Válvulas borboleta hidráulicas São utilizadas em indústrias onde é necessário um acionamento de alto torque em um quarto de volta. As válvulas são usadas principalmente em geração de energia, petroquímica, HVAC e redes de proteção contra incêndio devido a restrições de espaço ou custo.
São úteis nessas indústrias com tubulações de grande diâmetro para controle e isolamento rápidos de líquidos.
Este artigo discute como as válvulas borboleta hidráulicas funcionam, suas métricas de desempenho e por que os engenheiros as selecionam para controle de fluxo crítico.
O que é uma válvula borboleta operada hidraulicamente?
A válvula borboleta hidráulica é um tipo de válvula que utiliza pressão hidráulica para funcionar. Ela pode girar um quarto de volta. Essa válvula é montada em um tubo.
A energia da válvula é fornecida por um cilindro hidráulico ou atuador de palhetas. Isso gera um torque muito maior em comparação com o torque produzido por motores elétricos.
O corpo da válvula é normalmente feito de aço fundido, ferro fundido nodular ou aço inoxidável. Isso permite que ela suporte altas pressões, temperaturas e meios corrosivos.
Princípio de funcionamento do sistema de acionamento hidráulico
O atuador hidráulico O sistema possui um princípio de funcionamento simples baseado na pressão. O óleo hidráulico é bombeado para o cilindro e, em seguida, atua sobre o pistão. O pistão, por sua vez, converte seu movimento linear em movimento rotacional através de um mecanismo de manivela ou engrenagem. Como resultado, a rotação da haste da válvula gira o disco da borboleta.
Os engenheiros podem escolher entre duas configurações principais:
- Dupla açãoA pressão hidráulica controla tanto a abertura quanto o fechamento. Isso proporciona um posicionamento preciso e repetível em todos os ângulos.
- Retorno da primaveraUma mola mantém a válvula em uma posição. A pressão hidráulica a move na direção oposta. Se a energia hidráulica falhar, a mola retorna a válvula a um estado seguro.
Uma unidade hidráulica de potência (HPU) fornece a pressão do óleo. Ela inclui uma bomba, um reservatório de óleo, válvulas de controle e dispositivos de alívio de pressão.
A unidade de potência hidráulica (HPU) pode ser montada localmente ou conectada remotamente por meio de linhas de controle. Isso oferece suporte completo a todas as funcionalidades. automação industrial Integração com PLCs e sistemas SCADA.
Principais vantagens em relação aos atuadores elétricos e pneumáticos
A principal razão pela qual os engenheiros escolhem a atuação hidráulica é o torque. Esse tipo de atuador pode gerar muita força mesmo em uma unidade de alojamento compacta.
Isso é o que mais importa para válvula borboleta grande tamanhos. Uma válvula DN1200 ou DN2000 na saída de uma estação de bombeamento requer um torque enorme para operar contra a alta pressão de fluxo.
Aqui estão as cinco vantagens práticas que os engenheiros valorizam:
- Alto torque de saídaOs sistemas hidráulicos produzem níveis de torque que os atuadores elétricos não conseguem igualar em tamanho equivalente.
- Controle preciso do fluxoO óleo hidráulico não se comprime. Isso proporciona ao disco uma posição estável e fixa em qualquer ângulo, inclusive em configurações parcialmente abertas para controle de fluxo.
- Resposta rápidaAs mudanças de pressão no óleo hidráulico ocorrem em alta velocidade. A válvula abre ou fecha em segundos quando a proteção do sistema o exige.
- Seguro em áreas perigosas: O sistema hidráulico não utiliza eletricidade em seu atuador. Isso permite que o sistema seja usado em ambientes explosivos, como uma planta petroquímica.
- Longa vida útil: Os pistões e vedações hidráulicas geralmente têm uma vida útil mais longa do que os enrolamentos dos motores elétricos.
A tabela abaixo compara os diferentes tipos de atuadores:
Tabela de comparação de atuadores
| Recurso | Hidráulico | Elétrico | Pneumático |
|---|---|---|---|
| Saída de torque | Muito alto | Moderado | Moderado |
| Velocidade de resposta | Rápido | Lento a Moderado | Rápido |
| Tamanho de tubo adequado | Diâmetro grande | Pequeno a médio | Pequeno a médio |
| Cofre para Áreas Perigosas | Sim (sem faíscas) | Limitado | Sim |
| Controle de Precisão | Alto | Alto | Moderado |
| Opção à prova de falhas | Retorno da primavera | Retorno da primavera | Retorno da primavera |
| Necessidade de manutenção | Moderado | Baixo | Baixo |
Aplicações industriais da válvula borboleta com controle hidráulico
As válvulas borboleta com controle hidráulico são utilizadas em indústrias onde as tubulações são de grande diâmetro, as pressões são elevadas ou o fechamento de emergência precisa ser rápido.
Estações de bombeamento e sistemas de abastecimento de água
UM atuador hidráulico É encontrado em estações de bombeamento municipais onde grandes volumes de água fluem diariamente através de tubulações de DN600 a DN2000.
As válvulas de saída devem abrir lentamente para evitar picos de pressão e fechar rapidamente quando as bombas param inesperadamente. O atuador proporciona um movimento controlado em duas velocidades: abertura lenta e fechamento de emergência rápido para permitir que isso aconteça.
Isso protege as conexões de tubulação, os equipamentos a jusante e a carcaça da bomba contra danos causados por golpe de aríete.
Conservação de água e usinas hidrelétricas
As estruturas de captação de energia hidrelétrica utilizam válvulas borboleta como válvulas de isolamento primárias em tubulações forçadas.
Essas tubulações operam sob quedas de 50 a mais de 200 metros. A válvula deve suportar a pressão estática máxima quando a turbina estiver desligada.
Durante o arranque da turbina, os engenheiros abrem primeiro uma pequena válvula de desvio para equalizar a pressão no disco. Em seguida, a válvula borboleta principal, controlada hidraulicamente, abre-se completamente.
O fechamento em dois estágios é padrão: deslocamento inicial rápido, seguido de uma vedação final lenta e controlada para evitar picos de pressão.
Oleodutos e gasodutos petroquímicos
Os oleodutos principais, os sistemas de transferência de GLP e as tubulações de processo de refinaria exigem válvulas que manuseiem hidrocarbonetos com segurança.
Os atuadores elétricos são geralmente excluídos das áreas classificadas como Zona 1 e Zona 2, a menos que estejam especialmente protegidos.
Os atuadores hidráulicos não apresentam risco de faíscas na válvula. Eles se integram a unidades hidráulicas à prova de explosão, localizadas em áreas seguras.
As válvulas de segmento automatizadas em dutos longos utilizam válvulas hidráulicas para isolamento rápido durante rupturas no duto ou manutenção programada.
Estações de tratamento de águas residuais municipais
Em grandes instalações, as comportas de entrada dos coletores principais de esgoto e os dutos para tratamento de lodo geralmente atingem diâmetros nominais de 800 a 1600 mm (DN800 a DN1600).
Essas condições de serviço expõem as válvulas a sólidos abrasivos, gases corrosivos e ciclos frequentes.
Válvulas com corpo em ferro fundido ou ferro fundido dúctil e revestimento de sede em EPDM ou NBR suportam bem esse ambiente.
O acionamento hidráulico fornece o torque necessário para o assentamento contra sólidos sem sobrecarregar o atuador.
Sistemas de geração de energia e refrigeração de água
As centrais termoelétricas e nucleares fazem circular quantidades significativas de água de refrigeração pelas válvulas de entrada e saída do condensador.
Embora a operação dessas válvulas possa não ser frequente, seu fechamento durante operações de desligamento de emergência é um requisito absoluto.
Isso pode ser conseguido com atuadores hidráulicos de retorno por mola.
Cenário do projeto: Modernização da estação de bombeamento para uma concessionária municipal de água.
Eis um exemplo de como a TG Valve aborda os requisitos complexos de um projeto, oferecendo uma solução completa. pacote completo de acionamento hidráulico.
Emitir:
Uma empresa regional de abastecimento de água precisava modernizar cinco estações elevatórias de alta pressão que alimentavam uma tubulação principal de transmissão DN1400. Cada estação exigia novas válvulas de isolamento de saída capazes de suportar uma pressão de trabalho de 2,5 MPa e um torque de ruptura de 1,8 MNm. A empresa também necessitava de um controle automatizado de abertura/fechamento integrado ao seu sistema SCADA.
Resolução:
A equipe de engenharia da TG Valve analisou os dados de vazão, a geometria da tubulação e a arquitetura de controle. A equipe recomendou válvulas borboleta de flange dupla DN1400 em ferro fundido nodular com discos de aço inoxidável e sedes de EPDM.
Cada válvula era emparelhada com um atuador hidráulico de cilindro de dupla ação, um painel HPU local e um transmissor de posição de 4-20 mA para feedback SCADA. Os painéis HPU incluíam um acumulador para permitir três ciclos completos de abertura e fechamento durante uma queda de energia.
A TG Valve cuidou do dimensionamento de válvulas, cálculos de torque do atuador, especificação da unidade hidráulica de potência (HPU) e suporte à instalação em campo.
Dimensões do flange: ANSI B16.5A
Resultado:
As cinco estações entraram em operação dentro do cronograma do projeto. Agora, os operadores abrem e fecham cada válvula a partir da estação de trabalho SCADA central em menos de 30 segundos.
Os incidentes de golpe de aríete que danificaram as válvulas anteriores não voltaram a ocorrer desde o comissionamento.
Conclusão
Válvulas borboleta hidráulicas São especificadas para estações de bombeamento, tomadas de água de usinas hidrelétricas e infraestrutura petroquímica onde alto torque de desengate e operação à prova de falhas são obrigatórios. Este tipo de válvula deve ser usado sempre que a falha no controle de fluxo for crítica.
O acionamento hidráulico proporciona maiores relações torque/tamanho, tempos de resposta mais rápidos e posicionamento preciso em comparação com as alternativas elétricas ou pneumáticas.
A TG Valve fabrica válvulas de grande diâmetro, válvula de alto torque Projetamos e desenvolvemos soluções completas de acionamento hidráulico. Utilizamos máquinas CNC de cinco eixos para manter a tolerância de ±0,01 mm e o acabamento Ra0,4. Isso garante uma vedação à prova de vazamentos e o desempenho adequado da válvula sob alta pressão e operação de alta frequência.
Todas as válvulas são projetadas e testadas de acordo com as normas AWWA C504 ou API 609 para controle de fluxo de grande diâmetro.
