O que causa a cavitação da válvula de controle?

A cavitação da válvula de comando é uma preocupação comum no serviço de líquidos, especialmente quando uma válvula opera com uma queda de pressão elevada.Danos no corte e desempenho instável da válvula.

A cavitação ocorre quando a pressão de um líquido cai suficientemente baixa enquanto passa por uma válvula de controle, fazendo com que bolhas de vapor se formem.Estas bolhas podem entrar em colapso violentamente e danificar as superfícies próximas da válvula.

Compreender o que causa a cavitação é importante ao selecionar e dimensionar válvulas de controle para aplicações de processo exigentes.

1O que é a cavitação da válvula de controlo?

A cavitação ocorre quando a pressão local de um líquido cai para ou abaixo de sua pressão de vapor à medida que o líquido passa por uma restrição.

Dentro de uma válvula de controle, a maior velocidade de fluxo e a menor pressão local geralmente ocorrem em torno daVeia contractaSe a pressão neste ponto ficar baixa o suficiente, podem formar-se bolhas de vapor.

À medida que o líquido se move a jusante, sua velocidade diminui e a pressão começa a se recuperar.

Esta formação e colapso repetidos de bolhas de vapor é o que cria a cavitação.

A cavitação ocorre apenas no serviço líquido.

2O que causa cavitação numa válvula de controlo?

Várias condições de processo e de válvula podem contribuir para a cavitação.

Baixa pressão

Uma grande queda de pressão através da válvula aumenta a possibilidade de que a pressão local na veia contracta caia abaixo da pressão de vapor do líquido.

Este é um dos factores mais importantes na avaliação da cavitação.

Aplicações com:

• Alta pressão de entrada
• Baixa pressão a jusante
• Grande diferencial de pressão
• Velocidade de fluxo elevada

podem exigir uma atenção especial durante o dimensionamento e a selecção das válvulas.

Baixa pressão a jusante

A pressão a jusante da válvula afeta a recuperação da pressão.

Se as condições do processo causarem uma redução significativa da pressão através da válvula, a pressão local pode atingir a pressão de vapor do líquido.

Temperatura elevada do líquido

A pressão do vapor depende fortemente da temperatura do líquido.

À medida que a temperatura do líquido aumenta, sua pressão de vapor geralmente aumenta. Isso significa que um líquido pode se tornar mais suscetível à formação de vapor a temperaturas mais altas.

Velocidade de fluxo elevada

A alta velocidade através da válvula aumenta a redução de pressão associada à restrição.

A geometria da válvula, o desenho da guarnição e a área de fluxo influenciam o perfil de velocidade e pressão resultante.

3Por que a cavitação é prejudicial?

A cavitação descontrolada pode criar vários problemas.

Ruído

O rápido colapso das bolhas de vapor pode gerar um ruído significativo.

Vibração

A formação e o colapso repetidos de bolhas podem criar vibrações na válvula e na tubulação conectada.

As vibrações fortes podem afectar os componentes das válvulas, a montagem dos atuadores e a instrumentação.

Danos do corte

Os danos causados pela cavitação aparecem geralmente como:Superfícies em buracos e ásperasNo encosto da válvula ou noutros componentes expostos ao colapso da bolha.

Se a cavitação for grave, os danos podem estender-se para além da válvula e para a tubulação a jusante.

Performance de controlo reduzida

A cavitação severa pode interferir no controle estável do caudal e pode encurtar a vida útil da válvula.

4Como verificar o risco de cavitação

A cavitação deve ser avaliada durante o processo de dimensionamento da válvula de controlo.

Informações importantes sobre o processo incluem:

• Tipo de fluido
• Taxa de fluxo
• Pressão a montante
• Pressão a jusante
• Temperatura de funcionamento
• Pressão do vapor
• Densidade do fluido
• Tamanho da válvula
• Tipo de válvula
• Queda de pressão necessária

Os métodos de dimensionamento das válvulas de controlo utilizam a recuperação de pressão e os parâmetros do fluido relacionados para avaliar o potencial de cavitação e de fluxo sufocado.

A simples comparação da pressão de entrada e saída nem sempre é suficiente porque a pressão na veia contracta pode ser substancialmente menor do que a pressão a jusante.

5Como pode a cavitação da válvula de controlo ser reduzida?

A solução depende da gravidade e das condições de funcionamento.

Reduzir a queda de pressão por estágio

Em vez de permitir que toda a queda de pressão ocorra em uma restrição severa, o acabamento especializado da válvula pode distribuir a redução de pressão em vários estágios.

Isto reduz a queda de pressão local e ajuda a controlar a formação de vapor.

Utilize uma guarnição anti-cavitação

O revestimento anticavitação especializado pode controlar o perfil de pressão e velocidade dentro da válvula.

Por exemplo, o acabamento Fisher Cavitrol III usa várias restrições de fluxo para estadiar a queda de pressão e reduzir os efeitos prejudiciais da cavitação.

Para aplicações mais exigentes, válvulas especializadas como a Fisher CAV4 são projetadas para serviços de cavitação de queda de alta pressão.

Revisão do tamanho da válvula

Uma válvula de tamanho incorreto pode funcionar em condições que aumentem a velocidade e a queda de pressão.

A válvula deve ser dimensionada de acordo com as condições reais mínimas, normais e máximas do processo, em vez de simplesmente corresponder ao diâmetro da tubulação.

Considere a geometria da válvula

O corpo da válvula e a geometria da moldura afetam a recuperação de pressão.

Os projetos de válvulas de alta recuperação podem ser mais suscetíveis à cavitação sob certas condições porque a pressão na veia contracta pode cair significativamente.

6Cavitação versus fluxo sufocado

Cavitação e fluxo sufocado estão relacionados, mas não são exatamente a mesma coisa.

O fluxo de líquido sufocado ocorre quando o aumento da queda de pressão não produz mais um aumento correspondente na taxa de fluxo.

A cavitação pode ocorrer como parte desta condição de queda de alta pressão quando a pressão do líquido local cai para a pressão de vapor e as bolhas de vapor se formam.

Por conseguinte, uma válvula que opera perto de uma condição de fluxo sufocado requer uma avaliação cuidadosa do risco de cavitação.

7Aplicações comuns em que pode ocorrer cavitação

A cavitação é mais provável que se torne uma preocupação em aplicações que envolvam quedas de alta pressão, incluindo:

• Água de alimentação da caldeira
• Controle de descarga da bomba
• A redução de líquido de alta pressão
• Processamento de petróleo e gás
• Instalações petroquímicas
• Processamento químico
• Geração de energia
• Sistemas de água de alta pressão

As válvulas de controlo de serviço severo são comumente utilizadas em aplicações que envolvem queda de alta pressão, cavitação, erosão, vibração e outras condições exigentes.

8Que informações devem ser fornecidas para a selecção das válvulas?

Se houver suspeita de cavitação, fornecer as seguintes informações ao solicitar uma cotação da válvula de comando:

• Tipo de fluido / líquido
• Fluxo mínimo, normal e máximo
• Pressão de entrada
• Pressão de saída
• Temperatura de funcionamento
• Pressão do vapor
• Gravidade ou densidade específica
• Tamanho do tubo
• Tamanho da válvula
• Intervalo de controlo exigido
• Modelo de válvula existente, se aplicável

Esta informação permite ao fornecedor ou ao engenheiro de válvulas avaliar o perfil de pressão e determinar se é necessário um acabamento padrão ou uma solução anticavitação.

Conclusão

A cavitação da válvula de comando está principalmente associadaserviço de líquidos, queda de pressão elevada e baixa pressão local.

O processo básico é:

Alta velocidade de fluxo → Baixa pressão na veia contracta → Forma de bolhas de vapor → Recuperação da pressão → Colapso das bolhas → Ruído, vibração e danos

A prevenção da cavitação severa começa com o tamanho correto da válvula e a avaliação do processo.geometria da válvula adequada e materiais adequados.

Fornecemos válvulas de controlo e posicionadores industriais para aplicações de processos exigentes, incluindo soluções deFisher, Samson, Masoneilan, Flowserve, Koso e outros fabricantes.

Se estiver a lidar com ruído, vibração ou danos repetidos no acabamento da válvula, forneça o modelo da válvula e as condições do processo para uma revisão da configuração.