Uma das falhas mais frequentes na fase de comissionamento de plantas de processo é o subdimensionamento do atuador da válvula.
Isso resultaria no travamento do atuador da válvula, incapacidade da válvula de responder às instruções. Finalmente, a causa de tudo isso reside nos cálculos de torque que não levaram em conta todas as forças.
Obtendo cálculo de torque do atuador da válvula correto desde o início economiza retrabalho, tempo de inatividade e danos ao equipamento.
O que é Torque e Por Que Ele Importa?
Torque é a força que causa a rotação do eixo da válvula de uma posição para outra. Pode ser medido em Newton-metros (Nm) e polegadas-libras (in-lb).
Cada válvula vem com uma especificação de torque fornecida pelo fabricante da válvula. O atuador deve fornecer pelo menos o torque necessário no pior cenário.
O problema é que as especificações de torque continuam mudando devido a muitos fatores. Isso inclui pressão operacional, temperatura, viscosidade do fluido de processo e idade da sede e da gaxeta da válvula.
Um atuador projetado apenas para a especificação de torque nominal durante o período de comissionamento pode não ser suficiente na operação posterior.
É por isso que o dimensionamento do atuador sempre inclui uma margem de segurança acima do requisito de torque publicado da válvula.
Três Tipos de Torque Que Todo Engenheiro Deveria Conhecer
Compreender a diferença entre os três tipos de torque é a base de qualquer fórmula de torque do atuador da válvula. Cada um representa um ponto diferente no ciclo operacional da válvula.
Torque de Partida
O torque de partida é a força necessária para iniciar o movimento de uma válvula de sua posição totalmente fechada ou totalmente assentada. É sempre o valor de torque mais alto no ciclo operacional.
A fricção estática entre o disco ou esfera e a sede. Combinado com qualquer pressão diferencial através da válvula, cria uma resistência que deve ser superada antes que a válvula comece a se mover.
Para a maioria dos tipos de válvulas, o torque de partida é de 1,3 a 1,5 vezes o torque de funcionamento. Em aplicações de alta pressão ou válvulas que ficaram estáticas por longos períodos, a proporção pode ser maior.
Torque de Funcionamento
O torque de funcionamento é a força necessária para continuar a girar o eixo da válvula durante seu curso, uma vez que ele começou a se mover. É menor que o torque de partida porque a fricção dinâmica é menor que a fricção estática.
O torque de funcionamento é o que a folha de dados do fabricante da válvula normalmente publica como o torque operacional nominal em uma determinada pressão diferencial.
Torque de Assentamento
O torque de assentamento é a força aplicada no final do curso para empurrar o disco ou esfera firmemente contra a sede. Isso cria um fechamento hermético.
É relevante principalmente para válvulas com sede macia: válvulas borboleta com sedes elastoméricas e válvulas de esfera com materiais de sede de PTFE ou similares. Válvulas com sede metálica dependem mais do empuxo do atuador do que do torque de assentamento rotacional para o fechamento.
Como Calcular o Torque para o Atuador da Válvula e Três Exemplos Trabalhados
A fórmula padrão de dimensionamento de torque do atuador da válvula é:
Torque Requerido do Atuador = Torque Operacional da Válvula x Fator de Segurança
Onde o torque operacional da válvula é o valor máximo entre o torque de partida, de funcionamento e de assentamento na pressão diferencial especificada.
O fator de segurança é tipicamente de 1,25 a 1,5 para atuadores elétricos, de acordo com as diretrizes de dimensionamento ISA-75.19.01.
Exemplo 1: Válvula de Esfera de Quarto de Volta, Serviço de Água
Uma válvula de esfera DN100 em serviço de água tem um torque operacional publicado de 120 Nm a 10 bar de pressão diferencial.
Aplicando um fator de segurança de 1,25:
Torque Requerido do Atuador = 120 x 1,25 = 150 Nm
Um O atuador elétrico de quarto de volta AOX-R com classificação de 160 Nm atende a este requisito com uma margem adequada.
A série “AOX-R” apresenta uma estrutura compacta com excelente resistência às intempéries e à vibração.
SABER MAISExemplo 2: Válvula Borboleta, Serviço Químico
Uma válvula borboleta DN200 em uma linha de dosagem química tem um torque de partida de 280 Nm e um torque de funcionamento de 210 Nm a 6 bar. O valor mais alto de torque de partida governa.
Aplicando um fator de segurança de 1,3 para serviço químico devido à potencial degradação da sede:
Torque Requerido do Atuador = 280 x 1,3 = 364 Nm
Um atuador com classificação de 400 Nm é a seleção apropriada.
Exemplo 3: Válvula Gaveta Multi-Volta, Vapor de Alta Pressão
Uma válvula gaveta em uma linha de vapor de alta pressão tem um cálculo de torque do eixo da válvula da folha de dados do fabricante mostrando 850 Nm a 40 bar. O serviço de vapor com ciclagem térmica aplica fricção adicional de gaxeta.
Um fator de segurança de 1,5 é apropriado:
Torque Requerido do Atuador = 850 x 1,5 = 1.275 Nm
Um O atuador elétrico multi-volta AOX-M com uma faixa de torque de até 6.000 Nm, esta aplicação cobre com margem para desgaste futuro e aumento de pressão.
A série “AOX-M” foi projetada para operar válvulas com rotação de 360° em múltiplas voltas, como válvulas de gaveta e válvulas globo.
SABER MAISComo Encontrar os Requisitos de Torque da Sua Válvula
Para obter as informações de torque mais precisas, você precisa consultar a folha de dados do fabricante correspondente ao tamanho e classificação de pressão específicos da sua válvula.
A maioria das especificações de torque publicadas é determinada com uma certa pressão diferencial, geralmente a pressão máxima de trabalho permitida da válvula.
Se a pressão operacional real for menor, o requisito de torque também será menor.
Quando uma folha de dados do fabricante não estiver disponível, o torque pode ser estimado usando o fator Cv da válvula e as condições operacionais. No entanto, este método é menos preciso e deve sempre incluir uma margem de segurança maior.
Para dimensionamento de torque do atuador elétrico, confirme o seguinte antes de selecionar um atuador:
- Pressão diferencial máxima que a válvula encontrará em serviço.
- Tipo de válvula (esfera, borboleta, gaveta, globo) e material da sede.
- Número de ciclos operacionais por dia.
- Se a aplicação requer retorno por mola de segurança.
A equipe de fabricação da AOX auxilia no acoplamento válvula-atuador como parte de seu pacote de suporte técnico. Isso inclui diagramas de fiação, integração de sistemas e orientação de programação.
Quanta Margem de Segurança Você Deve Deixar?
O fator de segurança preenche a lacuna entre a classificação nominal de torque de uma válvula e as condições do mundo real que ela encontrará.
Um fator muito baixo arrisca a parada do atuador. Um muito alto desperdiça orçamento em uma unidade superdimensionada.
| Tipo de Aplicação | Fator de Segurança Recomendado |
| Água limpa, baixa frequência de ciclos | 1.25 |
| Industrial geral, pressão moderada | 1,25 a 1,35 |
| Serviço químico ou abrasivo | 1,35 a 1,5 |
| Vapor de alta pressão, alta frequência de ciclos | 1.5 |
| Retorno por mola de segurança necessário | 1,5 ou superior |
Esses valores estão alinhados com os padrões de dimensionamento de atuadores ISA-75.19.01.
Em relação aos atuadores com retorno por mola, a força da mola também deve ser deduzida da capacidade de torque de saída do atuador.
A família de atuadores elétricos AOX varia de 30 Nm a 6.000 Nm de torque em suas famílias de giro de um quarto de volta, multi-volta e atuadores lineares.
Todos eles foram certificados com CE, ATEX, UDEM e EAC. IP67 é a classe de proteção padrão. O tempo de entrega padrão é de 15 dias, com 10-15 dias para pedidos urgentes.
Perguntas Frequentes
P1. O que aconteceria se o tamanho do atuador fosse pequeno?
Se o tamanho do atuador fosse pequeno, ele pararia antes de completar a abertura ou fechamento da válvula.
Isso poderia levar à geração de sinais de alarme, interrupções de processo ou abertura parcial da válvula em operações automatizadas.
O motor do atuador poderia até superaquecer devido às constantes tentativas de parada.
P2. O mesmo atuador pode ser usado para serviço de água e óleo?
O próprio atuador pode muitas vezes ser a mesma unidade, pois não entra em contato com o fluido do processo. O que muda é o requisito de torque da válvula.
O serviço de óleo normalmente envolve maior viscosidade e diferentes condições de pressão do que a água, o que afeta o torque operacional da válvula.
O dimensionamento do torque do atuador deve refletir as condições reais de serviço para cada aplicação separadamente.
P3. Como você sabe quando um atuador maior é necessário?
Indicadores de um atuador subdimensionado são movimento lento ou incompleto da válvula, sobrecargas térmicas excessivas e maior consumo de corrente.
Se esses sintomas aparecerem, recalcule o cálculo de torque do atuador da válvula usando as pressões operacionais reais. Além disso, verifique se a condição da sede ou da gaxeta da válvula mudou desde a comissionamento original.
