BRPI1004179A2 - válvula do tipo dardo para o controle da taxa de fluxo de fluidos abrasivos em sistemas pressurizados - Google Patents

Abstract

VáLVULA DO TIPO DARDO PARA O CONTROLE DA TAXA DE FLUXO DE FLUIDOS ABRASIVOS EM SISTEMAS PRESSURIZADOS, trata-se a presente invenção de um dispositivo que consisteem uma válvula do tipo dardo ou tampão, que é apropriada para operar com fluidos altamente abrasivos em uma aplicação de modulação ou regulagem de fluxo com pressões tão altas quanto 300 psi e diâmetros entre 2" (5,08 cm) e 56" (142,24 cm)

Description

"VÁLVULA DO TIPO DARDO PARA O CONTROLE DA TAXA DE FLUXO DE FLUIDOS ABRASIVOS EM SISTEMAS PRESSURIZADOS"

Campo da Invenção

A invenção objeto do presente pedido de patente refere- se a uma válvula do tipo dardo, para o controle de fluidos abrasivos em sistemas pressurizados. Este tipo de aplicação é altamente encontrado nas indústrias relacionadas com mineração de metais, especialmente mineração de cobre. Na indústria de mineração de cobre é comum manejar grandes volumes de polpas de minerais, concentrados ou rejeitos, sendo que todos estes fluidos são altamente abrasivos e. precisam ser controlados quanto a fluxos, densidades e pressões e, portanto, exigem válvulas apropriadas para suportar as condições de trabalho em aplicações, como, por exemplo, controle de caixas de distribuição em moinhos, bateria de ciclones, descarga de células colunares, descarga de espessantes, etc.

Fundamentos da Invenção Trata-se a presente invenção de uma válvula do tipo

dardo para sistemas pressurizados, doravante denominada "válvula VDSP", que é projetada especificamente para esta aplicação, mas que incorpora uma série de vantagens em relação às alternativas do estado da técnica até a presente data, que permite maior duração, melhor controle e menor custo operacional. Quando considerados no estado da técnica os tipos de válvulas bastante utilizados na atualidade para manejar fluidos abrasivos, como, por exemplo, válvulas tipo faca, válvulas tipo mangote, válvulas de cone lubrificado e, finalmente, válvulas de esfera com revestimentos de cerâmica ou estelite, todas estas não cobrem pelo menos algum aspecto da aplicação para qual a válvula da presente invenção foi concebida, tal como é o serviço de modulação de fluidos abrasivos em grandes diâmetros e altas pressões {de 6" (15,24 cm) a 48" (121, 92 cm) e pressões de até 300 psi (2,07 MPa), inicialmente, podendo verificar, no momento devido, valores mais altos de pressões e diâmetros).

Comentários sobre o estado da técnica No estado da técnica, são conhecidas as seguintes

soluções: • Válvula tipo faca: neste tipo de válvula, existem marcas e modelos que funcionam muito bem no manejo de fluídos abrasivos, mas todas em serviços liga-desliga, isto é, completamente abertas ou fechadas, mas não podem operar em controles de fluxos intermediários ou nos denominados serviços

de modulação de fluxos. Neste caso, essas válvulas se desgastam muito rapidamente e não apresentam qualidade muito baixa de controle (baixa qualidade de controle significa que não é possível ter controle sobre as pequenas mudanças de fluxo).

• Válvulas tipo mangote: as válvulas tipo mangote também têm um bom comportamento com fluidos abrasivos e são utilizadas em aplicações

de liga-desliga (on-off) e regulagem de fluxo. A limitação desse tipo de válvula em relação à válvula da presente invenção está na capacidade de operar com altas pressões em grandes diâmetros e na qualidade de controle que pode oferecer.

• Válvulas tipo cone lubrificado: as válvulas tipo cone lubrificado são utilizadas apenas em aplicações de liga-desliga (on-off) com

pressões muito altas (600 (4,14 MPa) a 3000 psi (20,68 MPa) aproximadamente). Estas válvulas jamais operam para modulação de fluxo.

• Válvulas de esfera com revestimentos de cerâmica ou estelite: as limitações destas válvulas em relação à válvula da presente invenção

estão na disponibilidade em grandes diâmetros (aproximadamente 24" (60,96 cm)) e na melhor qualidade de controle que oferece o projeto da presente invenção.

Como se pode observar, a válvula VDSP da presente invenção preenche um nicho não abrangido pelas tecnologias atualmente utilizadas para o controle de fluidos abrasivos.

Sumário da Invenção

Trata-se a presertte invenção de um dispositivo que permite controlar a taxa do fluxo de fluidos abrasivos em processos de mineração, que consiste em uma válvula do tipò dardo ou tampão, que é apropriada para operar com pressões tão altas quanto 300 psi (4,14 MPa) e em diâmetros na faixa de,2^(5;08;cm).a«56^(-142s24'cni)! A válvula da presente invenção é totalmente construída em aço do tipo estrutural, revestida com material elastomérico ou uma combinação de material elastomérico com materiais cerâmicos, em tamanhos de 2" (5,08 cm) a 56" (142,24 cm) de diâmetro, no que se refere à passagem do fluido, também chamado de furo ou passagem da válvula e com pressões tão altas quanto 300 psi (4,12 MPa) ou mais.

A presente invenção envolve o uso de um tampão ou um dardo aplicado em sistemas pressurizados para manejar fluidos altamente .abrasivos em aplicações de modulação ou regulagem de fluxo. Desta forma, a válvula VDSP da presente invenção pode

operar onde a técnica anterior não pode operar ou opera com muitas limitações, tanto na vida útil como em altos custos operacionais.

Breve Descrição dos Desenhos

Os desenhos em anexo, que são incluídos para oferecer uma maior compreensão da presente invenção, são incorporados e fazem parte deste relatório, para ilustrar uma das modalidades da presente invenção e, juntamente corrv a descrição, servem para explicar os princípios da presente invenção.

A Figura 1 mostra uma válvula do tipo dardo VDSP para a montagem direta em equipamentos maiores, como, por exemplo: cáixas de transferência de polpas, caixas de alimentação de moinhos, baterias de ciclones.

A Figura 2 mostra apenas o corpo da válvula do tipo dardo VDSP para a montagem em equipamentos maiores, por meio da qual é possível observar melhor sua geometria, uma vez que está desenhada sem os componentes internos.

A Figura 3 mostra uma variante da válvula do tipo dardo VDSP a ser instalada na tubulação, como a maioria das válvulas do estado da técnica.

Descrição da Invenção A válvula do tipo dardo da presente invenção consiste

basicamente em um dardo ou tampão feito de aço do tipo estrutural, revestido com material elastomérico, que pode ser, por exemplo, goma de borracha, fluoroelastômero (Viton)1 borracha de etileno propileno-dieno (EPDM)1 polietileno clorossulfonado (HypaIon) ou borracha de b-metila (Buna), etc. O uso de material elastomérico varia de acordo com o que seja mais conveniente, a partir da compatibilidade mecânica e química com o fluido que está sendo manipulado ou com alguma combinação desses materiais elastômeros com outros materiais do tipo cerâmico, sendo que as espessuras do revestimento podem variar de 10 a 110 mm.

O tampão (1) se move dentro do corpo da válvula (3), para restringir o fluxo de fluido abrasivo que passa pelo assento (2), modificando, assim, a vazão do fluxo do sistema, sendo que esse movimento ou trajeto vai da abertura total da válvula, com o tampão (1), tanto quanto o assento (2), para a posição de fechamento total da válvula, com o tampão (1) carregado ou assentado sobre o assento (2), impedindo, assim, a passagem do fluxo água abaixo do assento. O movimento deslizante é transmitido ao tampão (1) por uma haste (5), que é conectada por uma extremidade ao tampão (1) e por outra extremidade a um sistema atuador de movimento deslizante atualmente existente no estado da técnica, que não está detalhado por ser um elemento externo e não se trata de um objeto da presente invenção. A haste (5), que também é construída em aço do tipo estrutural e revestida com materiais elastoméricos ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos, para protegê-la de desgaste por abrasão, quando exposta à passagem do fluxo, é conduzida por uma guia sólida (6), cuja função é orientá-la durante toda sua trajetória, desde o fechamento total até a abertura total, e eliminar as vibrações decorrentes do golpe do fluxo sobre o tampão ou dardo (1), sendo que a dita guia é fixada a uma seção chamada tampa (4), que é soldada ou aparafusada ao corpo (3). O formato do tampão (1) pode ser caracterizado por adaptar-se melhor caso a caso às condições de fluxos máximos e mínimos, para manejar de acordo com as exigências do processo, e pode ter um formato de cônico a cilíndrico ou a mistura de ambos os formatos, assegurando, assim, um controle da modulação do fluxo melhor do que o controle oferecido pelas soluções existentes no estado da técnica, uma vez que estas são imutáveis em relação ao comportamento hidrodinâmico do fluido, conforme o formato do seu obturador, como, por exemplo: se o obturador for uma bola, este modificará o fluxo de acordo com o comportamento hidrodinâmico que o formato da bola tiver, pois o mesmo não pode ser mudado.

O assento (2) corresponde ao elemento que em conexão com o tampão (1) entrega a hermeticidade do sistema, impedindo que o fluido abrasivo passe além da válvula, uma vez que o tampão (1) e o assento (2) estão em contato com a força ou a carga suficiente para superar a pressão do fluido. O assento (2) é construído com um núcleo de metal de formato circular tipo anel, revestido com materiais elastoméricos ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos, dependendo da aplicação. O assento (2) também é projetado para ser desmontável e fixo por compressão em seu alojamento no interior do corpo (3) da válvula, sendo que as espessuras do revestimento elastômero e cerâmico podem ser entre 10 e 110 mm, oferecendo, assim, maior vida útil em aplicações de modulação, e seu diâmetro interno pode ser entre 2" (5,08 cm) e 56" (142,24 cm).

O corpo (3) da válvula em seu interior contém o fluido abrasivo à pressão e à temperatura do processo, com espaço suficiente de pelo menos 100% dos valores máximos do processo. O corpo (3) da válvula VDSP é um elemento passivo no funcionamento da presente invenção. O corpo (3) aloja em seu interior o tampão (1), o assento (2), a haste (5), a guia da haste (6) e as vedações da haste (7) e, além disso, fornece uma cavidade superior oposta em direção do assento (2) e adjacente à tampa (4), e é suficientemente amplo para alojar o tampão (1) quando este se encontra na posição de total abertura, de maneira a removê-lo completamente da passagem de fluido abrasivo, para minimizar o desgaste por abrasão e aumentar a vida útil do tampão.

O corpo (3) da válvula VDSP também é construído em aço estrutural revestido com material elastomérico ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos, com espessuras entre 2" (5,08 cm) a 56" (142,24 cm) dependendo da aplicação. A geometria do corpo (3) é projetada caso a caso para adaptar-se ao projeto dos equipamentos maiores existentes na planta, integrando se como uma extensão destes e assim economizar espaço, se necessário. Este é o caso das caixas de transferência nas indústrias de mineração, caixas de transferência de moinhos, caixas pressurizadas, baterias de ciclones etc. Também é aplicável á fabricação de um corpo (3) que esteja de acordo com as normas ISA1 ANSI1 DIN1 em relação às conexões flangeadas e distâncias entre as faces, para, assim, atender aos padrões da indústria em relação à montagem da válvula de controle.

As vedações (7), que são utilizadas para evitar vazamentos pela área da haste, correspondem às tecnologias atualmente disponíveis no estado da técnica, assim como foles e diversas disposições e tipos de pacotes, sendo que estes pacotes ficam localizados no interior da tampa (4) em torno da superfície externa da haste (5).

No caso da presente invenção, a válvula VDSP para aplicações padrão para montagem em tubulação, considera-se uma montagem em ângulo do conjunto dardo (1) e haste (5) em relação à linha de eixo da tubulação, com a finalidade de reduzir a aceleração do fluxo e diminuir, consequentemente, os efeitos da abrasão do fluido no interior da válvula, o ângulo de inclinação pode variar de 45° a 75°, dependendo da aplicação.

A espessura do revestimento do tampão (1) e do assento (2) pode ser aumentada sem significar um aumento na força dos atuadores para operar a válvula, já que o aumento da espessura do revestimento não altera a geometria ou a área da porta ou passagem do fluido e nem proporciona maiores resistências à operação.

A Figura 1 mostra uma válvula do tipo dardo VDSP para montagem direta em equipamentos maiores, como, por exemplo: caixas de transferência de polpas, caixas de alimentação de moinhos e baterias de ciclones. Esta figura mostra que a geometria do corpo pode mudar para adaptar-se aos equipamentos maiores, passando a fazer parte dos mesmos.

A Figura 2 mostra apenas o corpo da válvula do tipo dardo VDSP para montagem em equipamentos maiores, para melhor observar sua geometria ao ser desenhado sem os componentes internos. A Figura 3 mostra uma variante da válvula VDSP a ser

instalada em tubulação, como a maioria das válvulas da atualidade. É importante observar que ambas as válvulas têm, geralmente, os mesmos componentes, e mesmo quando sua forma é alterada, a aplicação de modulação de fluxos abrasivos em diâmetros grandes não muda em absolutamente nada.

Claims (8)

1. VÁLVULA DO TIPO DARDO PARA O CONTROLE DA TAXA DE FLUXO DE FLUIDOS ABRASIVOS EM SISTEMAS PRESSURIZADOS, com pressões tâo altas quanto 300 psi (4,14 MPa), como, por exemplo, polpas, rejeitos ou concentrado de cobre, sendo que a dita válvula restringe a passagem do fluido, controlando, assim, a taxa de fluxo em fluidos altamente abrasivos, caracterizada pelo fato de compreender um tampão ou um dardo (1) feito de aço estrutural e revestido com material elastomérico, ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos, sendo que o dito tampão (1) se move no interior do corpo (3) da válvula, de modo a restringir o fluxo abrasivo que passa através do assento (2), por meio de uma haste (5) que é conectada por uma extremidade ao tampão ou dardo (1) e pela outra extremidade a um sistema atuador de movimento deslizante, sendo que a dita haste (5) é conduzida pela guia sólida (6) localizada dentro da tampa (4) que a guia durante toda sua trajetória, desde o fechamento total até a abertura total, sendo que o assento (2), o corpo (3) e a haste (5) também são feitos de aço tipo estrutural e revestidos com material elastomérico ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos.

2. VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o corpo (3) da válvula alojar, em seu interior, o tampão (1), o assento (2), a haste (5), a guia da haste (6) e as vedações da haste (7) e, além disso, fornece uma cavidade superior oposta em direção do assento (2) e adjacente ã tampa (4), e é suficientemente amplo para alojar o tampão (1) quando este se encontra na posição de total abertura.

3. VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada oelo fato de o formato do corpo (3) da válvula permitir localizar o tampão ou o dardo (1) longe da passagem do fluido abrasivo na posição totalmente aberta, aumentando, assim, a vida útil.

4. VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada oelo fato de o corpo (3) ter uma geometria externa adaptada para equipamentos maiores, como caixas de transferência, caixas de alimentação de moinhos, ciclones, etc.

5. VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o revestimento do tampão ou dardo (1), do assento (2), do corpo da válvula (3) e da haste (5), que é feito de materiais elastoméricos ou uma combinação de materiais elastoméricos e cerâmicos, ter espessuras ria faixa de 10 mm a 110 mm.

6. VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de o tampão ou o dardo (1), que é feito de aço tipo estrutural, poder alcançar diâmetros de 2"(5,08 cm) a 56" (142,24 cm).

7. VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de o tampão ou o dardo (1) ter uma geometria ou formato externo cônico ou cilíndrico ou uma combinação destes.

8. VÁLVULA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o material eiastomérico poder ser natural ou sintético.