Cálculo do torque da válvula borboleta É o processo de estimar a força rotacional, ou torque, necessária para abrir, fechar e manter o disco em posição. Esse cálculo é usado principalmente para dimensionamento de atuadores.
Escolher o atuador errado em um válvula borboleta Pode resultar em despesas significativas. Isso ocorre porque os engenheiros calculam incorretamente o torque necessário para a rotação do disco da válvula.
Este artigo aborda três tipos de torque, seis fatores de influência, a fórmula padrão e uma tabela de referência DN50-DN300.
O que é o torque da válvula borboleta e por que ele é importante na seleção do atuador?
Cálculo do torque da válvula borboleta Fornece aos engenheiros a força rotacional mínima necessária para operar o disco com segurança em condições nominais.
O torque é expresso em newton-metros (Nm) para o sistema métrico ou em libras-pé (ft-lb) para o sistema imperial.
A fórmula prática comum é:
Ta = Ts + Tb + Td , onde o torque do atuador é igual ao torque do assento mais o torque do rolamento mais o torque dinâmico.
Todo atuador pneumático, elétrico ou hidráulico possui uma faixa de torque de saída definida. Se esse torque de saída cair abaixo do torque necessário para a válvula, o atuador trava no meio do curso.
O cálculo correto do torque é importante porque um atuador travado deixa o disco parcialmente aberto. Isso pode resultar em vazamento interno e potencial falha do sistema.
O sobredimensionamento também é um problema. Um atuador com potência excessiva pode danificar a haste, o disco ou o assento de elastômero com o tempo.
Normas como a AWWA C504 e a API 609 estabelecem critérios mínimos de torque que os fabricantes devem verificar antes do envio das válvulas.
Essas normas fornecem às equipes de compras uma base para comparar as fichas técnicas dos fabricantes com os resultados de testes independentes.
Três tipos de torque de borboleta
Existem três tipos distintos. torque da borboleta Valores que os engenheiros devem levar em consideração em qualquer exercício de dimensionamento de atuadores.
Torque de ruptura (torque de abertura)
O torque de ruptura é o valor de torque mais alto no ciclo de operação. É a força necessária para desprender um disco totalmente fechado após este ter permanecido estacionário sob pressão. O atrito estático e a pressão diferencial total atuam simultaneamente neste momento. O torque de ruptura determina a exigência mínima de potência de saída para atuadores pneumáticos de retorno por mola com fechamento em caso de falha.
Torque de funcionamento (torque dinâmico)
O torque de funcionamento é a força necessária para continuar girando o disco após a ruptura. É menor que o torque de frenagem em condições normais.
No entanto, o torque pode aumentar repentinamente em ângulos intermediários do disco, tipicamente entre 60 e 70 graus. Esse pico resulta das forças hidrodinâmicas que atuam sobre o disco à medida que o fluxo se divide ao seu redor. Os engenheiros que dimensionam atuadores elétricos para controle modulante devem levar em conta esse pico no meio do curso.
Torque de fechamento/assentamento
O torque de assentamento é a força necessária para empurrar o disco completamente contra o assento no final do curso.
Para válvulas com sede macia, é necessário comprimir o elastômero EPDM ou NBR o suficiente para obter uma vedação sem vazamentos. A classe de vazamento para vedações macias é tipicamente Classe VI e é verificada de acordo com as normas API 598 ou ISO 5208.
As válvulas com sede metálica requerem um torque de assentamento mais elevado. Sua tolerância a vazamentos é definida separadamente, de acordo com os critérios da Classe IV.
6 fatores que afetam o torque da válvula borboleta
Existem seis variáveis que determinam a Cálculo do torque da válvula borboleta (métrica) para qualquer aplicação específica.
Dimensões da válvula (DN / Diâmetro do tubo)
O torque é proporcional ao cubo do diâmetro do disco.
Por exemplo, uma válvula DN200 requer um torque significativamente maior do que uma DN50 sob a mesma pressão.
Essa relação cúbica explica por que as válvulas de grande diâmetro quase sempre exigem acionadores de engrenagem ou atuadores motorizados.
Pressão diferencial (ΔP)
A pressão diferencial é a variável mais importante em qualquer cálculo de torque.
Um ΔP mais elevado no disco fechado aumenta substancialmente tanto o torque de frenagem quanto o torque de assentamento.
Calcule sempre o torque na ΔP nominal máxima, e não na pressão normal de operação.
Material do assento
Os elastômeros EPDM e NBR criam mais atrito no assento do que os assentos revestidos com PTFE.
Elastômeros envelhecidos podem gerar valores de torque muito acima dos valores especificados na ficha técnica de válvulas novas.
Ao selecionar as margens de segurança do atuador para instalações de longa duração, leve em consideração o envelhecimento da sede da válvula.
Tipo de meio e viscosidade
Suspensões, fluidos viscosos e meios fibrosos adicionam torque de arrasto durante a rotação do disco.
Água limpa é a base de referência padrão usada na maioria das tabelas de torque dos fabricantes.
Verifique os valores de torque com o fabricante se o fluido do processo for significativamente diferente da água.
Projeto e excentricidade da válvula
Cêntrico ou válvulas borboleta concêntricas O contato contínuo entre o disco e a sede é mantido durante todo o curso de 90 graus. Esse contato contínuo gera um torque de funcionamento maior em comparação com projetos excêntricos.
As válvulas de excentricidade dupla e tripla levantam o disco da sede imediatamente ao abrir, reduzindo o torque de funcionamento e o desgaste da sede.
Corpo: Aço carbono, aço fundido, aço forjado, SS304, SS316, Al-Bronze, ferro dúctil
Temperatura
As baixas temperaturas enrijecem os elastômeros e podem aumentar o torque de ruptura além dos valores em condições ambientais.
Entretanto, temperaturas elevadas podem causar inchaço ou degradação da sede da válvula, alterando o perfil de torque ao longo do tempo.
Sempre confirme se o material da sede é adequado para toda a faixa de temperatura de operação antes de finalizar o dimensionamento do atuador.
Como usar a fórmula de cálculo de torque da válvula borboleta?
O fórmula de cálculo de torque da válvula borboleta divide o torque total em quatro componentes mensuráveis, conforme mostrado abaixo.
A fórmula de quatro componentes
Torque total (T) = Tt + Ts + Tp + Td
Onde:
- Tt = torque de atrito do mancal da haste
- Ts = torque de fricção do assento
- Tp = torque induzido por pressão (deslocamento do disco em relação ao centro do eixo)
- Td = torque dinâmico ou hidrodinâmico de um meio em movimento
Fórmula de campo simplificada da AWWA
Para aplicações em sistemas de abastecimento de água, a norma AWWA C504 oferece um atalho prático:
T = K x D3 x ΔP
Onde:
- T = torque em Nm
- K = coeficiente da válvula (conforme ficha técnica do fabricante)
- D = diâmetro do disco em metros
- ΔP = pressão diferencial em bar
O valor de K varia de acordo com o tipo de válvula, o material da sede e o perfil do disco.
Utilize sempre o valor K publicado pelo fabricante — e não uma estimativa genérica.
Fator de segurança para dimensionamento de atuadores
Antes de selecionar um atuador, aplique um fator de segurança de 1,25 a 1,5 em relação ao torque máximo calculado.
A norma AWWA C504 recomenda esta gama para serviços padrão de abastecimento de água.
Para serviços sem saída ou válvulas que operam com pouca frequência, aumente o fator de segurança para 1,5 a 2,0.
Essa margem mais ampla abrange assentos desgastados, condições de partida a frio e picos de torque no meio do curso.
Unidades métricas vs. unidades imperiais
Cálculo do torque da válvula borboleta (métrica) O torque de saída é medido em Nm quando D está em metros e ΔP está em Pa.
Divida por 1.000 se ΔP for inserido em kPa.
Para cálculos em unidades imperiais, D está em polegadas e ΔP em psi. O resultado é em ft-lb com um fator de conversão de unidades.
A métrica (Nm) é o padrão para documentação AWWA, API e ISO.
Tabela de torque da válvula borboleta: Valores de referência para DN50 a DN300
O tabela de torque da válvula borboleta A seguir, são apresentados valores indicativos de torque para válvulas borboleta centradas com sede macia em EPDM ou NBR.
Esses valores pressupõem o fornecimento de água potável na faixa de pressão diferencial especificada.
Use esses números como ponto de partida. Confirme com as curvas de torque fornecidas pelo fabricante antes de finalizar a seleção do atuador.
| Tamanho da válvula | ΔP típico | Material do assento | Torque de ruptura | Torque de funcionamento | Torque de fechamento |
|---|---|---|---|---|---|
| DN50 (2″) | 0,5-1,0 bar | EPDM / NBR | 8-14 Nm | 10-16 Nm | 12-18 Nm |
| DN80 (3″) | 0,5-1,0 bar | EPDM / NBR | 18-28 Nm | 22-32 Nm | 26-36 Nm |
| DN100 (4″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 30-45 Nm | 38-55 Nm | 44-60 Nm |
| DN150 (6″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 60-90 Nm | 75-110 Nm | 88-120 Nm |
| DN200 (8″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 110-160 Nm | 140-200 Nm | 160-220 Nm |
| DN250 (10″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 180-260 Nm | 220-320 Nm | 260-360 Nm |
| DN300 (12″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 280-380 Nm | 340-460 Nm | 400-530 Nm |
OBSERVAÇÃOOs valores da tabela são indicativos para válvulas borboleta com sede macia e centradas, na faixa de delta-P especificada. Os modelos com sede metálica e excêntricos apresentarão perfis de torque diferentes. O dimensionamento final do atuador deve utilizar as curvas de torque fornecidas pelo fabricante.
Cenário de aplicação no mundo real
Nesse cenário, uma empresa de engenharia, aquisição e construção (EPC) está especificando válvulas borboleta automatizadas para um projeto de expansão de tratamento de água.
O fornecedor do atuador precisa de fichas técnicas de torque impressas para configurar as faixas de torque das molas do atuador pneumático.
A TG Valve resolve o problema fornecendo documentação de torque emitida pela fábrica para cada tamanho de válvula e classificação de pressão.
O resultado é a redução do tempo de engenharia e dos erros na seleção do atuador.
Conclusão
Calculando corretamente torque da borboleta Os valores significam combiná-los com o atuador correto. Isso ajuda a evitar imprecisões que podem levar a problemas como vazamento interno e falha do sistema.
A TG Valve realiza testes completos de corpo e sede. em sua fábrica em conformidade com as normas AWWA C504, API 609 e API 598.
Cada válvula sai da linha de produção com uma ficha de parâmetros de torque documentada, abrangendo o torque de abertura, o torque de funcionamento e o torque de assentamento.
Esta documentação permite que as equipes de compras e os fornecedores de atuadores associem a saída do atuador diretamente aos dados de torque específicos da válvula.
