Líquidos, gases e vapores podem se movimentar de maneiras bastante diferentes dentro de tubulações, válvulas, trocadores de calor e outros equipamentos industriais. Compreender os tipos de escoamento é fundamental para prever esse comportamento e tomar decisões mais adequadas sobre dimensionamento, controle, eficiência e confiabilidade de uma instalação.
Velocidade, viscosidade, densidade, pressão, temperatura e geometria da tubulação são alguns dos fatores capazes de alterar o escoamento de fluidos. Conforme as condições estudadas, o movimento pode ser classificado como laminar, de transição ou turbulento; permanente ou não permanente; uniforme ou variado; compressível ou incompressível.
Essas classificações não possuem apenas valor acadêmico. O tipo de escoamento influencia diretamente:
- perda de carga;
- queda de pressão;
- capacidade de vazão;
- característica de controle;
- ruído;
- vibração;
- cavitação;
- flashing;
- erosão;
- vida útil de válvulas, tubulações e equipamentos.
Por isso, compreender o comportamento do fluido é uma etapa importante para selecionar corretamente equipamentos de controle de vazão, definir a geometria de tubulações e avaliar como a energia do escoamento será dissipada ao longo do processo.
O que é escoamento de fluidos?
Escoamento é o movimento de um fluido, como um líquido, gás ou vapor, entre diferentes regiões de um sistema.
Em aplicações industriais, esse deslocamento pode acontecer no interior de:
- tubulações;
- válvulas;
- bombas;
- compressores;
- trocadores de calor;
- reatores;
- vasos;
- filtros;
- sistemas de distribuição.
O comportamento do fluido depende tanto de suas propriedades físicas quanto das condições do sistema. Alterações de pressão, temperatura, viscosidade, densidade, geometria ou velocidade do fluido podem modificar significativamente a maneira como ele se desloca.
O estudo dos tipos de escoamento de fluidos fornece informações para:
- calcular perdas de carga;
- dimensionar tubulações;
- selecionar válvulas;
- avaliar ruído e vibração;
- identificar riscos de cavitação e erosão;
- prever o comportamento de gases compressíveis;
- melhorar a estabilidade das malhas de controle.
Por que o comportamento do escoamento é importante?
O comportamento do escoamento influencia a quantidade de energia necessária para transportar o fluido e a forma como essa energia é dissipada nos equipamentos.
Quando o fluido atravessa uma tubulação, parte da energia disponível é consumida pelo atrito com as paredes e pelas resistências localizadas. Curvas, conexões, reduções, ampliações e válvulas acrescentam resistência ao sistema e provocam perdas adicionais.
Em uma válvula de controle, esse efeito é intencional. A válvula modifica a área disponível para passagem e cria uma queda de pressão controlada, permitindo regular vazão, pressão, temperatura ou nível.
Entretanto, quando a geometria ou o dimensionamento não são adequados, essa dissipação pode concentrar energia em regiões muito pequenas e provocar:
- velocidades locais excessivas;
- ruído elevado;
- vibração;
- cavitação;
- flashing;
- erosão;
- desgaste prematuro dos internos;
- instabilidade da malha de controle.
O dimensionamento de uma válvula deve, portanto, considerar não apenas sua capacidade nominal de vazão, mas também o comportamento hidráulico ou aerodinâmico do escoamento.
O escoamento não transporta apenas fluido: transporta energia
Um fluido em movimento transporta massa, quantidade de movimento e energia.
Ao atravessar uma restrição, como o interno de uma válvula, parte da energia de pressão pode ser convertida em velocidade. Posteriormente, parte dessa energia é dissipada por turbulência, atrito, aquecimento, ruído e vibração.
Em válvulas de controle, a dissipação de energia ocorre principalmente nas regiões de estrangulamento e mistura do escoamento. A turbulência introduzida pelos internos transforma parte da energia mecânica disponível em perda de pressão, ruído e calor.
A quantidade de energia cinética por unidade de volume está relacionada à densidade e ao quadrado da velocidade. Isso ajuda a explicar por que um aumento aparentemente moderado na velocidade pode elevar significativamente os efeitos erosivos, o ruído e as forças dinâmicas sobre os componentes.
Por esse motivo, duas válvulas com o mesmo coeficiente de vazão podem apresentar comportamentos diferentes em campo. A geometria interna, o fator de recuperação de pressão, a trajetória do fluido e a distribuição da queda de pressão influenciam diretamente o resultado.
Quais são os principais tipos de escoamento?
O escoamento pode ser classificado segundo diferentes critérios. O mesmo fluxo pode pertencer simultaneamente a várias categorias.
As classificações mais utilizadas incluem:
- Laminar, de transição ou turbulento, conforme a organização do movimento;
- Permanente ou não permanente, segundo a variação das propriedades ao longo do tempo;
- Uniforme ou variado, considerando mudanças ao longo da direção do fluxo;
- Compressível ou incompressível, conforme a importância da variação de densidade;
- Interno ou externo, de acordo com o contato do fluido com superfícies sólidas;
- Monofásico ou multifásico, conforme o número de fases presentes;
- Axial, quando a direção predominante acompanha o eixo principal do equipamento ou da tubulação.
Essas classificações não são excludentes. Um escoamento pode ser interno, permanente, incompressível e turbulento ao mesmo tempo.
Da mesma forma, escoamento axial descreve principalmente a direção seguida pelo fluido. Ele não substitui a classificação entre regime laminar, de transição ou turbulento.
Qual é a diferença entre escoamento laminar, turbulento e de transição?
Escoamento laminar
No escoamento laminar, o fluido se movimenta de maneira relativamente organizada, com camadas que deslizam umas sobre as outras e pouca mistura transversal.
Os efeitos viscosos possuem grande influência nesse regime.
O escoamento laminar pode ocorrer em condições como:
- baixa velocidade;
- elevada viscosidade;
- pequenos diâmetros;
- pequenas áreas de passagem;
- baixa queda de pressão.
Em válvulas, condições não turbulentas podem exigir fatores de correção específicos, porque as equações convencionais de dimensionamento geralmente pressupõem escoamento turbulento. Desconsiderar a correção do número de Reynolds em serviços viscosos ou de baixa vazão pode resultar em coeficiente calculado insuficiente e válvula subdimensionada.
Escoamento turbulento
No escoamento turbulento, existem flutuações de velocidade, mistura intensa e movimentos transversais à direção principal.
Esse regime é predominante em muitas instalações industriais devido à combinação de:
- velocidades elevadas;
- grandes diâmetros;
- baixa viscosidade;
- mudanças de direção;
- restrições;
- elevados coeficientes de vazão.
O escoamento turbulento aumenta a mistura e influencia o comportamento das perdas por atrito. Em válvulas, também está diretamente relacionado à dissipação de energia, ao ruído e às forças dinâmicas sobre os componentes.
Escoamento de transição
O regime de transição está entre os comportamentos laminar e turbulento.
Nessa faixa, o escoamento pode se mostrar sensível a perturbações, rugosidade, vibração, geometria da entrada e condições operacionais. Pequenas mudanças podem provocar alternância entre comportamentos predominantemente laminares e turbulentos.
O que é escoamento permanente e não permanente?
Um escoamento é considerado permanente, também chamado de estacionário, quando as propriedades observadas em determinado ponto não variam de forma relevante ao longo do período analisado.
Isso não significa que o fluido esteja parado. O fluido continua em movimento, mas pressão, velocidade, temperatura e vazão permanecem aproximadamente constantes naquele ponto.
No escoamento não permanente, também chamado de transiente, essas propriedades variam com o tempo.
Exemplos de condições transientes incluem:
- partida e parada de bombas;
- abertura ou fechamento de válvulas;
- mudanças de carga;
- variações rápidas de demanda;
- disparo de sistemas de segurança;
- entrada de diferentes fases no escoamento;
- golpes de aríete;
- alterações de pressão em redes de gás.
Uma válvula dimensionada apenas para a condição nominal pode apresentar desempenho inadequado durante partidas, paradas ou condições de carga reduzida. Por isso, o estudo deve considerar os pontos mínimo, normal e máximo de operação, além dos transientes relevantes.
Qual é a diferença entre escoamento uniforme e variado?
No escoamento uniforme, as propriedades permanecem constantes ao longo da direção analisada em determinado instante.
No escoamento variado, velocidade, pressão, densidade ou outras propriedades mudam conforme o fluido percorre o sistema.
Essas alterações podem ocorrer devido a:
- redução da área de passagem;
- expansão da tubulação;
- curvas;
- derivações;
- inserção de válvulas;
- mudança de elevação;
- transferência de calor;
- compressibilidade do fluido.
No interior de uma válvula de controle, o escoamento é fortemente variado. A área disponível se reduz na região de estrangulamento, a velocidade local aumenta e a pressão estática diminui. Após essa região, parte da pressão pode ser recuperada, dependendo da geometria da válvula.
Essa recuperação exerce influência direta sobre cavitação, ruído e escoamento crítico.
O que são escoamentos compressíveis e incompressíveis?
A classificação está relacionada à importância da variação de densidade durante o escoamento.
Escoamento incompressível
No escoamento incompressível, as mudanças de densidade são suficientemente pequenas para serem desprezadas na análise.
Essa aproximação é frequentemente utilizada para líquidos, desde que:
- não haja mudança de fase relevante;
- as variações de pressão não provoquem efeitos significativos sobre a densidade;
- a temperatura não altere substancialmente as propriedades do fluido.
Escoamento compressível
No escoamento compressível, a variação de densidade precisa ser considerada.
Esse comportamento é especialmente importante em:
- gases;
- vapor;
- aplicações em alta pressão;
- elevadas razões de expansão;
- grandes quedas de pressão;
- altas velocidades.
Em gases e vapores, a redução de pressão provoca expansão e alteração de densidade. A relação entre pressão, temperatura, vazão mássica e velocidade precisa ser considerada no dimensionamento.
O que é escoamento crítico?
O escoamento crítico, também conhecido como choked flow, é uma condição na qual o aumento adicional da queda de pressão não produz um aumento proporcional da vazão.
Em gases e vapores, essa condição está associada à velocidade sônica atingida na região de menor área de passagem. Depois que o escoamento crítico é estabelecido, reduzir ainda mais a pressão a jusante não aumenta a vazão da mesma forma que ocorreria em uma condição não crítica.
Em líquidos, o estrangulamento pode ocorrer quando a pressão local cai o suficiente para iniciar a vaporização e limitar a capacidade adicional de vazão.
O escoamento crítico deve ser verificado porque influencia:
- cálculo do coeficiente de vazão;
- seleção do tamanho da válvula;
- níveis de ruído;
- velocidade de saída;
- dimensionamento da tubulação a jusante;
- seleção de internos especiais.
O que diferencia escoamento interno e externo?
O escoamento interno ocorre quando o fluido está confinado por superfícies sólidas, como no interior de tubos, válvulas, dutos e equipamentos.
É o cenário predominante em sistemas industriais de transporte e controle de fluidos.
O comportamento é influenciado por:
- diâmetro;
- comprimento;
- rugosidade;
- conexões;
- acessórios;
- válvulas;
- viscosidade;
- velocidade.
O escoamento externo ocorre quando o fluido passa ao redor de um corpo, como o ar ao redor de uma estrutura ou o líquido circulando externamente sobre uma superfície.
No escoamento externo, fenômenos como camada-limite, separação do fluxo, arrasto e sustentação possuem grande importância.
O que é escoamento monofásico e multifásico?
No escoamento monofásico, apenas uma fase predominante está presente, como líquido, gás ou vapor.
No escoamento multifásico, duas ou mais fases escoam simultaneamente. Exemplos incluem:
- líquido e gás;
- líquido e partículas sólidas;
- gás e partículas;
- óleo, gás e água;
- vapor e condensado.
O comportamento multifásico pode incluir diferentes padrões, como:
- bolhas dispersas;
- fluxo estratificado;
- fluxo em golfadas;
- fluxo anular;
- névoa;
- suspensão de sólidos.
Essas condições são particularmente importantes na indústria de óleo e gás, mineração, produção química e transporte de polpas.
A presença de múltiplas fases pode alterar:
- densidade aparente;
- velocidade;
- perda de carga;
- estabilidade;
- erosão;
- resposta da válvula;
- forças dinâmicas sobre tubulações e equipamentos.
Por isso, o dimensionamento precisa considerar informações suficientes sobre a composição e o comportamento esperado da mistura.
Como identificar o regime de escoamento?
Uma das formas mais utilizadas para identificar o regime em escoamentos internos é calcular o número de Reynolds.
O número de Reynolds relaciona os efeitos das forças de inércia e da viscosidade.
Para fazer essa avaliação, são necessários parâmetros como:
- velocidade média;
- dimensão característica;
- densidade;
- viscosidade dinâmica ou cinemática.
A análise também deve considerar a geometria, a rugosidade, o desenvolvimento do perfil de velocidade e as perturbações presentes na instalação.
O que é o número de Reynolds?
O número de Reynolds, representado por Re, é um parâmetro adimensional usado para caracterizar o regime de escoamento.
Para uma tubulação circular:
Re = ρ × v × D ÷ μ
Onde:
- ρ = densidade do fluido;
- v = velocidade média;
- D = diâmetro interno;
- μ = viscosidade dinâmica.
Também é possível utilizar a viscosidade cinemática:
Re = v × D ÷ ν
Onde:
- ν = viscosidade cinemática.
Quanto maior a participação dos efeitos viscosos, maior tende a ser a organização do escoamento. Quando as forças de inércia predominam, aumenta a tendência à turbulência.
Como o número de Reynolds determina se o fluxo é laminar ou turbulento?
Para escoamento interno completamente desenvolvido em tubulações circulares, são utilizadas faixas aproximadas:
- Re abaixo de aproximadamente 2.300: tendência a escoamento laminar;
- Re entre aproximadamente 2.300 e 4.000: região de transição;
- Re acima de aproximadamente 4.000: tendência a escoamento turbulento.
Esses valores não são limites universais. A transição pode ser influenciada por:
- rugosidade;
- geometria;
- perturbações;
- perfil de entrada;
- vibração;
- formato da passagem.
Na análise de válvulas, também pode ser utilizado um número de Reynolds específico da válvula. Em serviços com alta viscosidade, baixa pressão diferencial, pequena área de passagem ou coeficiente muito reduzido, o dimensionamento deve aplicar uma correção para regime não turbulento.
Como o número de Reynolds afeta o dimensionamento de válvulas?
As equações mais comuns para determinação do coeficiente de vazão são desenvolvidas predominantemente para condições turbulentas.
Quando o escoamento é laminar ou está na região de transição, a relação entre vazão e queda de pressão muda. Nessas condições, a capacidade efetiva pode ser diferente daquela prevista por uma equação simplificada.
Esse efeito é relevante em aplicações como:
- óleos viscosos;
- polímeros;
- produtos químicos densos;
- vazões muito baixas;
- válvulas pequenas;
- pequenas quedas de pressão.
Nessas situações, o fator de correção do número de Reynolds pode reduzir a capacidade calculada da válvula. Ignorar esse efeito pode levar ao subdimensionamento do equipamento.
Quais fatores influenciam o comportamento do escoamento?
Entre os fatores mais relevantes estão:
Velocidade
A velocidade modifica os efeitos inerciais, a energia cinética, a turbulência e o potencial de erosão.
Viscosidade
Representa a resistência interna do fluido ao movimento. Fluidos mais viscosos apresentam maior tendência a regimes laminares em condições equivalentes.
Densidade
Influencia a quantidade de movimento e a energia cinética. Em gases, varia significativamente com pressão e temperatura.
Diâmetro ou área de passagem
Para uma mesma vazão de líquido incompressível, reduzir a área de passagem aumenta a velocidade média.
Rugosidade
A rugosidade influencia o atrito, especialmente em escoamentos turbulentos completamente desenvolvidos.
Geometria
Curvas, reduções, expansões, derivações e mudanças de direção modificam a distribuição de velocidade e pressão.
Pressão e temperatura
Alteram densidade, viscosidade, pressão de vapor e outras propriedades fundamentais.
Características da válvula
Geometria dos internos, posição de abertura, característica de vazão, fator de recuperação de pressão e número de estágios influenciam o comportamento local do fluido.
Por que a velocidade do escoamento é tão importante?
Em muitas aplicações, o principal problema não é a vazão em si, mas a velocidade local atingida pelo fluido.
A vazão representa a quantidade de fluido transportada em determinado intervalo. A velocidade depende também da área disponível para passagem e das propriedades do meio.
Velocidades elevadas podem contribuir para:
- erosão dos internos;
- desgaste de tubulações;
- ruído;
- vibração;
- forças dinâmicas;
- instabilidade;
- danos em componentes a jusante.
A energia cinética aumenta com o quadrado da velocidade. Portanto, dobrar a velocidade representa um aumento significativo da energia associada ao movimento.
Na seleção de uma válvula, verificar apenas o coeficiente de vazão não é suficiente. Também devem ser avaliadas:
- velocidade na entrada;
- velocidade na região de estrangulamento;
- velocidade na saída;
- condição da tubulação a jusante;
- possibilidade de mudança de fase;
- distribuição da queda de pressão.
O coeficiente de vazão sozinho é suficiente?
Não.
O coeficiente de vazão, expresso como Cv ou Kvs, representa a capacidade de passagem da válvula sob condições de referência.
Ele é essencial para o dimensionamento, mas não descreve sozinho:
- velocidade interna;
- recuperação de pressão;
- tendência à cavitação;
- escoamento crítico;
- nível de ruído;
- característica instalada;
- estabilidade da malha;
- erosão;
- vida útil.
Duas válvulas com o mesmo Cv podem apresentar diferentes comportamentos devido à geometria dos internos, ao fator de recuperação e à trajetória do escoamento.
Além disso, a característica de vazão observada em campo depende do sistema. Em instalações reais, a pressão diferencial disponível sobre a válvula geralmente varia com a vazão, alterando a característica instalada em relação à curva inerente medida em laboratório.
Quando o comportamento do escoamento se torna um problema?
Cavitação
A cavitação pode ocorrer em líquidos quando a pressão local cai abaixo da pressão de vapor, formando bolhas.
Se a pressão se recuperar acima da pressão de vapor, as bolhas colapsam. Esse colapso pode gerar:
- ruído;
- vibração;
- erosão;
- danos aos internos;
- perda de desempenho.
A intensidade depende do perfil de pressão, da válvula, do fluido e das condições operacionais.
Flashing
O flashing ocorre quando o líquido vaporiza ao passar pela restrição e permanece parcial ou totalmente na fase vapor a jusante porque a pressão não se recupera acima da pressão de vapor.
Ao contrário da cavitação, não ocorre a recompressão suficiente para o colapso das bolhas dentro da válvula.
O escoamento bifásico resultante pode produzir:
- velocidade elevada;
- erosão;
- ruído;
- desgaste da válvula e da tubulação;
- necessidade de aumento do diâmetro a jusante.
Ruído aerodinâmico
Em gases e vapores, grandes quedas de pressão e altas velocidades podem gerar ruído aerodinâmico.
O ruído também pode indicar elevada energia sendo dissipada em regiões concentradas.
Dependendo da aplicação, podem ser utilizados:
- internos perfurados;
- gaiolas especiais;
- divisores de fluxo;
- redução da pressão em múltiplos estágios;
- placas de orifício a jusante.
Vibração induzida pelo escoamento
Turbulência, jatos de alta velocidade, mudanças de direção e pulsações podem gerar forças dinâmicas sobre válvulas e tubulações.
Caso a frequência da excitação coincida com frequências naturais do sistema, a vibração pode ser amplificada e acelerar danos mecânicos.
Erosão e abrasão
A erosão envolve remoção de material pela ação do fluido e das partículas transportadas.
A abrasão está associada ao contato e movimento de partículas sólidas sobre superfícies.
Altas velocidades podem intensificar os dois mecanismos e reduzir significativamente a vida útil dos internos.
Como os diferentes tipos de escoamento afetam tubulações?
No interior das tubulações, o fluido perde energia por atrito e resistências localizadas.
Entre os fatores que influenciam a perda de carga estão:
- comprimento;
- diâmetro;
- rugosidade;
- velocidade;
- densidade;
- viscosidade;
- regime de escoamento;
- curvas;
- conexões;
- reduções;
- ampliações;
- válvulas.
Em regime laminar, a viscosidade exerce influência predominante. Em regime turbulento, rugosidade e velocidade ganham maior importância.
Mudanças bruscas de área e direção podem provocar separação do escoamento, regiões de recirculação e distribuição não uniforme de velocidade.
Esses efeitos devem ser considerados antes e depois de instrumentos, bombas, compressores e válvulas.
Como o escoamento influencia válvulas de controle?
Uma válvula de controle modifica continuamente a área disponível para passagem do fluido.
A ação altera simultaneamente:
- vazão;
- velocidade;
- pressão;
- turbulência;
- energia dissipada.
O desempenho depende de fatores como:
- tipo de fluido;
- vazão mínima, normal e máxima;
- pressões de entrada e saída;
- temperatura;
- pressão de vapor;
- densidade;
- viscosidade;
- tubulação associada;
- característica de vazão;
- fator de recuperação de pressão;
- posição normal de operação.
Uma válvula superdimensionada pode permanecer a maior parte do tempo com pequena abertura. Nessa condição, pequenas movimentações podem provocar alterações desproporcionais de vazão, dificultando o controle.
Uma válvula subdimensionada pode trabalhar próxima da abertura total, limitar a capacidade do processo e não apresentar autoridade suficiente sobre a malha.
Qual é a diferença entre a característica inerente e a característica instalada?
A característica inerente relaciona o coeficiente de vazão à posição da válvula sob condições de ensaio, normalmente com queda de pressão aproximadamente constante.
Exemplos incluem:
- linear;
- igual porcentagem;
- abertura rápida.
Na instalação real, a queda de pressão sobre a válvula geralmente varia conforme a vazão e as perdas do restante do sistema.
Por isso, a característica instalada pode ser diferente da característica inerente. A resposta real depende da interação entre:
- válvula;
- tubulação;
- bomba ou fonte de pressão;
- equipamentos;
- condições de demanda.
Uma válvula com característica inerente linear pode não produzir uma relação linear entre posição e vazão quando instalada em determinado processo.
O que é escoamento axial?
No escoamento axial, a trajetória predominante do fluido acompanha o eixo principal da tubulação ou do equipamento.
Nas válvulas axiais, o elemento de fechamento é posicionado axialmente no caminho do fluxo. A geometria busca reduzir mudanças abruptas de direção e oferecer elevada capacidade em uma construção compacta.
O escoamento axial não significa ausência de turbulência ou perda de pressão. Uma válvula axial de controle precisa dissipar energia para executar sua função. O diferencial está na forma como o fluxo é conduzido e como os internos distribuem essa dissipação.
Quais são as características da válvula axial SAMSON Tipo 3599?
A válvula axial SAMSON Tipo 3599 combina características de válvulas com internos do tipo gaiola e de válvulas rotativas.
Entre suas características estão:
- obturador posicionado axialmente na trajetória do fluxo;
- elevada capacidade de vazão;
- ampla faixa de controle;
- construção compacta;
- obturador balanceado;
- guiamento de haste;
- diferentes geometrias de gaiola;
- internos para redução de ruído e controle da cavitação;
- opções para bloqueio e controle;
- características linear e igual porcentagem.
A linha Tipo 3599 atende líquidos e gases, em diâmetros de NPS 4 a NPS 48 e classes de pressão de 150 a 2500, conforme a configuração.
O mecanismo converte o movimento rotativo do atuador em deslocamento linear do obturador. Essa configuração, associada ao obturador balanceado, reduz a força requerida e permite o uso de atuadores mais compactos.
Para aplicações críticas, podem ser utilizadas gaiolas de estágio único ou múltiplos estágios. A documentação da Tipo 3599 apresenta configurações destinadas a controle de cavitação e redução de ruído, além de fatores de recuperação de pressão adequados a condições severas.
Em quais aplicações a válvula axial pode ser utilizada?
As válvulas axiais podem ser consideradas em aplicações como:
- transporte e controle de gases;
- óleo e gás;
- mineração;
- água e efluentes;
- linhas de alta capacidade;
- controle de pressão;
- aplicações de bloqueio rápido;
- sistemas de proteção de compressores;
- controle anti-surge;
- serviços com elevadas classes de pressão.
A aplicação em sistemas de compressores centrífugos é particularmente relevante. O surge envolve uma condição instável que pode causar reversão do fluxo e forças potencialmente destrutivas sobre o compressor. A válvula anti-surge precisa oferecer elevada capacidade e resposta compatível com a estratégia de proteção. A SAMSON apresenta a Tipo 3599 entre as soluções aplicáveis a esses sistemas.
A seleção deve sempre considerar o cenário real. Uma trajetória axial não torna automaticamente a válvula ideal para todas as aplicações de alta pressão ou alta vazão.
Como selecionar uma válvula considerando o escoamento?
A seleção precisa começar pelos dados do processo.
Entre as informações necessárias estão:
- fluido ou composição da mistura;
- fase;
- vazão mínima, normal e máxima;
- pressão de entrada;
- pressão de saída;
- temperatura mínima, normal e máxima;
- densidade;
- viscosidade;
- pressão de vapor;
- razão de calores específicos, quando aplicável;
- fator de compressibilidade;
- presença de partículas;
- possibilidade de escoamento multifásico;
- condições de partida e parada;
- frequência de operação;
- posição de segurança;
- nível de ruído permitido;
- requisitos de estanqueidade.
A análise deve verificar:
- coeficiente de vazão requerido;
- posição esperada nos diferentes pontos operacionais;
- velocidade de entrada e saída;
- escoamento crítico;
- cavitação ou flashing;
- ruído;
- influência da tubulação;
- forças e torque de atuação;
- materiais;
- vida útil e requisitos de manutenção.
Engenharia do fluxo e controle de processos com a SAMSON
O comportamento do fluido começa muito antes da escolha de uma válvula.
Vazão, pressão, temperatura, propriedades físicas, geometria da instalação e variações de carga formam um conjunto de informações que precisa ser analisado de forma integrada.
O portfólio da SAMSON reúne tecnologias para controle de líquidos, gases e vapores, incluindo:
- válvulas globo;
- válvulas de esfera;
- válvulas borboleta;
- válvulas axiais;
- válvulas para serviços severos;
- reguladores auto-operados;
- atuadores;
- posicionadores inteligentes;
- diagnósticos e gestão de ativos.
Para aplicações nas quais capacidade, trajetória do fluido e gerenciamento da energia são fatores relevantes, a válvula axial SAMSON Tipo 3599 amplia as possibilidades de engenharia.
O objetivo não é selecionar apenas uma válvula capaz de suportar determinada pressão ou fornecer um Cv suficiente.
É necessário escolher uma solução capaz de:
- controlar o processo na faixa necessária;
- administrar a energia do escoamento;
- operar com estabilidade;
- reduzir riscos de desgaste;
- atender aos limites de ruído;
- manter desempenho ao longo do ciclo de vida.
Para avaliar as características do processo e selecionar a solução mais adequada aos diferentes tipos de escoamento, entre em contato com a equipe da SAMSON.
FAQ sobre tipos de escoamento
O que é o perfil de velocidade de um fluido?
O perfil de velocidade representa a variação da velocidade ao longo da seção transversal.
Devido à condição de não deslizamento, a velocidade junto à parede é considerada nula em uma superfície estacionária. A velocidade aumenta em direção às regiões internas do escoamento.
Em regime laminar completamente desenvolvido em uma tubulação circular, o perfil tende a ser parabólico. Em regime turbulento, o perfil costuma ser mais uniforme na região central, com gradientes acentuados próximos à parede.
Uma mesma tubulação pode apresentar diferentes regimes?
Sim.
Mudanças de vazão, temperatura, viscosidade, diâmetro ou composição podem alterar o número de Reynolds.
Além disso, o escoamento pode estar desenvolvido em uma região e perturbado em outra devido a curvas, válvulas, bombas ou mudanças geométricas.
Qual é a diferença entre cavitação e flashing?
Na cavitação, as bolhas se formam quando a pressão cai abaixo da pressão de vapor e colapsam quando a pressão se recupera.
No flashing, a pressão a jusante permanece baixa demais para provocar a condensação completa. O escoamento permanece bifásico após a válvula.
Por que o diâmetro influencia a velocidade?
Para determinada vazão volumétrica de um líquido incompressível, a velocidade média é inversamente proporcional à área da seção transversal.
Reduzir o diâmetro aumenta a velocidade. Aumentar o diâmetro reduz a velocidade, desde que a vazão permaneça a mesma.
Qual é a relação entre Cv e vazão?
O Cv representa a capacidade de passagem da válvula em condições padronizadas.
A vazão real também depende de:
- queda de pressão;
- densidade;
- compressibilidade;
- pressão de vapor;
- geometria da tubulação;
- condição do escoamento;
- posição da válvula.
Por isso, o Cv não deve ser analisado isoladamente.
Qual é a diferença entre escoamento axial e escoamento em uma válvula globo?
Na válvula axial, a trajetória predominante acompanha o eixo da tubulação.
Na válvula globo, o fluido normalmente passa por mudanças de direção ao atravessar corpo, sede e obturador.
As duas tecnologias podem oferecer controle preciso. A seleção depende de capacidade, faixa de controle, queda de pressão, característica requerida, materiais, manutenção e condições do processo.
O que é escoamento crítico?
É a condição em que um aumento adicional da queda de pressão deixa de produzir crescimento proporcional da vazão.
Em gases, normalmente está associado à velocidade sônica na restrição. Em líquidos, pode estar associado à vaporização e ao estrangulamento do escoamento.
Velocidade elevada sempre significa vazão elevada?
Não.
Uma vazão moderada pode gerar velocidade elevada quando atravessa uma área muito pequena.
Isso acontece em restrições, internos de válvulas, orifícios, reduções e tubulações subdimensionadas.
Uma válvula axial sempre apresenta menor queda de pressão?
Não.
Em posição totalmente aberta, determinadas geometrias axiais podem oferecer elevada capacidade e menor resistência relativa. Entretanto, uma válvula utilizada para controle precisa gerar queda de pressão para regular o processo.
O benefício deve ser avaliado considerando capacidade, recuperação de pressão, trajetória do fluido, internos e ponto de operação.
Como a viscosidade afeta uma válvula de controle?
A viscosidade elevada reduz o número de Reynolds e pode aproximar o escoamento do regime laminar.
Nessas condições, a capacidade efetiva da válvula pode ser menor do que aquela prevista pelas equações simplificadas para escoamento turbulento. O dimensionamento deve aplicar as correções apropriadas.