Fabricação aditiva InTech APR23 – Válvulas de controle mais silenciosas

Jul 21, 2023

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O ruído da válvula de controle é um problema em muitos ambientes de fábrica. O som é criado por quedas de pressão muito elevadas através de uma válvula, o que gera altas velocidades de vapor à medida que o fluido se move através das passagens estreitas no corpo da válvula. O ruído aerodinâmico tem uma forte dependência da velocidade do gás, de modo que aplicações de alto fluxo e alta queda de pressão tendem a atingir níveis sonoros ensurdecedores muito rapidamente. Esse tipo de ruído pode causar danos à audição e, com o tempo, pode destruir tubulações, equipamentos sensíveis, conexões de tubulações próximas e componentes de válvulas.

Projetos de internos de baixo ruído têm sido historicamente usados ​​para resolver esse problema, mas esses tipos de soluções geralmente são caros e reduzem bastante a capacidade de fluxo. No entanto, as técnicas de fabricação aditiva (impressão em liga 3-D) introduziram toda uma gama de novas possibilidades em soluções de redução de ruído. Este artigo descreve novos designs que foram introduzidos recentemente ou que estão programados para serem disponibilizados nos próximos meses.

As fábricas estão cheias de fontes de ruído alto, incluindo equipamentos de grande porte, respiradouros de processo e bombas alternativas. Muitos desses sons são fontes pontuais (Figura 1A) e os níveis sonoros diminuem conforme o quadrado da distância. As válvulas de controle são outra fonte comum de som em ambientes industriais, mas neste caso o som na verdade emana tanto da válvula quanto do tubo, criando uma fonte linear quando o tubo a jusante é longo o suficiente (Figura 1B). Enquanto uma fonte pontual perde intensidade sonora com o quadrado da distância, uma fonte linear diminui a intensidade diretamente proporcional à distância, tendendo a criar problemas maiores para o pessoal da planta.

As causas comuns de ruído gerado pela válvula de controle incluem vibração mecânica de componentes internos, ruído aerodinâmico de fluxo turbulento de gás e ruído hidrodinâmico de cavitação. O som externo à tubulação representa uma ameaça à audição em níveis acima de 85 dBA, e níveis acima de 110 dBA podem danificar os componentes da válvula e as conexões da tubulação adjacente e, portanto, devem ser evitados (Figura 2).

Geralmente há duas maneiras de resolver esse problema: ou restringindo o caminho do som para que o som não possa escapar para o ambiente, ou eliminando a geração do som na fonte. As soluções de caminho sonoro geralmente empregam tubos grossos, isolamento pesado e/ou mantas acústicas para bloquear o ruído. Funcionam bem e são baratos, mas essas soluções têm limitações.

A redução de ruído alcançável é geralmente um tanto limitada, e essas técnicas tendem a se tornar menos eficazes com o tempo, à medida que o isolamento se quebra e as mantas acústicas são removidas durante a manutenção e não são reinstaladas corretamente. Independentemente de quão bem funcionem, as soluções de caminho sonoro não resolvem o problema fundamental de níveis sonoros superiores a 110 dBA, possivelmente danificando o equipamento.

A solução padrão para o ruído da válvula de controle tem sido a instalação de internos de válvula silenciosos para reduzir os níveis de geração de ruído na fonte. Esses projetos geralmente dividem o fluxo em vários caminhos de fluxo ou sofrem quedas de pressão menores em vários estágios, para reduzir a velocidade geral do fluxo e diminuir os níveis sonoros gerais. Esta tecnologia também funciona bem, mas também tem limitações:

Internos de baixo ruído tendem a restringir significativamente a capacidade de fluxo da válvula, exigindo corpos de válvula maiores para passar pela mesma taxa de fluxo.

Os internos de baixo ruído são normalmente muito mais caros do que os internos de válvula padrão, uma vez que é necessária uma usinagem complexa para produzir esses designs.

Os internos de baixo ruído geralmente têm aplicabilidade limitada para válvulas rotativas.

O panorama das soluções de ruído em válvulas de controle mudou drasticamente com o advento da fabricação aditiva porque agora é possível criar configurações de internos muito complexas de forma rápida e econômica.

Esta capacidade recente estimulou novas soluções de redução de ruído que podem atingir níveis muito elevados de redução de ruído, mantendo ao mesmo tempo uma elevada capacidade de fluxo.