As válvulas são, de modo geral, caracterizadas de acordo com sua constante de fluxo, chamada de KV (sistema de unidades internacional) e CV (sistema de unidades americano). Neste post, vamos esclarecer como utilizar os valores de KV das válvulas Runlucky nos projetos de filtros e sistemas com resina de troca iônica, melhorando a precisão de cálculos de perda de carga e vazão.
Antes disso, é importante relembrar a função da constante de fluxo, que é utilizada para o dimensionamento das válvulas. Seu valor é utilizado para selecionar um dispositivo que permita o fluxo desejado, para que ocorra uma queda de pressão fixa.
A teoria sobre válvulas é extensa, e adaptações nas equações principais são empregadas para casos específicos com fluidos específicos. Para o leitor interessado em se aprofundar, sugere-se uma leitura do livro-texto da Emerson e das normas europeias que tratam sobre controle e automação.
Teoria básica sobre válvulas
A Figura 1 mostra o diagrama representativo de uma válvula qualquer instalada em uma tubulação, no qual mede-se a pressão de entrada e saída:
Considerando um fluido incompressível em situação isenta de cavitação, a vazão Q pode ser calculada pela Equação 1.
Q é a vazão (m3/h), ΔP é a perda de carga na válvula (bar), ρ é a densidade (o subscrito f se refere ao fluido escoando), KV é a constante de fluxo característica da válvula e f(l) a função de abertura.
A função de abertura correlaciona como o fluxo varia em diferentes aberturas da válvula. Por exemplo, para uma válvula globo, ao conhecermos sua função de abertura podemos calcular a vazão com a válvula com 10%, 20%, 30% (entre outros valores) de abertura.
A função de abertura está associada à construção da válvula, principalmente com o plug de fechamento. Diferentes geometrias fornecem diferentes funções de abertura.
A perda de carga na válvula é calculada pela diferença entre P1 e P2.
Aplicação às válvulas Runlucky
Para ilustrar o uso dos dados de KV disponíveis nos manuais das válvulas, considere a situação de um abrandador dimensionado para uma vazão de 3,0 m3/h. Pode-se optar pelo uso das válvulas F63C3 (vazão nominal 4,0 m3/h) ou pelo modelo F130A3 (vazão nominal 6,0 m3/h).
As Figuras 2 e 3 mostram a curva de fluxo característica e o respectivo KV para os dois modelos de válvulas citados:
Podemos calcular a perda de carga necessária em cada modelo de válvula resolvendo a Equação 1 para ΔP, assim:
Como o fluido a ser abrandado é água, o termo de densidades assume valor igual a 1. Estamos interessados em saber a vazão na válvula quando sua abertura estiver completa, assim, a função de abertura também assume valor igual a 1. Assim, calculando a perda de carga para uma vazão de 3,0 m3/h, temos:
- F63C3: ΔP = 0,92 bar
- F130A3: ΔP = 0,39 bar
Desta forma, observamos que, se a maior perda de carga não for um problema, podemos optar pela menor válvula.
Imagine que, em vez de um abrandador, o sistema que seria montado fosse um desmineralizador de leito separado, com filtro de carvão como pré-tratamento e leito de resina mista como pós-tratamento, ambos para a mesma vazão de 3,0 m3/h.
Neste segundo caso teríamos quatro válvulas em série e, dependendo do restante do sistema hidráulico, a perda de carga poderia ser um fator decisivo. Adotar o uso de válvulas F130A3 nas colunas de resina catiônica e aniônica seria um meio de reduzir a perda de carga e diminuir a potência necessária na bomba de alimentação.
Aplicação para filtros: Vazão de retrolavagem
No projeto de filtros, as informações de KV são muito úteis para o dimensionamento das condições de retrolavagem. A Figura 4 mostra um desenho representativo da instalação de um filtro, identificando as principais informações do processo.
Com o KV da etapa de retrolavagem pode-se calcular a perda de carga necessária para obter a vazão de projeto para esta etapa. Como recomenda-se que o dreno seja direcionado a uma calha coletora, a qual efetivamente direciona o efluente gerado para o ponto de disposição final, a pressão no ponto 3 é igual a zero (tubulação descarregando sob pressão atmosférica). Assim, a própria pressão de entrada na válvula ditará a vazão na etapa de retrolavagem.
Por exemplo, considere um filtro que necessita de 12,0 m3/h de vazão de retrolavagem, e que este filtro tenha sido montado utilizando uma válvula F134A1 (vazão nominal de 8 m3/h). O valor de KV para etapa de retrolavagem nesta válvula é de 8,60, assim a perda de carga calculada é de:
- F134A1: ΔP = 1,95 bar @ 12,0 m3/h.
Adicionando os valores de perda de carga na linha hidráulica, facilmente dimensiona-se a bomba necessária para etapa de retrolavagem.
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