Por David Livingstone Villar Rodrigues
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A válvula de controle não é um item que se acha pronto na prateleira do fornecedor. É um equipamento que requer uma especificação e um dimensionamento para cada aplicação. Estas tarefas requerem conhecimentos de várias disciplinas que incluem, entre outros, mecânica dos fluidos, tecnologia de materiais, instrumentação, eletrônica, controle e processo.
Uma falha em qualquer das etapas envolvendo a especificação, o dimensionamento, a fabricação e os testes, certamente deverá comprometer o funcionamento da válvula de controle. A inclusão das diversas normas disponíveis na especificação dos diversos itens da válvula de controle é uma forma segura de garantir um desempenho correto e uma vida útil adequada.
A especificação da válvula de controle é feita através do uso da folha de dados. A norma ISA-20-1981 publica diversas folhas de dados para a instrumentação de campo aplicada aos processos industriais. A folha de dados para válvulas de controle é denominada de formulário S20.50. Esta é a folha de dados mais utilizada no mundo para especificar válvulas de controle. Nesta folha estão listados 86 itens que devem ser preenchidos para a requisição de compra deste equipamento. A folha de dados publicada pela norma IEC 6053-7 tem 112 itens.
Curiosamente a folha de dados S20.50 inclui no item 84 a referência a uma única norma, a ANSI/FCI 70-2, sobre a definição da classe de vazamento. A folha de dados publicada pela norma IEC 60534-7, também menciona uma única norma, a IEC 60534-4 também sobre classes de vazamento. Esta norma IEC, similar a ANSI/FCI 70-2, regulamenta o teste de vazamento pela sede conforme a classe de vazamento definida.
O fato das folhas de dados publicadas pela ISA e IEC mencionarem exclusivamente a norma sobre classe de vazamento significa que é a única norma necessária á especificação? A resposta é não! Existem outras normas importantes sobre válvulas de controle.
O fato é que, mesmo com a disponibilidade de espaço extra que podem ser providenciadas em folhas anexas, não existe na emissão das folhas de dados a tradição de inserir normas de referência na especificação das válvulas de controle.
Quais são as normas disponíveis para válvulas de controle?
As duas organizações mais importantes na publicação de normas para válvulas de controle são a International Society of Automation – ISA, que atua através da comissão ISA 75 e a International Electrotechnical Comission – IEC, que atua através do comitê técnico TC65/SC65B/WG9.
A ISA publica atualmente (outubro de 2020) vinte e cinco documentos sob forma de normas, relatórios técnicos e práticas recomendadas aplicadas exclusivamente para válvulas de controle.
A IEC publica atualmente (outubro de 2020) dezoito normas aplicadas exclusivamente para válvulas de controle.
Muitas destas normas publicadas simultaneamente pela ISA e IEC para válvulas de controle são similares, como por exemplo, as normas sobre terminologia, equações para o dimensionamento do coeficiente de vazão, teste de capacidade e dimensões face-a-face dos corpos.
Outras organizações também publicam normas aplicadas às válvulas de controle. Entre estas organizações destacamos a ANSI/FCI, ISO, API, ASME, NAMUR, DIN, VDI/VDE e ABNT.
Estas organizações também publicam outras normas para uso geral em projeto e especificação de diversos instrumentos para a área de automação industrial e que também podem ser aplicadas ao projeto das válvulas de controle. Exemplos: normas sobre simbologia, padronização de formulários de especificação e qualidade de ar de instrumentação.
A seguir vamos relacionar algumas normas técnicas que podem ser incluídas na especificação da válvula de controle com o objetivo garantir uniformidade no dimensionamento, qualidade na fabricação e coerência nos resultados dos testes de produção.
Dimensionamento do corpo
O dimensionamento ou cálculo da capacidade do corpo da válvula de controle (Cv ou Kv)) é uma tarefa atribuída ao fabricante. Para garantir a uniformidade dos resultados e facilitar a análise técnica por parte dos usuários é necessário usar os mesmos métodos de cálculo. Para garantir o cumprimento deste objetivo é essencial o uso das normas que padronizam as equações de vazão: normas ANSI/ISA-75.01.01-2007 ou IEC 60534-2-1-2011.
Método de previsão do ruído
Antes de existir uma norma específica sobre o cálculo do ruído em válvulas de controle, cada fabricante aplicava seu próprio método.
Os resultados dos cálculos apresentados ao usuário variavam de forma significativa e dificultava a análise técnica.
Atualmente, para garantir a uniformidade nos cálculos, devemos exigir por parte dos fabricantes o uso das normas existentes para o cálculo do ruído aerodinâmico e para o cálculo do ruído hidrodinâmico, respectivamente a IEC 60534-8-3-2011 e IEC 60534-8-4-2015.
Testes
Ao concluir o processo de fabricação, os fornecedores devem submeter as válvulas de controle a testes conforme determinado na norma IEC 60534-4, item 4, Tabela 1. Destacamos dois testes que consideramos essenciais:
- Teste hidrostático do corpo: este teste deve ser feito de acordo com a norma IEC 60534-4, itens 4.1 e 5.4 ou norma ANSI/ISA-75.19.01-2013.
- Teste de vazamento pela sede: este teste deve ser feito de acordo com a classe de vazamento selecionada na folha de dados e são regulamentados pelas normas ANSI/FCI 70-2-2013 ou IEC 60534-4, itens 4.2 e 5.5. Como já afirmamos estas são as únicas normas mencionadas nas folhas de dados padrão publicadas pela ISA e IEC.
Dimensões face-a-face dos corpos
Os usuários devem exigir que os corpos das válvulas de controle com mesmo diâmetro e classe de pressão atendam as normas que padronizam as distâncias face-a-face para os diversos tipos de corpos de válvulas de controle. Esta é uma decisão que traz dois grandes benefícios:
- Possibilita a substituição da válvula de controle de marcas diferentes sem ser necessário a adaptação da tubulação.
- Permite acelerar o projeto de tubulação sem ter que necessariamente aguardar a certificação dos desenhos dimensionais.
Tanto a ISA como a IEC publicam normas similares que regulamentam a distância face-a-face das válvulas de controle. Exemplo: para as válvulas de controle tipo globo até a classe 600 as normas são: ANSI/ISA-75.08.01-2002 ou IEC 60534-3-1-2019.
Controle das emissões fugitivas
O controle sobre o vazamento de emissões fugitivas é um assunto que deve merecer a atenção especial considerando o impacto sobre a saúde e meio ambiente. Os usuários devem começar imediatamente a especificar sistemas especiais de engaxetamento todas as vezes que a válvula de controle for usada para manipular fluidos tóxicos. A equipe de processo básico deve informar os limites máximos de vazamento permitido para cada fluido toxico a ser manuseado por uma válvula de controle. Este limite máximo de vazamento deve constar na folha de dados da válvula de controle para o conhecimento dos fabricantes responsáveis pela apresentação de proposta técnica. Com base nesta informação o fabricante deverá especificar um sistema de engaxetamento especial que garanta o vazamento máximo especificado.
O usuário deve incluir na especificação a exigência da apresentação de certificado garantindo que o modelo da válvula de controle foi submetido aos procedimentos de testes previstos na norma ISO 15848-1, que versa sobre a quantificação dos vazamentos que ocorrem através do engaxetamento da haste e da junta do castelo. O teste de certificação deve ser executado por uma entidade credenciada, entre as quais a TÜV e a BVQI.
Posicionadores
Existem uma grande quantidade de fornecedores de posicionadores no mercado, incluindo alguns que não fabricam válvulas de controle. Para garantir a qualidade deste produto recomendamos que os usuários incluam na especificação a certificação de teste de acordo com as normas que regulamentam o método de avaliação do desempenho dos posicionadores. Normas: IEC 61514-2-2013 e ANSI/ISA-75.13.01-2013.
Qualidade do ar de instrumentação
Os atuais posicionadores digitais são muito vulneráveis a qualidade do ar de instrumentação. Os orifícios internos têm diâmetros medidos em micrometros. Qualquer impureza pode comprometer o funcionamento do posicionador e, consequentemente, da válvula de controle. A garantia da qualidade do ar deve ser exigida do usuário, que é o responsável pelo fornecimento desta utilidade. A norma que regulamenta a qualidade do ar de instrumentação é a ISA-7.0.01-1996. A ISO também publica uma norma mais abrangente, a ISO 8573-1-2010.
Dimensionamento do atuador
Atenção! Ainda não existem normas para dimensionar, fabricar ou testar atuadores.
Cada fabricante possui métodos e critérios próprios para o teste e dimensionamento de cada tipo e modelo de atuador. Compete ao usuário ainda na fase de cotação, requisitar para análise técnica a memória de cálculo do atuador. Nesta análise devem ser verificados os valores dos itens que foram considerados pelo fabricante. Entre outros itens verificar o diâmetro da sede, o diâmetro da haste, a pressão diferencial máxima, o material das gaxetas, o tipo de engaxetamento, o tipo de interno (balanceado, não balanceado), o material dos internos, o tipo do corpo.
Conclusão
Existem normas para válvulas de controle que podem ser exigidas em outras tarefas como o dimensionamento, a fabricação e testes de válvulas de controle. A inclusão de normas no texto da especificação da válvula de controle é uma ação que tem o objetivo garantir a qualidade do produto que está sendo adquirido. Também é uma forma de obter a uniformidade na apresentação dos resultados do dimensionamento e dos testes de produção. Qualidade e uniformidade são dois atributos essenciais para garantir o correto desempenho da válvula de controle quando instalada no processo industrial.