PT94235B - Valvula electromagnetica para o controlo do escoamento de um fluido numa canalizacao - Google Patents

Description

A presente invenção diz respeito a uma válvula electromagnética para controlar o escoamento de um metal ou liga metálica em fase líquida numa canalização de carga, que compreende um corpo tubular de um material permeável ao campo magnético e pelo menos um enrolamento indutor polifásico disposto em torno do corpo tubular para criar um campo magnético deslizante ao longo do eixo longitudinal do referido corpo tubular.

No domínio da metalurgia, por exemplo num equipamento industrial de vazamento ou hum equipamento para recobrir produtos siderúrgicos com um revestimento metálico ou de liga metálica, tal como um equipamento de galvanização a quente, ou ainda noutras aplicações, ê muitas vezes necessário poder controlar um escoamento de metal ou de liga metálica em fase líquida; a este respeito, ou o metal ou a. liga metálica estão em fusão, em consequência de uma elevação controlada da sua temperatura,' ou então o metal ou a..liga metálica estão normalmente líquidos ã temperatura ambiente, o que é por exemplo o caso do mercúrio. Para controlar um escoamento de metal ou de liga metálica líquidos, é usual utilizar sistemas electromecánicos ou hidromecánicos, tais como uniões de gaveta, rocas, etc. Estes sistemas são

-2geradores de um investimento importante e gastos de manutenção e conservação relativamente elevados devido à presença nestes sistemas de elementos mecânicos móveis.

É por isso que, desde há algum tempo, foi jã proposto utilizar válvulas electromagnéticas que não incluem qualquer elemento mecânico móvel para controlar o escoamento de um metal ou liga metálica em fase líquida numa canalização em carga. As válvulas electromagnéticas deste tipo funcionam segundo um princípio semelhante ao do motor linear, sendo o papel do induzido móvel desempenhado pelo metal ou alliga metálica cujo escoamento se pretende controlar. Nestas válvulas electromagnéticas, o enrolamento indutor pòlifásico estã disposto e ligado electricamente de modo tal que o campo magnético que gera se propaga em contracorrente em relação ao sentido normal do escoamento do metal ou liga metálica líquidos na canalização em carga. Por outras palavras, a força magnetomotriz gerada pelo enrolamento indutor polifãsico e aplicada ao metal líquido na canalização opõe-se à força devida à pressão hidrostática do metal líquido na canalização. Regulando a intensidade da corrente no enrolamento indutor polifãsico, é possível regular o caudal do metal ou da liga metálica líquidos na canalização. Quanto maior for a corrente no enrolamento indutor polifãsico, menor será o caudal do metal ou liga metálica líquidos que se escoam através da válvula electromagnética. Teoricamente, utilizando uma corrente suficientemente intensa, é possível interromper o escoamento do metal ou da liga metálica líquidos que chegam â válvula. Toda/

via, a intensidade da corrente necessária para interromper o escoamento do metal ou da liga metálica líquidos é relativamente importante, sendo portanto igualmente importante a potência eléctrica necessária para manter a válvula electromagnética no estado fechado e, na prática, mostrou-se ser difícil obter uma interrupção completa e segura do escoamento do metal ou da liga metálica líquidos.

Para se obter uma interrupção completa do escoamento do ) metal ou da liga metálica líquidos, foi proposto fechar parcialmente a extremidade de saída do corpo tubular da válvula electromagnética por uma parede transversal que apresente um orifício de saída excêntrico em relação ao eixo longitudinal do referido corpo tubular. Se uma tal disposição permite efectivamente interromper totalmente o escoamento do metal ou da liga metálica líquidos, a intensidade da corrente que é necessária para esse efeito continua no entanto a ser relativamente importante e, além disso, quando a válvula electromagnética estã aberta, a parede transversal com o seu orifício de saída descentrado provoca perturbações (turbulências) e perdas de carga no escoamento do metal ou da liga metálica líquidos, que podem ser inaceitáveis em certas aplicações.

A presente invenção tem pois por objecto fornecer uma válvula electromagnética que exige uma potência eléctrica menor do que as válvulas electromagnéticas anteriormente conhecidas para controlar e interromper o escoamento de um metal ou liga metálica líquidos numa canalização em carga, e que introduz ape-4nas pouca perturbação no referido escoamento quando a válvula estã aberta.

Para isso, segundo a presente invenção, a válvula électromagnética para controlar o escoamento de um metal ou de uma liga metálica em fase líquida numa canalização em carga compreende um corpo tubular de um material permeável ao campo magnético e pelo menos um enrolamento indutor polifãsico disposto em torno do referido corpo tubular para criar um campo magnético deslizante ao longo do eixo longitudinal do mesmo corpo tubular, sendo a referida válvula caracterizada por compreender um núcleo que é mantido e se estende axialmente no corpo tubular, formando o referido núcleo entre si e a parede interna do referido corpo tubular uma passagem sensivelmente anular para o metal ou liga metálica líquidos cujo escoamento deve ser controlado.

Segundo uma forma preferida de realização da presente invenção, o núcleo pode ser constituído por uma barra magnética mergulhada numa massa de material permeável ao campo magnético, estando o referido núcleo ligado ao corpo tubular da válvula por braços radiais elaborados a partir do referido material.

Embora as razões por que a válvula electromagnêtica segundo a presente invenção é mais eficaz do que as válvulas electromagnéticas anteriormente conhecidas não estejam completamente elucidadas, pode no entanto pensar-se que isso é devido ao facto de, por um lado, o fluxo magnético gerado pelo enrolamento indutor estar concentrado pelo núcleo previsto no corpo tubular e de, por outro lado, o escoamento de metal ou liga metá-5\ lica líquidos estar confinado à zona anular compreendida entre o núcleo e a parede interna do corpo tubular, isto é, numa zona onde o campo magnético é naturalmente mais intenso, portanto mais eficaz do que no centro da conduta tubular, estando esta zona mais próxima do enrolamento indutor que envolve o referido corpo tubular.

Descrever-se-a agora uma forma de realização, dada a título de exemplo não limitativo, da presente invenção com refei rência aos desenhos anexos, cujas figuras representam:

A fig. 1, uma vista esquemática em corte axial de uma válvula electromagnêtica segundo a presente invenção; e

A fig. 2, uma meia-vista em corte segundo a linha (II-II) da fig. 1.

A válvula electromagnêtica representada nas fig. 1 e 2 compreende, de maneira conhecida, um corpo tubular (1) feito de um material que ê permeável ao campo magnético criado por um enrolamento indutor polifãsico (2), que envolve o corpo tubular (1) e que pode ser alimentado com corrente por uma fonte de corrente polifásica (3) de intensidade variável.

No caso de a válvula electromagnêtica se destinar a controlar um escoamento de um metal ou de uma liga metálica em fusão, o corpo (1) é de preferência feito de um material refractãrio não molhãvel por contacto com o metal ou a liga metálica em fusão, por exemplo um material cerâmico.

Além disso, neste caso, o corpo tubular é de preferência envolvido estreitamente, em todo o seu comprimento, por um

-6dispositivo de aquecimento (4) apto para aquecer o corpo (1) a uma temperatura suficiente para manter o metal ou liga metálica fundidos a uma temperatura pré-determinada superior à sua temperatura de fusão. 0 dispositivo de aquecimento (4) pode ser constituído de maneira conhecida, por exemplo por um dispositivo de aquecimento de indução electromagnética ou por resistências eléctricas de aquecimento.

Por outro lado, se o metal ou a liga metálica estiver líquido ã temperatura baixa ou ã temperatura ambiente, o corpo (1) não necessita de ser de um material refractãrio, podendo ser simplesmente de um material que seja permeável ao campo magnético, suficientemente rígido para assegurar a resistência mecânica do corpo da vãlvula, e compatível com o metal ou liga metálica que atravessa a referida vãlvula.

enrolamento indutor polifãsico (2) estã disposto e ligado electricamente de modo a criar um campo deslizante ao longo do eixo longitudinal do corpo tubular (1) num sentido tal que as forças magnetomotrizes (F) exercidas pelo enrolamento indutor polifãsico (2) no metal ou liga metálica líquidos que se escoam no corpo tubular (1) se oponham ao escoamento do referido metal ou liga metálica líquidos, indicado pela seta (G), sob a acção da pressão hidrostática. 0 enrolamento indutor polifãsico (2) pode ser por exemplo constituído por um enrolamento do tipo fabricado pelo laboratório MADYLAM de Saint-Martin d'Heres, França. Se for necessário, este indutor pode ser arrefecido de maneira conhecida por um fluido refrigerante que se faz circular em canais previstos no referido enrolamento. A corrente necessária ã excitação no referido enrolamento indutor polifãsico (2), fornecido pela fonte (3) , pode ser por exemplo obtida a partir da rede trifãsica de 380 V, 50Hz, ligada a um transformador abaixador de tensão, suseeptível de baixar a tensão para .

V, por sua vez ligado ao indutor (2) por intermédio de um dispositivo de regulação de intensidade.

Segundo a presente invenção, um núcleo (5) estende-se axialmente no corpo tubular (1) e é mantido dentro deste por vãrios braços ou nervuras radiais (6). 0 núcleo (5) pode ter sensivelmente o mesmo comprimento que o corpo tubular (1) e os braços ou nervuras (6) podem ter o mesmo comprimento que o núcleo (5) ou estender-se apenas por uma parte do comprimento deste.

De preferência, o núcleo (5) e as nervuras (6) são perfilados de modo a gerar o mínimo de perturbações possível no metal ou liga líquidos que se escoam no corpo tubular (1). Pelas mesmas razões, o diâmetro interior do corpo tubular (1) e o diâmetro exterior do núcleo (5) são escolhidos de modo tal que a ãrea da secção anular de passagem entre o núcleo (5) e o corpo (1) seja igual ã ãrea da secção circular de passagem a montante e eventualmente a jusante da vãlvula electromagnética. De preferência, o núcleo (5) ê constituído por uma barra magnética (7) mergulhada numa massa (8) de material permeável ao campo magnético, sendo esse material de preferência o mesmo que constitui os braços ou nervuras (6) e o corpo tubular (1), por exemplo um material refractárío não molhãvel em contacto com o metal ou a liga

-8metãlica líquidos. A barra magnética (7) permite assegurar o fecho em anel do campo magnético gerado pelo enrolamento indutor polifãsico (2).

Na forma de realização representada a título de exemplo na fig. 1, a vãlvula electromagnética pode comportar um segundo enrolamento indutor polifãsico (9) disposto e ligado electricamente de modo a poder desempenhar uma função semelhante ã do enrolamento indutor polifãsico (2). 0 enrolamento indutor polifãsico (9) pode ser ligado à fonte de corrente (3) , por exemplo por intermédio de um comutador (10), ou pode ser ligado ã sua própria fonte de corrente polifãsica regulável (11), como se representa a traço-e-ponto na fig. 1. No primeiro caso, o enrolamento indutor polifãsico (9) assegura duplamente a mesma função que o enrolamento indutor polifãsico (2) e pode ser utilizado como enrolamento de recurso no caso de avaria do enrolamento (2). No segundo caso, pode eventualmente admitir-se um pequeno caudal de fugas ao nível do enrolamento indutor polifãsico (2), pequeno caudal esse que poderá em seguida ser facilmente interrompido pelo campo magnético criado pelo enrolamento indutor polifãsico (9). Esta segunda disposição tem o interesse de reduzir ainda o consumo de energia necessário para interromper completamente o caudal de metal ou de liga metálica líquidos e de limitar o dimensionamento dos equipamentos necessários para a alimentação com corrente dos enrolamentos indutores (2) e (9).

Na sua extremidade de entrada, o corpo tubular (1) está provido de um flange ou outro meio de ligação (12) pelo qual a ,Υ.

válvula electromagnética pode ser fixada na extremidade de uma canalização (13) de entrada do metal ou da liga líquidos ou a um recipiente contendo o referido metal ou liga líquidos. Igualmente, na sua extremidade de saída, o corpo tubular (1) pode também incluir um flange ou outro meio de ligação apropriado (14) pelo qual a válvula electromagnética pode ser ligada, se se desejar, a uma outra canalização (15) de transporte do metal ou liga metálica líquidos.

No caso de a válvula electromagnética se destinar a controlar o escoamento de um metal ou liga metálica em fusão, o corpo tubular (1), ou a canalização (15), pode ser vantajosamente provida de um injector (16) que permita uma injecção controlada de um gás neutro ou inerte que evite uma oxidação do metal ou liga metálica líquidos retidos na válvula electromagnética.

A título de exemplo, com uma válvula electromagnética cujo corpo (1) tenha um diâmetro interior de 14 mm e um núcleo (5) com um diâmetro exterior de 8 mm, e compreendendo um único enrolamento indutor polifásico com 10 espiras por fase com um diâmetro de 45 mm, foi possível interromper completamente o escoamento de uma liga de zinco fundida, que era mantida a uma temperatura de 4S0°C, sendo a pressão hidrostática na entrada da

- - 4 valvula electromagnética de 2,5 . 10 Pa (0,25 bar). Para isso, alimentou-se o enrolamento indutor polifásico com uma corrente de 2 400 A. (Deve notar-se que a montagem com a qual se fez a experiência não fora optimizada e não incluia dispositivo de regulação de intensidade; pode-se esperar portanto que a intensi-10 daãe da corrente suficiente para provocar a interrupção completa do escoamento do zinco fundido deve ser ainda menor do que 2 400 A). A titulo de comparação, com uma válvula electromagnética sem núcleo central, para interromper mais ou menos eompletamente o escoamento da liga de zinco fundida teria sido preciso alimentar o indutor com uma corrente polifásica de intensidade pelo menos 4 a 5 vezes mais elevada.

É evidente que a forma de realização da válvula electromagnética que se descreveu atrás foi dada a título de exemplo puraraente indicativo e de modo nenhum limitativo, e que os especialistas na matéria podem introduzir facilmente numerosas modificações, sem se sair do quadro da presente invenção.

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. - Válvula electromagnética para controlar o escoamento de um metal ou de uma liga metálica em fase líquida numa canalização em carga (13,15), compreendendo a referida válvula um corpo tubular (1) de um material permeável ao campo magnético, e um enrolamento indutor polifásico (2) disposto em tomo do referido corpo tubular para criar um campo magnético deslizante ao longo do eixo longitudinal do mesmo corpo tubular, caracterizada por compreender um núcleo (5) que é mantido e se estende axialmente no interior do corpo tubular (1), criando o referido núcleo (5) entre si e a parede interior do corpo tubular uma passagem sensivelmente anular para o metal ou para a liga metálica líquidos cujo escoamento deve ser controlado.
2. 2. - Válvula electromagnética de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o referido núcleo (5) ser constituído por uma barra magnética (7) mergulhada numa massa (8) de material permeável ao campo magnético, estando o referido núcleo (5) ligado ao corpo tubular (1) da referida válvula por braços radiais (6) elaborados a partir do referido material.
3. 3. - Válvula electromagnética de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por o corpo tubular (1) da válvula, ou a canalização (13,15) ã qual está ligada a referida válvula, estar vantajosamente provido de um injector (16) que permite uma injecção controlada de um gás neutro ou inerte que impede uma oxidação do metal ou da liga metálica retidos na referida válvula.
4. 4. - Válvula electromagnética de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada por compreender dois enrolamentos indutores polifásicos (2,9) justapostos em tomo do corpo tubular (1) da válvula.
5. 5. - Válvula electromagnética de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por os enrolamentos indutores polifásicos (2,9) estarem ligados a fontes de corrente (3,11) reguláveis distintas,