2

(  (

Cᵥᵢ = 1,3 * 161,3452 = 209,7488 Coeficientes de resistência, da redução, expansão e Bernoulli - E. E. = .1 + .2 + .B1 - .B2

d .1 = 0,5 1 D1

2

6 = 0,5 1 10

2

(  ( (  ( d 6  = 1 1 = 1 1( D  ( ( 10 ( d 6  = 1 =1( D ( ( 10 (= 0,8704 d 6  = 1 =1= 0,8704 ( D ( ( 10 ( 2

.2

2

2

2

2

= 0,2048 2

= 0,4096

1

4

4

4

4

.B1

1

.B2

1

E.

= 0,2048 + 0,4096 + 0,8704 - 0,8704 = 0,6144 1

FP = 1+

0,6144 890

Cv < Cvi Fp

(

209,7488 62

2

(

= 0,9885

161,3452 < 209,7488 0,9885

163,2248 < 209,7488 Condição Atendida

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

| 19

9.1.5 Quinto passo Cálculo do Fator Combinado - FLP

FL

FLP =

(  (

2

( (

2 F L 1+ N (.1 + .b1) C2v 2 d

0,89

=

(  (

1+ 0,89 890

2

(

(0,6144 +0,8742 ) 161,3452 62

2

(

= 0,8784

9.1.6 Sexto passo Verificação do Fluxo Crítico

FLP 2 0,8784 (P1 - FF * PV) = )PM = FP 0,9885

(

)

(

)

2

(10 - 0,9470 * 0,4738) = 7,5421 Bar

Como o ΔPM (7,541 Bar) < ΔP (8,000 Bar), o fluxo é crítico, e o ΔPM deve ser usado para o cálculo do Cᵥ. 9.1.7 Sétimo passo Cálculo de CV para condição do Fluxo Crítico

Cv =

q Gf = N1 * FP )PM

400 0,9734 = 168,1163 0,865 * 0,9885 7,5421

Comentário: Em função do Cᵥ requerido, o diâmetro da válvula pré-selecionada está correto, trabalhando numa abertura de aproximadamente 78% do curso. 9.1.8 Oitavo passo Queda de pressão para incipiente de cavitação - ΔPi

P = KC (P1 - P v)

Δ i

KC = 0,65 para válvula 1010 com orifício integral e fluxo tende a abrir

P = 0,65 (10,000 - 0,4739) = 6,1923Bar

Δ i

Como o ΔPi (6,192 Bar) < ΔPprocesso (8,000 Bar) a válvula cavita 9.1.9 Nono passo Verificação da Cavitação Total

P > ΔPM e P2 > PV

Δ

8,000 Bar > 7,5421 Bar e 2,000 Bar(a) > 0,4739 Bar(a) Pelo comparativo acima a válvula está com cavitação total e interno anti-cavitante é recomendável. 20 |

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

9.1.10 Décimo passo Selecionamos a mesma válvula, porém, com internos anti-cavitante de 1 estágio. Diâmetro do orifício: 7,0 pol.

Curso: 2 pol.

Cᵥ: 207,1

FL: 0,95

KC: 0,90

Calcular novamente o ΔPi P = KC (P1* PV ) = 0,90 (10,000 - 0,4759) = 8,572 Bar

Δ i

Como o ΔPi (8,572 Bar) > ΔP (8,000 Bar) a válvula não cavita. 9.1.11 Décimo primeiro passo Verificação do Fluxo Crítico

FL

FLP =

2

0,95

=

( (

(  (

1+ FL2 (.1 + .b1) C2v d N2

(  (

1+ 0,95 890

2

(

(0,2048 +0,8704 ) 161,3452 62

2

(

=0,9296

9.1.12 Décimo segundo passo Verificação do Fluxo Crítico )PM =

 ( )

FLP 2 (P1 - FF * PV) = 0,9296 FP 0,9885

(

2

) (10 - 0,9470 * 0,4738) = 8,4470 Bar

Como o ΔPM (8,4470 Bar) > ΔP (8,000 Bar), o fluxo é subcrítico, e o ΔP deve ser usado para o cálculo do Cᵥ. 9.1.13 Décimo terceiro passo Cálculo final do CV

Cv =

q Gf = N1 * FP )PM

400 0,9739 0,865 * 0,9885

8

= 163,2223

A Válvula de Diâmetro de 6 pol. com Cᵥ sel. =207,1 com Internos Anti - cavitante 1 Estagio está correta 9.1.14 Décimo quarto passo Cálculo de Velocidade de Saída V=

N7 * q 354 * 400 = = 6,0967m/s 2 2 152,4 d2

q = 400 m3/h N7 = 354 quando q é m3/h d2=6*25,4=152,4mm Em função da Velocidade, a Válvula pré-selecionada está correta.

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

| 21

9.1.15 Conclusão A Válvula pré selecionada está correta, portanto, a especificação fica assim: Modelo 1000-1010 Diâmetro: 6 pol. - Classe: 300 Internos Anti-cavitante 1 ( um ) Estágio Característica : Linear Classe de Vazamento : IV

9.2 - EXERCÍCIO Nº2 Fluido = Nitrogênio q = 30.000 Nm3/h = 31.714,3 m3/h a 1,0133 bar(a) a 15,6°C P1 = 20 bar(m)+1,0133 = 21,013 bar(a) P2 = 2 bar(m)+1,0133 = 3,013 bar(a)  T1 = 70°C + 273,15 = 343,15 K Diâmetro da tubulação, entrada e saída = 10pol.-sch 40

PC = 33,96 bar(a)  M = 28 (=1,4 ᶹ = 1,000 cts TC = 126,20 K

9.2.1 Primeiro passo Pré-selecionamos uma válvula modelo 1010 com internos balanceados e baixo ruído de 3 estágios. FL = 0,99 XT = 0,99

F( = Pr =

(

1,4

=

1,4 = 1,00 1,4

Tr =

T1 343,15 = = 2,72 Tc 126,20

P1 = 21,013 = 0,619 Pc 33,959

Z = 0,997 ( Vide Fig -1 ) Fig- 1 Fator de Compressibilidade - Z 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20

4,0     Z    e     d    a     d     i     l     i     b     i    s    s    e    r    p    m    o    c    e     d    r    o    t    a     F

1,30 1,40 1,50 1,60

3,0

1,80 2,00 2,50

2,0

3,00 3,50 4,00 5,00 6,00 8,00 10,00 15,00

T r =2,72

1,0

0,997 0

0

5

10

Pr = 0,619 22 |

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

15

20

25

Pressão reduzida, Pr

30

35

40

Tr

Verificação da condição do fluxo em função da queda de pressão - X

X = )P = P1-P2 = 21,013 - 3,013 = 0,857 P1 P1 21,013 F( * XT = 1,00 * 0,99 = 0,99 X(0,856) < F( * XT (0,99)

→

Condição de fluxo sub-crítico

Fator de expansão Y considerando d = D Y = 1-

X = 1 - 0,857 = 0,712 X * F( * XT 3 * 1 * 0,99

9.2.2 Segundo passo Cálculo preliminar do Cᵥ Pelos dados fornecidos, a seguinte equação será usada:

Cv =

q 31.714,3 M * T1 * Z = N9 * P1 * FP * Y 2250 * 1,000 * 21,013 * 0,712 X

28 * 343,15 * 0,997 = 99,64 0,857

N9 = 2250 FP = 1,000 para d = D Pré-selecionamos um diâmetro 8 pol. com Cᵥsel =125 9.2.3 Terceiro passo Verificação da condição de fluxo pelo número de Reynolds - REV

N4 * FD * q FL2 * Cvi2 REV = + 1,00 L FL * Cvi N2 * d4

1/4

L

Cvi = 1,3 * CV = 1,30 * 99,64 = 129,22 N4= 76.000 N2 = 890

FD = 0,13

→

para válvula com fluxo que tende a fechar

1/4

76.000 * 0,13 * 31.714,3 0,992 * 129,222 REV = + 1,00 = 27.703.179,05 * 1,06 = 29.508.756,22 890 * 84 1,00 0,99 * 129,22 Como o número de Reynolds >10.000, a condição de fluxo é turbulenta e o Cᵥ deve ser calculado para esta condição.

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

| 23

9.2.4 Quarto passo Coeficientes de resistência, da redução, expansão e Bernoulli - E. E. = .1 + .2 + .B1 - .B2

d D1

1-

2

.2

2

2

(  ( (  ( d 8  = 1 1 = 1 1= 0,1296 ( D  ( ( 10 ( d 8  = 1   =1= 0,4096 ( D ( ( 10 ( d 8  = 1   =1( D ( ( 10 (= 0,4096

.1 = 0,5

2

= 0,5 1 -

8 10

2

2

2

= 0,0648

2

1

4

4

4

4

.B1

1

.B2

1

E.

= 0,0648 + 0,1296 + 0,4096 + 0,4096 = 0,1944

Fator da geometria da tubulação - FP

FP =

1 E C 1+ N. Vi2 2 d

2

(  (

1

= 1+

0,1944 890

(

  129,22 82

2

(

= 0,9992

N2 = 890 → quando "d" é em pol. Fator da razão da queda de pressão, combinando os fatores XT e FP = XTP

X XTP = FT2 p N5 = 1000

-1

0,99 XT (.1 + .1B) Cvi2 = +1 0,9992 N5 * d4 →

0,99(0,0648 + 0,4096)129,22 2 1000 * 84

quando" d" é em pol.

9.2.5 Quinto passo Reanalisar condição de fluxo para d ≠D

F( * XTP = 1,00 * 0,9889 = 0,9889 X(0,857) < F( * XTP (0,9889)

→

Contínua condição de fluxo subcrítico

Fator de expansão Y para d ≠ D

Y=1-

24 |

X 0,857 = 0,7112 = 13 * F( * XTP 3*1*0,9889

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+1,00 = 0,9889

9.2.6 Sexto passo Cálculo Final do Cᵥ

Cv =

q 31.714,3 M * T1 * Z = N9 * P1 * FP * Y 2250* 0,9992* 21,013 * 0,7112 X

28 * 343,15 * 0,997 = 99,86 0,856

A válvula de diâmetro 8 pol. Com Cvsel = 125 por enquanto está correta. 9.2.7 Sétimo passo Cálculo de Velocidade de Saída

MC = V VC

V = 1,24 q * T2 2  P2 * d2

q = 31.714,3 m3 a 1,013 bar(a) a 15,6°C T2 = 343,15 K ( como não conhecemos a temperatura de saída, admite-se T2 = T1) P2 = 3,013 bar(a) d2 = 8 * 25,4 = 203,20 mm Velocidade de escoamento - V

V = 1,24 q * T2 2 = 1,24 31.714,3 * 343,15  P2 * d2  3,013 * 203,202

= 108,47 m/s

Velocidade sônica - VC

VC = 91,2 (

= 1,4

( * T2

M

= 91,2

T2 = 343,15 K

MC = V = 108,47 = 0,287 VC 377,47

1,4 * 343,15 = 377,77 m/s 28 M = 28 →

Limite 0,33 para válvula com internos de baixo ruído

9.2.8 Conclusão A válvula pré-selecionada está correta, portanto, a especificação fica assim: Modelo 1000 - 1010 diâmetro: 8 pol Classe: 300 Internos de Baixo Ruído: 3 Estágios Classe de Vazamento: IV

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9.3 - Exercício Nº3 Condições de Serviço Fluido = Óleo q = 900 gpm P1 = 100 psia P2 = 60 psia  ΔP = 40 psia

PV = 5 psia PC = 800 psia t1 = 80°F Gf = 0,800 : = 500 cps

Tubulação de entrada e saída = 6 pol. Sch 40 9.3.1 Primeiro passo Cálculo preliminar do Cᵥ FR = 1,00 e FP = 1,00

q Gf 900 0,8 = 40 )PM

Cv =

Válvula pré-selecionada: Série: 85-08 Diâmetro: 4pol Classe: 150

= 127,2792

Característica: Linear Diâmetro Orifício: 3,25 pol Fluxo tende : Abrir

Cᵥ: 195 Curso: 2 pol Falta de Ar: Fecha

9.3.2 Segundo passo Verificação da Condição de Fluxo pelo Número de Reynolds - REV 2 N F q 2 REV = 4 * D * FL  * Cvi4 + 1,00 L FL * Cvi N2 * d

1/4

L

FD = 0,46 para válvula série 85-08 com fluxo tendendo abrir FL = 0,90 para fluxo tendendo abrir com passagem integral N2 = 890 quando d é em polegada N4 = 87300 quando q é em gpm →

→

0,16 * N18 para REV > 10

d2

N18 = 645

127,2792*1,3 > 0,016 645 * 42

10,3414 > 10,3200 para R EV ( 4850,1002) >10

Fator do número de Reynolds - FR

(

( ( 10.000 (

0,33 * FL1/2 Log FR = 1 + 1/4 02

REV

FR =

OU

0,026 FL

02 * REV

N2 = 890 = 8,3220 2 2 Cvi 127,2792 * 1,3 42 d2

02 =

( ((

(

4850,1002 0,33 * 0,91/2 L FR = 1 + og 8,3220 1/4 10.000

(

FR =

((

0,026 0,9

(

= 0,8868

8,32220 * 4850,1002 = 5,8039

→

Não deve exceder 1,000

Para Cálculo de Cᵥ se escolhe o menor valor de FR Cálculo final do Cᵥ

Cv FR

< Cvi

127,2792 < 127,2792 * 1.3   0,8868

143,5264 < 165,4630

Como o CV/FR é menor do que o Cvi , o diâmetro da válvula pré - selecionado em função do CV calculado (143,5264) está correto. 9.3.4 Quarto passo Delta P para incipiente da cavitação -  ΔPi

P = KC (P1 - PV)  ΔPi = 0,65 (100 - 5) = 61,75 psi  Δ i

KC = 0,65 para válvula 85-08 com orifício integral e fluxo tende a abrir

Válvula não cavita devido o ΔP de processo (40psi) ser menor do que o ΔPi (61,75psi).

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9.3.5 Quinto passo Cálculo de Velocidade N7 = 0,408

→

quando q é em gpm

q = 900 gpm

N q 0,408 * 900 = 22,95 pés/s V = 7 *2 = d2 42

→

limite: 50 pés/s

Comentário: Em função da velocidade, a válvula pré selecionada está correta. 9.3.6 Conclusão A Válvula pré - selecionada está correta, portanto, a especificação fica assim: Modelo 85 - 08 Diâmetro: 4 pol. - Classe : 150 Característica : Linear Classe de Vazamento : IV

9.4 - Exercício Nº4 Condições de Serviço t1 = 170° C 3 D1 = 1,9926 kg/m (= 1,20 M = 18,02

Fluido = Vapor Superaquecido W = 40000 kg/h P1 = 3 kg/cm2 man = 4,033 kg/cm2Abs P2= 2 kg/cm2 man = 3,033 kg/cm2 Abs

Diâmetro da tubulação de entrada e saída de 14 pol. sch - 40 9.4.1 Primeiro passo Pré - Selecionamos uma Válvula Borboleta modelo 87B - 32

F( = ( = 1,20 1,40 1,40

= 0,8571

FP = 1,000 XT = 0,500

Verificação da condição de fluxo em função da razão da queda de pressão - X

P - P 4,033 - 3,033 = 0,2480 X= 1 2= P1 4,033

28 |

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d 2= 4 pol

9.4.2 Segundo passo

F( * XT = 0,8571 * 0,500 = 0,4286 X(0,2480 ) < F( * XT (0,4286)

→

Condição de fluxo sub - crítico

Fator de Expansão Y considerando d = D

Y = 1,000 -

X = 1,000 0,2480 = 0,8071 3* F(* XT 3* 0,8571* 0,500

9.4.2 Terceiro passo Calculo preliminar do Cᵥ Pelos dados fornecidos a seguintes equação será usada: N6 = 27,3

Cv =

FP = 1,000 para d = D

4000 w = = 1285,9379 N6 * FP * Y X * P1 * D1 27,3 * 1,000 * 0,8071 0,2480 * 4,033 * 1,9926

Pré-selecionamos um diâmetro de 10 pol. com CV a 70 graus de 2910 9.4.3 Quarto passo Coeficientes de resistência, da redução, expansão e Bernoulli - E. E. = .1 + .2 + .B1 - .B2

(  (

d .1 = 0,5 1 D1

2

(  (

d .2 = 1 1 D1

2

2

2

2

(  ( = 0,1200

10 = 0,5 1 14

2

(  (

10 = 1 114

4

4

4

4

2

2

= 0,2400

( ( ( ( d 10  = 1   =1( D ( ( 14 (= 0,7397

d 10 .B1 = 1   =1= 0,7397 D1 14 .B2

1

E.

= 0,1200 + 0,2400 + 0,7397 - 0,7397 = 0,3600

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9.4.5 Quinto passo Fator da Geometria da Tubulaçào - FP

FP =

1 2

(  (

E C 1+ N. Vi2 2 d

=

1 0,3600   1671,7193 1+ 890 102

(

2

(

= 0,9479

CVi = 1285,9379 * 1,3 = 1671,7193 N2 = 890 quando d é em pol. 9.4.6 Sexto passo Fator da razão da queda de pressão, combinando os Fatores XT e FP = XTP

X XTP = T2 Fp

-1

0,405 XT (.1 + .1B) Cvi2 +1 = 0,94792 4 N5 * d

-1

0,405(0,1200 + 0,7397)1671,7193 2 +1,00 = 0,4108 1000 * 104

XT = 0,405 para ângulo de 53 graus N5 = 1000 quando d é em pol. 9.4.7 Sétimo passo Reanalisar a condição de fluxo para d

≠

D

F( * XTP = 0,8571 * 0,4108 = 0,3521 X(0,240) < F( * XTP (0,3521)

→

Condição de fluxo sub - crítico

Fator de expansão Y considerando d

≠

D

0,2480 X Y = 1= 1= 0,7652 3 * F( * XTP 3 * 0,8571 * 0,4108 9.4.8 Oitavo passo Cálculo do Cᵥ Final

Cv =

w 40000 = = 1430,9019 N6 * FP * Y X * P1 * D1 27,3 * 0,9479 * 0,7652 0,2480 * 4,033 * 1,9926

A válvula de diâmetro 10 pol. com Cᵥ sel = 2910 por enquanto está correta.

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9.4.9 Nono passo Cálculo da Velocidade de Saída pelo Numero de Mach - Mc

Mc= V Vc Velocidade de Escoamento - V N11= 354 quando a vazão é kg/h V=

d = 10 * 25,4 = 254,00 mm

N11 * W * Ve2 354 * 40000 * 0,6621 = 2 d2 2542

VE2 = 0,6691 m 3/kg

= 146,8544 m/s

Velocidade Sônica - VC

Vc = 25,54

T2

T2 = t1+ 273 = 170 + 273 = 443K

Vc = 25,54 443 = 537,5548 m/s Mc= V = 146,8544 = 0,2732 Limite 0,50 para a válvula Borboleta Vc 537,5548 →

A válvula de 10 pol. com velocidade de saída Mach 0,2732 está correta 9.4.10 Conclusão A Válvula pré - selecionada está correta, portanto, a especificação fica assim: Modelo 87B - 32 Diâmetro: 10 pol - Classe : 150 Classe de Vazamento: IV

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