Funções da válvula de controlo automático: Seleção da configuração correta do piloto

A válvula de controlo de globo com membrana operada por piloto é a válvula modulante padrão para aplicações de distribuição e tratamento de água. O corpo é passivo: responde à diferença de pressão entre a câmara de cobertura da membrana e a tubagem a jusante. O circuito piloto determina como essa diferença de pressão é criada e mantida. Esta arquitetura significa que o mesmo corpo físico, construído para a mesma pressão nominal e com o mesmo coeficiente de caudal, pode proporcionar funções hidráulicas fundamentalmente diferentes simplesmente alterando o circuito piloto. Compreender o piloto é a chave para especificar e colocar em funcionamento corretamente estas válvulas.

Como funciona o circuito piloto

O corpo da válvula tem três ligações hidráulicas importantes: entrada, saída e tampa. A tampa é uma câmara selada por cima da membrana principal. Quando a pressão da tampa excede a pressão de saída, a membrana força o disco em direção à sede e a válvula fecha. Quando a pressão da tampa é inferior à pressão de entrada, a força resultante abre o disco. O funcionamento normal situa-se entre estes extremos: o disco modula-se numa posição em que as forças hidráulicas estão em equilíbrio.

O circuito piloto básico utiliza uma linha de deteção a jusante da válvula, passa-a através de uma válvula piloto e liga a saída do piloto à tampa. Um filtro e uma válvula de agulha (restritor de caudal) encontram-se na entrada da tampa para evitar que os detritos cheguem ao piloto e para abrandar a resposta da pressão da tampa, respetivamente. A própria válvula piloto define a função da válvula: um piloto sensível à pressão por mola para redução da pressão, um piloto operado por flutuador para controlo do nível, um piloto de pressão diferencial para controlo do caudal.

Funções standard da válvula

Uma válvula redutora de pressão utiliza um piloto de pressão a jusante acionado por mola. O piloto abre-se para drenar a tampa quando a pressão a jusante desce abaixo do ponto de regulação da mola, e fecha-se para permitir o aumento da pressão da tampa quando esta sobe acima. O ponto de regulação é ajustado externamente, rodando um parafuso de ajuste no corpo do piloto. Esta é a função individual mais comum: gestão da pressão na área do contador distrital, proteção do equipamento a jusante e controlo dos limites da zona de pressão.

Uma válvula de controlo de caudal utiliza um piloto de pressão diferencial ligado através de uma placa de orifício na tubagem. Quando o caudal aumenta, a pressão diferencial aumenta, o piloto fecha e a pressão da tampa aumenta para estrangular a válvula. Quando o caudal diminui, a pressão diferencial diminui, o piloto abre e a válvula abre. A válvula mantém um caudal fixo independentemente da variação de pressão a montante ou a jusante: a escolha correta para equilibrar o caudal entre leitos filtrantes paralelos ou para manter um caudal fixo de enchimento do reservatório.

Uma válvula de flutuador modulante para controlo de nível utiliza um flutuador de esfera no reservatório ou tanque para pilotar a válvula. À medida que o nível da água sobe, o flutuador sobe e o piloto fecha-se progressivamente. Quando o nível desce, o flutuador desce e a válvula abre-se. O comprimento do braço da boia e o ângulo inicial determinam a gama de modulação. As configurações de flutuador remoto são utilizadas quando o flutuador não pode ser montado diretamente no corpo da válvula, com uma linha de deteção do piloto a ligar a câmara do flutuador à válvula.

Uma válvula de controlo da bomba utiliza um piloto de fecho de duas fases que funciona rapidamente durante os primeiros 80 a 90% do curso na abertura da bomba, e depois lentamente durante o fecho final. A taxa de fecho lento é definida por uma agulha ajustável no circuito piloto e é estabelecida durante a colocação em funcionamento para limitar o aumento de pressão a níveis aceitáveis. Nas estações elevatórias em que a bomba arranca contra uma conduta principal pressurizada a jusante, o mesmo piloto fornece uma sequência de abertura controlada para evitar o pico de arranque.

Combinação de funções

Os circuitos piloto podem ser combinados para fornecer duas ou mais funções a partir de um único corpo de válvula. As combinações mais comuns incluem a redução de pressão mais o corte on-off por solenoide (para enchimento temporizado de reservatórios onde também deve ser mantida uma pressão máxima de enchimento), controlo de nível mais limitação de pressão máxima (para proteger um reservatório de sobrepressão se o piloto de nível falhar) e controlo de caudal mais alívio de pressão.

Cada piloto adicional acrescenta complexidade e potencial de interação. Um piloto solenoide em série com um piloto de pressão fecha a válvula quando energizado, independentemente da pressão a jusante: simples. Um piloto de alívio de pressão em paralelo com um piloto de controlo de nível requer uma colocação em funcionamento cuidadosa para garantir que o ponto de regulação do alívio está acima da pressão de entrada máxima esperada no reservatório cheio; caso contrário, o piloto de alívio domina e o controlo de nível perde-se.

Ao especificar válvulas de função combinada, indique explicitamente cada função necessária e peça ao fabricante para confirmar a configuração do piloto e as restrições de entrada em funcionamento. Não assuma que uma combinação se comportará como esperado sem verificar.

Dimensionamento

A abordagem de dimensionamento baseada em Kv utilizada para as PRVs aplica-se a todas as válvulas de controlo de globo operadas por piloto. A velocidade na abertura total não deve exceder 6 m/s e a válvula deve passar a maior parte da sua vida útil entre 20% e 80% de abertura. Uma válvula de controlo que passa a maior parte da sua vida perto do fecho perde autoridade de controlo e corrói a sede; uma que funcione permanentemente perto da abertura total não tem espaço para aumentar o caudal quando a procura aumenta.

Para as válvulas de controlo de nível, o critério de dimensionamento é o caudal de enchimento de pico necessário dividido pela pressão diferencial disponível no pico de entrada. Para as válvulas de controlo de caudal, o caudal de projeto e a pressão diferencial através da placa de orifício em condições normais de funcionamento determinam o Kv necessário. Uma nota sobre a conversão: multiplique Kv por 1,156 para obter US Cv, ou divida Cv por 1,156 para obter Kv.

Colocação em funcionamento e manutenção

O ajuste da pressão de regulação numa PRV deve ser sempre efectuado em condições de caudal vivo, e não com o sistema a jusante bloqueado. Feche parcialmente a válvula de isolamento a jusante para simular o pedido, observe o manómetro a jusante e ajuste a mola piloto para a pressão de regulação necessária. O ajuste em condições de saída bloqueada produz um ponto de ajuste que se desloca com o caudal devido à recuperação de pressão no corpo da válvula.

A falha de colocação em funcionamento mais comum nas válvulas de controlo de nível é a regulação incorrecta do braço do flutuador. O ângulo do braço da boia a meio do tanque determina a gama de modulação. Se o braço estiver regulado na horizontal a meio do tanque, a válvula modula entre cerca de um quarto e três quartos da capacidade do tanque. Ajustar o ângulo do braço alarga a gama de modulação para cima ou para baixo para corresponder à banda de funcionamento necessária.

A manutenção anual deve incluir a limpeza do filtro piloto, o teste de funcionamento da válvula piloto em condições de caudal vivo e a inspeção do diafragma quanto a deformações ou fissuras. Os filtros piloto obstruídos são a principal causa de avaria da válvula de controlo em serviço e a mais fácil de prevenir.