Válvulas
industriais
Válvulas
industriais
s tubulações industriais permitem o encaminhamento de produ-tos líquidos ou gasosos de um equipamento a outro. Esses produprodu-tos se-rão designados, genericamente, de fluidos de trabalho ou simplesmente
fluidos.
As válvulas, por sua vez, se configuram como acessórios importantes de um sistema de tubulação, permitindo, de acordo com suas caracterís-ticas construtivas, a execução de uma ou mais das seguintes atividades:
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A
Regulagem da vazão de um produto, adequando-a a uma determinada condição de processo solicitada.
Bloqueio da passagem de um produto, permitindo a remoção de equipamentos para atividades de manutenção. Alívio, a partir de um valor predefinido, da pressão de um sistema industrial, permitindo o restabelecimento de condições seguras num processo.
Alinhamento de um fluido, de um equipamento a outro, permitindo apenas um sentido de escoamento, isto é, impedindo o seu retorno.
Em muitas situações, dependendo das condições de trabalho (pressão, temperatura e corrosividade), as válvulas são flangeadas, construção que permite a fácil instalação e remoção desses acessórios. Entretanto, qualquer que seja sua concepção, as válvulas rigorosamente representam pontos de possíveis vazamentos, os quais, se ocorrerem, podem determinar a inter-rupção de um processo produtivo ou um acidente de grandes proporções. As válvulas podem significar, em termos de custo, cerca de 6% a 10% do investimento necessário para a construção de uma planta petroquímica, fato que, aliado ao exposto anteriormente, orienta-nos para a definição de um número adequado (nem mais, nem menos) de válvulas em um projeto.
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Considera-se que a falta desses componentes pode conduzir a proces-sos industriais limitados, pouco flexíveis ou mesmo fadados a paradas constantes por falta de opções operacionais e, em contrapartida, o exces-so desses componentes pode levar a procesexces-sos de alto investimento e suscetíveis a emergências. O Anexo 1 apresenta a simbologia utilizada para os acessórios de tubulação.
Outro aspecto importante é que as válvulas, como quaisquer outros acessórios ou componentes de tubulação, introduzem resistência ao
es-coamento do fluido de trabalho, , , , a conhecida “perda de carga”, exigin-, do que equipamentos, como bombas ou compressores, imponham ao sistema aos quais estão ligados pressão suficiente na descarga para pro-duzir o escoamento à custa de maior potência desenvolvida pelos aciona-dores correspondentes (motores elétricos, turbi-nas etc.). Tais perdas de carga dependem da con-figuração interna da válvula, da sua dimensão e da vazão do fluido nas diversas condições de tra-balho. Ver Anexo 2.
Inúmeras são as normas que orientam a fabri-cação e os testes a que devem ser submetidas as válvulas para uma determinada aplicação. O Ane-xo 3 relaciona as normas brasileiras, voltadas para o assunto em pauta.
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Perda de carga é perda de energia! É provocada
pela resistência do equipamento ao escoamento do fluido!
Classificação
Várias são as formas de classificação das válvulas, destacando-se, entre elas, as que enfatizam a função específica de cada um desses acessórios dentro de um processo produtivo e as que consideram a forma de acionamento que podemos encontrar para cada um desses acessórios. Assim, temos:
Não se devem exagerar ou eliminar válvulas. Se, de um lado, um número excessivo pode representar problemas, de outro, um número inferior sempre será um problema ainda maior.
A escolha adequada do equipamento é a chave do sucesso de um processo.
São utilizadas para permitir a passagem to-tal ou o bloqueio completo de um fluido. São projetadas para trabalhar totalmente fechadas ou totalmente abertas.
Os tipos existentes são: válvulas gaveta ( ( ( ( (gate valvesgate valvesgate valvesgate valvesgate valves) ) ) ) ) e válvulas
ma-cho ( ( ( ( (plugplugplugplugplug, , clock, , , clockclockclockclock valvesvalvesvalvesvalves))))). Como variantes das válvulas gavetas, temos asvalves válvulas comporta ( ( ( ( (slideslideslideslide, slide, blast, , , blastblastblast valvesblastvalvesvalvesvalvesvalves))))), as válvulas de fechamento rá-pido (((((quick-acting valvesquick-acting valvesquick-acting valvesquick-acting valvesquick-acting valves))))) e as válvulas de passagem plena ( ( ( (through con- (through con-through con-through con-through con-duit valves
duit valves duit valves duit valves
duit valves) ) ) ) ) e como variantes das válvulas macho as válvulas de esfera (((((ballballball valvesballballvalvesvalvesvalves))))) e as válvulas de 3 ou 4 vias (valves (three&four way valves ( ( (three&four way valvesthree&four way valvesthree&four way valvesthree&four way valves).).).).).
Quanto à função ou
natureza da aplicação
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Controlam o fluxo de um fluido, adequan-do-o a uma necessidade específica de processo. Trabalham parcialmente abertas.
Os tipos existentes são: válvulas globo ( ( ( ( (globeglobeglobeglobeglobe valvesvalvesvalvesvalves))))), válvulas agu-valves lha ( ( (needle ( (needleneedleneedle valvesneedlevalvesvalvesvalvesvalves), ), ), ), ), válvulas de controle (((((controlcontrolcontrolcontrolcontrol valvesvalvesvalvesvalvesvalves), ), ), ), ), válvulas
bor-boleta (((((batterflybatterflybatterflybatterflybatterfly valvesvalvesvalvesvalvesvalves) ) ) e válvulas diafragma () ) ( ( ( (diaphragmdiaphragmdiaphragmdiaphragmdiaphragm valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))).
Os tipos são os seguintes: válvulas de
retenção (((((check valvescheck valvescheck valvescheck valvescheck valves),),),),), válvulas de retenção e fechamento ( (stop ( ( (stopstopstopstop---checkcheckcheckcheckcheck v
v v v
valvalvalvesalvalveseseses) ) e válvulas de pé () ) ) ( ( ( (fffffootoot vootootootvvvvalvalvalvesalvalveseseses).).).).).
Como as válvulas redutoras e
regula-doras de pressão.
Como as válvulas de segurança e
alí-vio ( ( ( (safety (safetysafetysafetysafety e e relief e e e reliefreliefreliefrelief valvesvalves) valvesvalvesvalves) ) ) ) e as válvulas de contrapressão ( ( ( (back (backbackbackback pressu-pressu-pressu-pressu- pressu-re
re re re
re valvesvalvesvalvesvalvesvalves).).).).).
Quanto à forma de acionamento
Podem ser: manuais, motorizadas ou automáticas, subdivididas confor-me esquematizado a seguir:
Manuais
Operadas por volante (com ou sem o uso de extensões ou correntes), ala-vanca ou por meio de engrenagens (Figuras 1, 2 e 3).
VÁLVULAS DE BLOQUEIO OU OUOU OUOU DE FECHAMENTO (block valves) VÁLVULAS DE REGULAGEM (throttling valves)
VÁLVULAS QUE PERMITEM O FLUXO EM UM ÚNICO SENTIDO
VÁLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSÃO A JUSANTE
VÁLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSÃO A MONTANTE
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VÁLVULA OPERADA POR VOLANTE
FIGURA 1
VÁLVULA OPERADA POR ALAVANCA
FIGURA 2
VÁLVULA OPERADA POR MEIO DE ENGRENAGEM
FIGURA 3
A – VÁLVULA ACIMA DO OPERADOR
Volante para corrente
Piso de operação Volante
B – VÁLVULA ABAIXO DO OPERADOR
Haste de extensão Volante Engrenagens de redução Castelo Flange Haste Orifício de passagem Anéis retentores Alavanca de manobra Engaxetamento Macho (esfera oca)
Motorizadas
Operadas por acionamento hidráulico, pneumático ou elétrico (Figuras 4, 5 e 6).
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VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO HIDRÁULICO
FIGURA 4
VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO PNEUMÁTICO
FIGURA 5
VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO ELÉTRICO
FIGURA 6 Cilindro hidráulico Conexões para o líquido acionador Haste deslizante Gaxetas Gaveta
VÁLVULA OPERADA POR MOLAS OU CONTRAPESO
Automáticas
Operadas por meio de molas ou contrapesos, ou, ainda, por meio da dife-rença de pressão do fluido nos pontos de entrada e saída da válvula (Figu-ras 7 e 8).
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FIGURA 7VÁLVULA OPERADA POR DIFERENÇA DE PRESSÃO
FIGURA 8
Escolha pensando nas suas necessidades, mas coloque a segurança sempre em primeiro lugar! Tampa Guia Pino Sede Tampão E N T R A D A SAÍDA
Alguns componentes são básicos e estão presentes em todas as válvulas, como o corpo ( ( ( (body (bodybody))))), o castelo (bodybody ( ( ( (bonnetbonnetbonnetbonnet))))) e o trim, componente móvelbonnet
composto basicamente pela haste ( ( ( ( (stemstemstemstemstem))))) e pelo obturador ou tampão
(((((plugplugplugplug) plug) ) ) ) com formato de cunha, disco, comporta e que responde pela regu-lagem ou pelo bloqueio do fluxo do fluido de trabalho. A Figura 9 ilustra uma válvula gaveta, em que os componentes mencionados podem ser ob-servados. Nessa ilustração, o obturador assume a forma de uma cunha. Em outras válvulas, a sua forma pode corresponder a um disco, a um ele-mento deslizante tipo comporta etc.
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Componentes e
aspectos construtivos
VÁLVULA GAVETA
FIGURA 9A haste, que é um elemento móvel, quando existente, atravessa o cor-po da válvula, um comcor-ponente fixo. Entre eles, é necessário introduzir um elemento de vedação, o qual recebe o nome de gaxeta e deve ser conve-nientemente escolhido em função da aplicação. Sua instalação tem que ser feita com o devido cuidado, uma vez que sua falha pode gerar vaza-mentos para a atmosfera. O Anexo 5 apresenta várias gaxetas, aplicáveis conforme as condições de trabalho previstas.
O corpo conecta-se ao castelo por rosca ou parafusos ou, ainda, por meio de uma união ( ( ( (union (unionunion bonnetunionunionbonnetbonnetbonnetbonnet). ). ). ). ). A escolha por uma opção ou por outra depende das condições de trabalho do fluido.
A fixação por meio de parafusos é muito confiável em termos de con-tenção de vazamentos e é utilizada para válvulas de 3" ou maiores e para condições de trabalho severas. Nesse caso, entre o castelo e o corpo da válvula, uma junta atua como elemento de vedação, a qual deve ser espe-cificada em conformidade com o fluido de trabalho no que diz respeito à
Haste com rosca externa Volante Sobrecastelo Gaxetas Castelo aparafusado Junta Corpo Gaveta Sedes Flanges
sua corrosividade e à severidade do trabalho. Para válvulas abaixo de 3", a utilização da união antes mencionada é considerada eficaz e pode tam-bém ser utilizada para condições de trabalho severas.
Em válvulas que atuam em condições de trabalho consideradas não se-veras, a fixação direta por rosca é aceitável. Nessas duas situações, entre-tanto, a exemplo do que ocorre quando da fixação por parafusos, o uso de uma junta é fundamental, valendo a observação feita anteriormente no que diz respeito à necessidade de definição da junta em função do fluido de tra-balho (corrosividade) e do produto pressão x temperatura.
A fixação do corpo à tubulação se dá por rosca, solda ou flange, sendo que a primeira forma de fixação (rosca) é utilizada para válvulas de peque-no porte (até 4"), desde que as condições de trabalho assim o permitam. Com relação ao uso de solda para fixação das válvulas, duas possibili-dades existem: uso de solda tipo encaixe e uso de solda de topo.
A soldagem de topo válvula/tubulação é empregada para condições de trabalho severas, exigindo chanfros adequados para as extremidades dos tubos e da válvula, com configurações que dependem da espessura dos materiais envolvidos, como ilustrado na Figura 10.
Os materiais utilizados na construção dos diversos componentes das vál-vulas devem ser adequados para as condições de trabalho. Evidentemente, definido o material em função da corrosividade, as espessuras dos compo-nentes devem ser calculadas pela aplicação de procedimentos estabelecidos em norma e que levam em conta os valores de pressão e temperatura do fluido de trabalho, bem como da tensão admissível do material escolhido.
Uma relação orientadora da definição dos materiais existentes x corro-sividade do produto é apresentada no Anexo 4. Após fabricação, a válvula deve ser testada, normalmente com água, à temperatura ambiente e à pressão equivalente a 1 1/2 vezes a pressão máxima de trabalho prevista. Uma tabela prática, apresentada no capítulo correspondente à
manuten-ção de válvulas, orienta sobre a definimanuten-ção da pressão de teste.
Se construídas em aço-carbono em grandes espessuras ou, ainda, em materiais tipo liga, como 4% a 6% Crcom0,5% Mo, após soldagem, tor-na-se necessário um tratamento térmico de alívio de tensões. A qualida-de da soldagem é acompanhada por teste com líquido penetrante para localização de eventuais trincas.
Posteriormente, as soldas são radiografadas, inspeção que pode reve-lar trincas, poros ou escórias presentes na solda. Enquanto as trincas são inadmissíveis, os poros e as escórias presentes podem ou não ser aceitos, dependendo da dimensão desses defeitos, bem como da sua forma.
A soldagem e o posterior tratamento térmico de alívio de tensões po-dem distorcer a válvula, bem como afetar a junta corpo/castelo, razão pela qual, em muitas situações, essa atividade é desenvolvida apenas com o corpo da válvula, sem os seus internos.
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Uma soldagem com características diferentes, utilizada para válvulas menores que 2" e, portanto, para pequenas espessuras, é a tipo encaixe, como ilustrado na Figura 11.
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SOLDAGEM DE TOPO
FIGURA 10
B – CHANFRO EM DUPLO V VÁLVULA E TUBULAÇÃO A – CHANFRO EM V
B – CHANFRO EM DUPLO V VÁLVULA E TUBULAÇÃO
A – CHANFRO EM V Corpo da válvula Tubulação 30O 1/16” 1/16” Corpo da válvula Tubulação 30O 1/16” 1/16” Corpo da válvula Tubulação Solda Solda
SOLDAGEM TIPO ENCAIXE
Válvulas são aplicadas em diversas situações e cumprem objetivos que podem ser diferentes, razão pela qual tais acessórios apresentam diver-sas formas construtivas e características próprias.
Válvula gaveta
Tal válvula, muito utilizada nas instalações industriais, é projetada, em princípio, para operar totalmente aberta ou totalmente fechada. Se utili-zadas parcialmente abertas, provocam grande perda de carga, fato que de-corre da geometria, em forma de cunha, do seu obturador. Por outro lado, totalmente aberta, dá passagem plena ao fluido de trabalho, impondo, portanto, pequena perda de carga ao fluido.
O obturador, designado simplesmente por gaveta, em forma de cu-nha ou provido de faces paralelas, acompacu-nha o movimento da haste ao qual está conectado, deslizando, durante o fechamento ou a abertura, por meio de duas sedes. Tais sedes, em válvulas de pequeno diâmetro, po-dem ser usinadas no próprio corpo ou, como ocorre na maior parte das aplicações, podem ser constituídas de duas peças independentes do cor-po da válvula, fixadas cor-por pressão, rosca ou pressão seguida de soldagem, nos casos de operação em condições mais severas.
Os materiais utilizados internamente às válvulas podem ser de alto ponto de fusão, acima de 1.100ºC, condição que confere a designação de
válvulas de segurança contra incêndio.
Nessas válvulas, a vedação é obtida de metal contra metal, exigindo ajustes mais perfeitos e, portanto, trabalhosos, entre a sede e a gaveta. Dessa forma, válvulas de segurança contra incêndio não admitem materi-ais, tais como plástico, bronze, latão etc.
Sede e gaveta são componentes que podem ser recuperados ou substi-tuídos, exigindo-se para isso um ajuste, cujo procedimento é mostrado no capítulo referente à manutenção de válvulas.
A gaveta constituída de uma única peça, como ilustrado na Figura 9, é utilizada para líquidos em geral, independentemente do diâmetro e das condições de pressão e temperatura. Tais líquidos não devem ser excessi-vamente corrosivos ou deixar sedimentos, os quais, se depositados na parte inferior do alojamento da gaveta, impedem o total fechamento, dando origem à passagem de fluido de trabalho (falta de vedação).
Para linhas de vapor, acima de 8" de diâmetro, as válvulas gavetas são muito utilizadas, promovendo um bloqueio eficiente. O mesmo ocorre com linhas de ar comprimido acima de 2".
As válvulas gaveta podem, ainda, apresentar gavetas constituídas de mais de uma peça, como a ilustrada na Figura 12. Nela, há duas peças articuladas entre si e que trabalham com uma haste cuja parte terminal
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está rosqueada em um componente em forma de cunha. Com o movimen-to descendente da haste, a cunha mencionada abre as partes articuladas da gaveta, jogando-as contra a sede, promovendo-se, dessa forma, veda-ção eficiente.
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VÁLVULA GAVETA/GAVETA ARTICULADA
FIGURA 12
A válvula de gaveta única e a articulada, apresentada na Figura 12, podem operar em qualquer posição.
Outra variante de válvula gaveta, muito utilizada para válvulas de gran-des diâmetros em tubulações de vapor, alta pressão, é constituída de dois discos livres, um dos quais contém um pequeno furo e fica do lado de maior pressão da tubulação. Em função do furo, o fluido que está sendo bloqueado penetra entre os discos e os afasta de modo a jogá-los contra as respectivas sedes, estabelecendo-se, dessa forma, um procedimento de vedação eficiente (Figura 13).
Existe um problema importante e que está relacio-nado com a abertura de válvulas de grande diâmetro (acima de 8") que operam em sistemas de alta pres-são (acima de 16kgf/cm2).
Nessas válvulas, a pressão exercida pelo fluido so-bre a gaveta é alta e o esforço para abertura é signifi-cativo, em face do atrito desenvolvido entre a gaveta e a sede durante a abertura.
Para contornar essa dificuldade, uma tubulação de pequeno diâmetro, provida de uma válvula gaveta, ligando os dois lados da válvula, pressurizados e não pressurizados, é a solução normalmente utilizada.
VÁLVULA GAVETA/SEDE DE DISCOS
FIGURA 13 Conexões para o líquido acionador Cilindro hidráulico Gaxetas Haste deslizante Gaveta Discos livres
Do ponto de vista construtivo da haste, existem, no mercado, três possibilidades:
A rosca da haste fica em contato com a atmosfera, longe do contato com o fluido de trabalho, fato impor-tante no que diz respeito à durabilidade da válvula.
Nesse tipo de válvula, o volante, ligado ao castelo por uma porca, ao ser movimentado, transmite um movimento de translação para a has-te, a qual passa a indicar, visualmenhas-te, a condição de abertura da válvu-la. Para válvulas utilizadas em sistemas de vapor, pressão acima de 8kgf/ cm2, diâmetro acima de 3", utilizam-se, por orientação da Norma USAS
B.31.1, hastes ascendentes.
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HASTE ASCENDENTE/ROSCA EXTERNA
(((((outsideoutsideoutsideoutside screw andoutsidescrew andscrew and yokescrew andscrew andyokeyokeyokeyoke – OS&Y) – OS&Y) – OS&Y) – OS&Y) – OS&Y)
Durante o funcionamento normal do sistema, a válvula de grande diâmetro está fechada, bem como a de menor porte, situada na tubulação de contorno (by-pass). Por ocasião da abertura da válvula de grande diâmetro (válvula principal),
faz-se, inicialmente, a abertura da válvula de by-pass, obtendo-se, com isso, uma equalização da pressão dos dois lados da gaveta, o que reduz o esforço exigido na abertura da válvula principal.
O by-pass equaliza a pressão dos dois lados da gaveta, permitindo menor esforço na abertura!
VÁLVULA DE HASTE ASCENDENTE/ROSCA EXTERNA
Haste com rosca externa Volante Sobrecastelo Sobreposta Gaxetas Castelo aparafusado Junta Corpo Gaveta Sedes Flanges FIGURA 14
Sistema barato e de pior qualidade que os anteriormente apresentados, é constituído de haste sem movimento de trans-lação. Nele, a gaveta é rosqueada à haste, e o acionamento, via volante, des-loca a gaveta para cima e para baixo, abrindo ou fechando a válvula. Nesse esquema, como a haste não tem movimento de translação, o posicionamento da válvula, aberta ou fechada, não pode ser definido a partir da haste.
A haste, nesse caso, gira de forma solidária ao volante, e a rosca penetra na válvula, condição que caracteri-za essa válvula como de pior qualidade em relação ao modelo anterior.
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HASTE ASCENDENTE/ROSCA INTERNA
(((((risingrisingrisingrisingrising stemstemstemstem – RS)stem – RS) – RS) – RS) – RS)
HASTE NÃO ASCENDENTE
(((((nonnonnonnonnon risingrisingrisingrisingrising stemstemstemstemstem)))))
VÁLVULA DE HASTE ASCENDENTE/ROSCA INTERNA
FIGURA 15 Porca de aperto Volante Sobreposta Gaxetas Castelo rosqueado Haste com rosca interna Corpo Gaveta Extremos rosqueados Porca do volante L B V D H (aberta) Luva de segurança Bucha rosqueada Aperta-gaxeta Gaxeta Parafuso e porca de base do castelo Parafuso de ligação Porca de ligação Corpo Anel sede Volante Engraxadeira Haste Castelo Porca aperta-gaxeta Prisioneiro aperta-gaxeta Tampa Junta da base da tampa Cunha
VÁLVULA DE HASTE NÃO ASCENDENTE
Algumas válvulas gavetas especiais são encontradas, como as
válvu-las de comporta ( ( ( (slide (slideslideslide valvesslidevalves))))), as válvulas de fechamento rápido (valvesvalvesvalves ( ( ( (quickquickquickquick quick---acting
acting acting acting
acting valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))) e as válvulas de passagem plena ( ( ( ( (throughthrough conduitthroughthroughthroughconduitconduitconduitconduit valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))),
como segue:
A gaveta é dotada de um furo central que permite o seu alinhamento com a tubulação, liberando totalmente a passagem do fluido. Tais válvulas encontram aplicação em oleodutos nos quais é necessária a utilização de dispositivo de limpeza, conhecido por
pig, que, acionado pelo próprio produto bombeado ou por água,
desloca-se ao longo da tubulação em um movimento que combina rotação com translação, “raspando-a” internamente.
Operando de forma similar ao pig, no que diz respeito aos movimen-tos de rotação e translação, um outro dispositivo, este dotado de fonte radioativa, pode detectar e posicionar, ao longo da tubulação, pontos de menor espessura que precisam ser reparados.
Geralmente, oleodutos são utilizados para o escoamento de mais de um produto. Assim, entre dois produtos diferentes, é necessária a utiliza-ção de uma esfera de modo a definir perfeitamente a interface entre esses produtos. Todos os dispositivos mencionados exigem passagem plena junto às válvulas.
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VÁLVULAS DE PASSAGEM PLENASão válvulas utilizadas em situa-ções em que o fluxo do fluido precisa ser interrompido rapidamente, sen-do o que ocorre em válvulas de descarregamento de caminhões. Nessas válvulas (Figura 18), uma alavanca substitui o volante, deslocando de for-ma rápida a gaveta e fazendo o fechamento da válvula.
VÁLVULA DE PASSAGEM PLENA
FIGURA 17 Haste Volante Sobreposta VISTA F R O N TA L DA GAVETA Castelo Corpo Gaveta maciça
(em duas partes)
Sedes
Guias fixas da gaveta
Válvulas cujas gavetas assemelham-se a chapas, portanto, de superfícies planas e não em forma de cunha, que deslizam sobre guias, controlando a passagem de gases, os quais podem conter par-tículas sólidas dispersas. Tais válvulas encontram aplicação em dutos de
CO das unidades de craqueamento catalítico para controlar a pressão no interior do reator. Nesse caso, a gaveta pode ser dupla, isto é, duas chapas deslizantes. Trabalhando nas mesmas guias, deslizam sobre elas e se en-contram no centro da válvula. Como as extremidades de cada chapa
con-P
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VÁLVULA DE FECHAMENTO RÁPIDO
FIGURA 19
DISPOSITIVO DE LIMPEZA (PIG)
FIGURA 18 VÁLVULAS COMPORTA Guia da alavanca Alavanca de operação Haste deslizante Gaxeta Castelo aparafusado Gaveta Flange Brushes Brushes pig
VÁLVULA COMPORTA
FIGURA 20
Válvula macho
As válvulas macho, classificadas como válvulas de bloqueio ou de fecha-mento, apresentam uma característica interessante, que é o acionamento mediante a rotação de uma alavanca em apenas 1/4 de volta, tornando-se, por essa razão, válvulas de fechamento rápido.
Do ponto de vista de sua construção, apresentam como obturador um componente designado de macho, o qual, conectado à alavanca mencio-nada, gira para definição das posições aberta e fechada. Normalmente, nes-sas válvulas, o uso do macho em condições de fechamento parcial não é recomendável diante da grande perda de carga nessa condição de trabalho.
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Guia Comportatêm um semicírculo, o encontro no centro da válvula dá origem a uma abertura circular de passagem mínima do gás mencionado e necessária para garantir a segurança operacional do reator. A Figura 20, esquemati-camente, ilustra esse tipo de válvula.
A graxa, evidentemente, tem de ser compatível com o fluido em esco-amento. Por outro lado, como através das ranhuras mencionadas podem ocorrer vazamentos de produto para a atmosfera, válvulas de retenção, constituídas de esferas e molas, são dispostas no trajeto percorrido pela graxa, como observado na Figura 22.
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Precisou de bloqueio rápido? Use uma válvula macho!
VÁLVULA MACHO
Tais válvulas são aplicáveis, quando em pequenos diâmetros e baixas pressões, para bloqueio de água, vapor e líquidos e, em quaisquer diâme-tros e pressões, para gases de um modo geral.
A Figura 21 mostra uma válvula macho com obturador em forma de cone e que dispõe de uma passagem retangular para o fluido. Diante do atrito que se desenvolve entre o macho e a sede, a válvula é dotada de dispositivo de lubrificação, o qual conduz a graxa, sob pressão, através de ranhuras existentes nesse obturador.
Engaxadeira Sobreposta Gaxetas Sedes Macho Orifício de passagem Rasgos de lubrificação Alavanca de manobra FIGURA 20
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VÁLVULA MACHO/LUBRIFICAÇÃO
FIGURA 22Válvulas macho, de grande diâmetro e de aplicação especial, dotadas de obturador em forma de cone, podem conter um dispositivo que per-mite promover um pequeno deslocamento do macho na direção perpen-dicular à definida pelas linhas de fluxo, logo que acionada a alavanca. As-sim, acionada a alavanca, num primeiro momento, o macho tem o deslo-camento mencionado e, em seguida, gira, proporcionando a abertura ou o fechamento da válvula. Tal movimento evita a impossibilidade de aber-tura ou fechamento da válvula para situações em que o atrito que se de-senvolve entre o macho e a sede é grande.
Para altas temperaturas, acima do limite de utilização das graxas usu-ais, as válvulas macho, quando empregadas, não são lubrificadas.
O obturador de uma válvula macho pode ser em forma de esfera, a qual é vedada normalmente por materiais como borracha, neoprene, ou Teflon, limitando o uso a temperaturas abaixo do ponto de fusão desses materi-ais. São válvulas eficientes, utilizadas para bloqueio de líquidos e gases em quaisquer diâmetros e níveis de pressão. A Figura 23 ilustra uma vál-vula que recebe a designação de válvál-vula de esfera ( ( ( (ball (ballball valvesballballvalvesvalvesvalvesvalves).).).).).
Conexão para lubrificação
Porca/parafusos da sobreposta
Porca de fixação da tampa
Tampa Ranhura lubrificação Câmara de lubrificação Plugue cônico Corpo Junta Anel de metal Anel de gaxeta Sobreposta Encaixe quadrado para uso de chave
Válvula de retenção para lubrificantes
Além da válvula esfera, uma outra variante de válvula macho é a
vál-vula de 3 ou 4 vias (((((threethreethreethreethree & & & & & fourfour wayfourfourfourwaywaywayway valvesvalvesvalvesvalves))))). O macho, nesse tipo devalves
válvula, é escavado em T, L ou X, e o corpo da válvula é dotado de 3 ou 4 conexões, permitindo mais de uma alternativa de alinhamento do produ-to (Figura 24).
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VÁLVULA MACHO DE 3 OU 4 VIAS
FIGURA 24
VÁLVULA ESFERA
FIGURA 23 Alavanca de manobra Haste Engaxetamento Macho (esfera oca) Orifício de passagem Anéis retentores Alavanca de manobra Haste Engaxetamento Macho (esfera oca) Orifício de passagem Anéis retentores Macho POSIÇÃO ABERTA CORTE EM PROJEÇÃO HORIZONTALVálvula globo
São destinadas a controlar o fluxo de um produto qualquer em uma tubulação por permitir várias posições de regulagem (Figura 25).
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VÁLVULAS GLOBO
(globeglobeglobeglobeglobe valvesvalvesvalvesvalvesvalves)
VÁLVULA GLOBO
FIGURA 25
Pela sua configuração, com o fluido que escoa da parte inferior para a superior do obturador (“tampão”), a válvula globo impõe significativa mudança na direção desse escoamento, tendo-se como conseqüência a ocorrência de grande perda de carga. Fechadas, tais válvulas permitem vedações estanques. Além disso, os seus internos podem ser de materiais de alto ponto de fusão (acima de 1.100ºC), caracterizando-as como
vál-vulas de segurança contra incêncio. Em válvál-vulas menores, aplicadas
em serviços que não exijam essa característica, alguns internos podem ser de neoprene, borracha ou de outros materiais de baixo ponto de fusão.
Algumas válvulas globo possuem características especiais, como as
válvulas angulares (((((angleangleangleangleangle valvesvalvesvalvesvalves), valves), ), ), ), as válvulas em “Y” e as válvulas
agu-lha (((((needleneedleneedleneedle valvesneedlevalvesvalvesvalves).valves).).).).
Válvulas angulares
As válvulas angulares, conforme a Figura 26, apresentam os bocais de en-trada e saída de produto dispostos a 90º, arranjo que confere perda de carga menor que as válvulas globo. Entretanto, sua utilização é limitada
Haste com rosca externa Volante Sobreposta Castelo aparafusado Tampão Sede Sentido de fluxo
em função de restrições ao seu posicionamento nas tubulações. Depen-dendo desse posicionamento, particularmente em linhas que operam em alta temperatura, esforços excessivos, gerados por efeito da dilatação, atu-am sobre o corpo dessas válvulas, podendo, em determinadas situações, provocar a ruptura.
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Válvulas
agulha
As válvulas agulha apresentam um tam-pão (Figura 27), o qual, deslocado por ação do volante, libera passa-gem pequena para o fluido, permitindo ajustes finos de vazão. São utilizadas com fre-qüência em linhas de sistemas de lubrifica-ção de equipamentos dinâmicos por permi-tirem regulagens ade-quadas da pressão.VÁLVULAS AGULHA
Castelo de união Agulha Sede Porca Trajetória do fluidoVÁLVULAS ANGULARES
FIGURA 26 Porca de aperto Gaxetas Haste com roscaTampão
Trajetória do fluido
Válvulas em “Y”
As válvulas em “Y” apresentam como diferença, comparativamente à vál-vula globo tradicional, o posicionamento da sede, o qual é definido segun-do um ângulo de 45º em relação à linha de centro da tubulação. Essa cons-trução reduz a perda de carga através da válvula, minimizando o problema existente nas válvulas globo tradicionais. São utilizadas mais intensamente em linhas de vapor nas atividades de bloqueio e regulagem de fluxo.
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VÁLVULAS EM “Y”
FIGURA 28Válvula de retenção
As válvulas de retenção ( ( ( ( (checkcheckcheckcheckcheck valvesvalvesvalvesvalves))))) permitem o escoamento do flui-valves
do de trabalho em apenas um sentido. O seu obturador, também cha-mado de tampão, é pressionado pelo próprio fluido contra a sede, quan-do o escoamento ocorre em um determinaquan-do sentiquan-do, vedação que pode ou não ser auxiliada por uma mola. No sentido oposto, o mesmo fluido atua sobre o tampão, afastando-o da sede; ele vence, nesse caso, a força da mola, se existente.
Um tipo de válvula de retenção, que atua no sentido de impedir o va-zamento do produto em escoamento para a atmosfera, constituído de esferas e válvulas, foi apresentado anteriormente. No caso mencionado, a válvula permitia a injeção da graxa de fora para dentro da válvula, lubrifi-cando as faces do macho em forma de cone e também a sede. No sentido oposto, entretanto, impedia não só o retorno da própria graxa, como o vazamento de produto para a atmosfera.
Dispositivo similar é o caso do pneu de automóvel pressurizado com ar comprimido injetado através de uma válvula de retenção. Retirado o bico de injeção de ar comprimido, o ar pressurizado do pneu tenderia a escoar para a atmosfera, no que é impedido pela válvula de retenção existente no pneu.
Tampão
Sede
Trajetória do fluido
Em instalações industriais, particularmente quando duas bombas centrí-fugas operam com a mesma finalidade, uma reserva da outra (Figura 29), o produto da descarga da bomba em operação pode, em face do arranjo de tubulações normalmente utilizado, injetar produto na bomba parada em fluxo reverso, fazendo-a girar ao contrário. Nessa situação, o rotor da bomba des-conecta-se do eixo, gerando um acidente de proporções consideráveis.
Um tipo particular de válvula, o qual não pode, rigorosamente, ser classi-ficado como válvula de retenção, designado como válvula de passagem
mí-nima ou de recirculação, também é utilizado na descarga de algumas
bom-bas, que não podem operar abaixo de uma determinada vazão sem mostrar aquecimento excessivo capaz de provocar o travamento da bomba.
Para a bomba que opera acima da vazão mínima, a válvula opera como uma retenção comum, permitindo o fluxo de produto no sentido da bomba para o sistema de descarga. Porém, quando a vazão da bomba está abaixo da vazão mínima, uma linha lateral, acionada mecanicamente por um sistema de alavancas, é aberta, permitindo ao fluido retornar parcialmen-te para a sucção. Assim, uma parparcialmen-te do fluido bombeado segue o trajeto bomba/sistema de descarga, e uma segunda parte retorna para a sucção da bomba, via linha lateral. Dessa forma, por meio da bomba, o fluxo de produto é a soma dos fluxos mencionados, cuja totalidade supera o fluxo mínimo necessário para a bomba.
O produto, na válvula de passagem míni-ma, opera com grande velocidade e, como o desgaste é em geral proporcional ao quadra-do da velocidade, os internos desse acessó-rio são normalmente de grande dureza, ou seja, da ordem de 70Rc (Figura 30).
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Sem válvula de retenção, há um risco enorme de se “perder” a bomba!
BOMBAS CENTRÍFUGAS/USO DA VÁLVULA DE RETENÇÃO
FIGURA 29
Bomba A
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BOMBAS CENTRÍFUGAS/VÁLVULA DE PASSAGEM MÍNIMA
FIGURA 30
Várias configurações para o tampão dão origem a válvulas de retenção diferentes. Destacam-se as válvulas de retenção de levantamento ( ( ( ( (liftliftliftlift lift---check
check check check
check valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))), as válvulas de retenção de portinhola ( ( ( ( (swingswing---checkswingswingswingcheckcheckcheckcheck val-val-val-val- val-ves
ves ves ves
ves) ) ) ) ) e as válvulas de retenção de esferas ( ( ( ( (ballball---checkballballballcheckcheckcheck valvescheckvalvesvalvesvalvesvalves))))).
Válvulas de retenção
e de levantamento
A Figura 31 ilustra esse tipo de válvula, em que o tampão trabalha conecta-do a um pino, o qual, sob a ação da pressão conecta-do fluiconecta-do, promove o seu levan-tamento e o escoamento desejado. Por outro lado, quando a pressão do flui-do na parte superior flui-do tampão é maior flui-do que a existente na sua parte inferior, esse obturador, jogado contra a sede, impede o retorno do fluido.
Tal tipo de válvula oferece, praticamente, a mesma resistência ao es-coamento que as válvulas globo e é mais intensamente utilizado para sis-temas gás ou vapor de diâmetros acima de 6". O sistema pino/guia, por sua vez, está sujeito a emperramento, podendo, particularmente, quan-do quan-do manuseio de produtos com sedimentos ou corrosivos, deixar de operar de forma satisfatória.
Guia superior Tampão ou disco (descarga) Sede Tampão ou disco (passagem mínima) Passagem mínima Sede (passagem mínima) Guia inferior
Válvulas de retenção de portinhola
Com a sede disposta quase que a 90º da linha de centro da tubulação, asválvulas de retenção de portinhola (swing-check valves) têm perda
de carga menor que a apresentada anteriormente, podendo ser utilizadas, de acordo com algumas características construtivas, nas posições horizon-tal e vertical. São sujeitas a emperramento em face da existência do pino articulado, ilustrado na Figura 32.
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VÁLVULA DE RETENÇÃO DE LEVANTAMENTO
FIGURA 31
VÁLVULA DE RETENÇÃO DE PORTINHOLA
FIGURA 32
Quando operam com fluido dotado de seguidas inversões de fluxo, podem vibrar intensamente, provocando muito ruído e dando origem a um fenômeno conhecido como chattering.
Tampa Guia Pino Sede Tampão Entrada Saída Tampa Flange de saída Flange de entrada Tampão Sede
VÁVULA DE PÉ
Válvulas de retenção de esferas
Utilizadas mais intensamente para fluidos de grande viscosidade que es-coam em sistemas de 2" ou de menor diâmetro, as válvulas de
reten-ção de esferas ( ( ( (ball (ballballball---chekballchekchekchekchek valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))) encontram grande aplicação industrial
(Figura 33).
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Concluindo, temos as válvulas de pé ( ( ( ( (fffffootootootootoot vvvvvalvalvalvalvalveseseseses))))), mostradas na
Fi-gura 34, e as válvulas de retenção e fechamento ( ( ( ( (stopstopstopstopstop---checkcheck valvescheckcheckcheckvalvesvalvesvalvesvalves),),),),), na Figura 35.
VÁVULA DE RETENÇÃO DE ESFERAS
FIGURA 33 FIGURA 34 Esfera Saída Entrada Bocal de saída Pino Guia Grade de entrada Tampão
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As válvulas de pé ( ( (fffffoot ( (ootootoot vootvvvalvvalvalvalvalveseseseses) ) ) ) ) são utilizadas intensamente nas linhas de alimentação de bombas centrífugas, que succionam de reservatórios não pressurizados com ponto de captação abaixo da linha de centro da bomba, como um rio ou tanque aberto. Nessa situação, o líquido, antes da partida da bomba, deve preencher toda a tubulação de sucção, chegan-do até o impelichegan-dor, numa operação conhecida como escorva.
Concluído o bombeamento e desligada a bomba, o líquido existente na sucção tende a escoar espontaneamente de volta ao reservatório, de-terminando a necessidade de um novo enchimento da tubulação de suc-ção (escorva) por ocasião do bombeamento seguinte. Este procedimento é evitado pela adição da válvula de pé na sucção, a qual, pela ação do tampão, impede o retorno do líquido para o reservatório.
A válvula de pé, quando opera com líquidos que apresentam partícu-las sólidas, é normalmente envolvida por uma tela, a qual retém, por ocasião do bombeamento, tais partículas, impedindo que as mesmas cir-culem pelo interior da bomba e sejam levadas ao ponto de utilização do produto bombeado.
As válvulas de fechamento e retenção ( ( ( ( (stopstopstop---checkstopstopcheckcheckcheckcheck valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))),
utiliza-das em linhas de saída de caldeira, operam segundo os conceitos de vál-vula de retenção e válvál-vula globo, em que o tampão, guiado por um pino, atua de forma similar às válvulas de retenção de levantamento (liftliftliftlift-checkliftcheckcheckcheckcheck valves
valves valves valves
valves). Além disso, uma haste, movimentada por um volante, trava o pino
mencionado, jogando o tampão contra a sede, o que fecha a válvula em condição de eficiência similar à apresentada pelas válvulas globo.
VÁVULA DE RETENÇÃO E FECHAMENTO
FIGURA 35 Tampão Haste rosqueada Guia Entrada Saída Haste do tampão
Válvulas de segurança e de alívio
Tais válvulas são fundamentais para a segurança operacional das instala-ções industriais. Limitam, normalmente por ação de uma mola ou de um contrapeso, a pressão no interior de um sistema, mantendo-o dentro das condições limites de projeto. Excedida a pressão predefinida como segu-ra, a válvula abre, descarregando para outros sistemas, como o sistema de tocha (flare) ou para a atmosfera, situação que ocorre em compresso-res de ar comprimido ou em caldeiras a vápor d´água.
No caso de caldeiras, a descarga dessas válvulas, as quais devem estar sempre posicionadas de modo a não causarem riscos ao homem, é segui-da de ruído intenso quando segui-da passagem do fluido, razão pela qual, em muitas situações, um silenciador também é utilizado na seqüência da instalação.
Assim como as válvulas de retenção, as válvulas de segurança e de alí-vio operam por ação da pressão ou diferença de pressão desenvolvida pelo próprio fluido de trabalho, caracterizando-se, portanto, como válvulas automáticas.
Nesse tipo de válvula, a pressão do fluido de trabalho, que atua sobre a parte inferior do tampão, também chamado de disco ou sede superior, vence a resistência da mola (ou contrapeso), abrindo-a e permitindo que ela descarregue para um sistema de alívio.
Caso a válvula esteja alinhada para um sistema também pressurizado, o esforço desenvolvido na parte inferior do tampão vence a resistência da mola adicionada ao esforço desenvolvido pela pressão do fluido do siste-ma de descarga, atuante na parte superior do tampão.
Tal pressão, designada de contrapressão ( ( ( ( (backbackbackbackback pressurepressurepressurepressurepressure))))), pode ser
anu-lada em algumas válvulas pelo uso de algum tipo de dispositivo, como um fole, caso em que a válvula é dita balanceada.
A Figura 36 ilustra uma válvula de segurança convencional, e as Figu-ras 37 e 38 mostram válvulas balanceadas, nas quais, com o auxílio ou não de fole, a construção permite fazer com que sobre o disco, tanto na sua parte inferior como na superior, os esforços gerados pelo produto da descarga sejam os mesmos. Este esquema possibilita, portanto, anular os esforços sobre ele automaticamente. Tanto as válvulas balanceadas como as não balanceadas podem ser dotadas de uma alavanca externa para aci-onamento manual, proporcionando uma verificação ou teste dessas vál-vulas para certificação da funcionalidade das mesmas.
PSV ou PRV: a melhor forma de deixar uma planta operacionalmente segura!
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VALVULA DE SEGURANÇA CONVENCIONAL/ESQUEMA
FIGURA 36Pense e Anote
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Porca de regulagem Mola Bocal de saída Tampão Sede Bocal de entrada Castelo Vent Mola (Fs) PB PB P V Guia do disco Tampão ou disco PB PBCASTELO COM VENT PARA DESCARGA DA VÁLVULA
PV AN = Fs + (PB AN) CASTELO COM VENT PARA
As características operacionais dessas válvulas dependem da natureza do fluido de trabalho, razão pela qual são designadas de válvulas de
se-gurança ( ( ( (safety (safetysafetysafetysafety valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))) quando operam com gases, ou válvulas de alí-vio ( ( ( ( (reliefreliefreliefrelief valvesreliefvalvesvalvesvalvesvalves) ) ) ) ) quando operam com líquidos. Assim, a abertura de uma válvula que opera com vapor ou gás, devido à alta compressibilidade des-tes, traduz-se por ação rápida conhecida como pop action, que permite designar as válvulas de segurança como válvulas pop. Na prática, no ca-pítulo que trata da manutenção de válvulas, as válvulas de segurança e de
VÁLVULA DE SEGURANÇA BALANCEADA
FIGURA 37
VÁLVULA DE SEGURANÇA BALANCEADA
FIGURA 38
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Mola do castelo ventrado Vent do fole F S P V Fole com vent Tampão ou disco P B AB = ANAB = Área efetiva do fole
AD = Área do disco
AN = Área de assentemento no bocal
AP= Área do pistão
FS= Força da mola
PV= Pressão no vaso/manométrica
PB= Contrapressãoimposta pelo sistema em libras/pol2/manométrica
PS= Pressão de ajuste Nota Na figura PV = PS (PV) (AN) = FS (típica) e PS = FS/AN Mola do castelo ventado Vent Tampão ou disco PB A P = AN P B P B Pistão P V P B PB F S
DISCO OU TAMPÃO BALANCEADO TIPO PISTÃO COM VENT
DISCO OU TAMPÃO BALANCEADO TIPO PISTÃO COM VENT
alívio, independentemente do estado físico do produto com os quais tra-balham, são designadas apenas como válvulas de segurança.
Um equipamento, como uma caldeira, por exemplo, deve ser subme-tido a teste hidrostático realizado a uma pressão da ordem de 1 1/2 vez a pressão de trabalho do equipamento, valor superior à pressão de ajuste da válvula de segurança. Durante o teste, a válvula deve ser removida ou, na impossibilidade de sua remoção, particularmente nos casos em que a válvula é soldada, ela deve ser travada na condição fechada para permitir o referido teste. A Figuras 39 e 40 mostram, respectivamente, um plugue e um grampo utilizados no teste.
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Plugue Pino Cap Anel “O” Bocal Parafuso do grampo teste Rosqueado Grampo de teste Porca Haste Parafuso de ajuste Porca de ajuste Castelo Grampo de teste Conjunto grampo de testeVÁLVULA DE SEGURANÇA/PLUGUE DE TRAVAMENTO
FIGURA 39
VÁLVULA DE SEGURANÇA/GRAMPO DE TRAVAMENTO
Alguns termos são utilizados com freqüência quando estamos tratan-do de válvulas de segurança e de alívio, sentratan-do que os principais estão relacionados a seguir.
Pressão de operação
É a pressão de operação do fluido de trabalho, entendendo-se que ele pode estar em mais de uma condição de pressão e temperatura, todas conside-radas condições de trabalho. Dentre elas, a que corresponde à maior pres-são é utilizada como referência para definir prespres-são de abertura da válvu-la, designada de pressão de ajuste.
Pressão de ajuste
É a pressão definida para abertura da válvula, valor evidentemente maior que a pressão de operação usual, guardando entre elas diferença de pres-são de 10%.
Na situação em que a válvula de segurança ou de alívio descarrega para um sistema pressurizado, este impõe uma contrapressão à válvula, cujo valor deve ser considerado para definição da pressão de ajuste.
Sobrepressão
Atingida a pressão de ajuste, o tampão desloca-se, iniciando a abertura da válvula. A pressão, porém, ainda cresce, bem como a abertura da vál-vula, até atingir valor que corresponde à máxima capacidade de escoamen-to do fluido. A diferença entre essa pressão e a pressão de ajuste, normal-mente expressa em termos percentuais, é a sobrepressão, a qual, de con-formidade com o código ASME (American Society Mechanical Engineering), tem os seguintes valores:
Acúmulo
É a diferença de pressão, expressa em geral em termos percentuais, entre a máxima pressão alcançada durante a abertura da válvula e a máxima pressão de trabalho permitida (Maximum Admitted Work Pressure – MAWP). Caso a máxima pressão de trabalho permitida seja igual à pressão de ajuste, os conceitos de sobrepressão e acúmulo coincidem.
Para ar e gases de um modo geral Para vapor em linha
Para vapor/caldeira Em condição de fogo
Para líquidos de um modo geral
10% (ASME, Seção VIII) 10% (ASME, Seção VIII) 3% (ASME, Seção I) 21% (ASME, Seção VIII) 25% (s/ref. no Código ASME)
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Diferencial de alívio
Concluída a descarga, por ocasião do fechamento da válvula, a pressão cai para um valor ligeiramente inferior ao da pressão de ajuste. A diferença entre as pressões mencionadas, expressa em termos percentuais com re-lação à pressão de ajuste, é designada de diferencial de alívio (blowdown). O diferencial de alívio também é um valor normalizado pelo código ASME. A seção VIII define o valor de 5% a 7% para as válvulas de processo, e a seção X, o valor de 4% para caldeiras.
As válvulas de segurança possuem anel de regulagem a partir do qual, em bancada, o diferencial de alívio pode ser ajustado. O anel de regula-gem, entretanto, só tem aplicação para válvulas de segurança que ope-ram com vapor ou gás, sendo inócuo para válvulas que opeope-ram com lí-quidos.
Reunindo os conceitos até aqui apresentados, a Figura 41 mostra-os em função da máxima pressão de ajuste.
PRESSÃO DE AJUSTE X DEMAIS CONCEITOS
FIGURA 41
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Sobrepressão ou acúmulo Índice Índice 150 140 130 125 121 116 110 105 103 100 98 95 90 50 40 30 25 21 16 10 5 3 0 – 2 – 5 – 10 Diferença de alívio Diferença de alívio % % Sobrepressão ou acúmulo Sobrepressão (Líquidos) Sobrepressão (Fogo) Máxima pressão alívio para múltiplas válvulas (Processo) Sobrepressão (Vapor/gás) Máxima pressão ajuste permitida para válvulas suplementares (Fogo)Máxima pressão de ajuste
permitida para válvulas suplementares (Processo) Sobrepressão (Caldeira) Máxima pressão de trabalho permitida – MAWP
Pressão de ajuste Início da abertura
Reassentamento da válvula (Diferencial de alívio) Máxima pressão de operação usual/pressão para teste de vedação
A análise da seqüência operacional de uma válvula de segurança é importante para caracterizar os conceitos apresentados. A Figura 42 retra-ta uma válvula de segurança fechada e alguns de seus componentes (bo-cal, tampão, anel do bo(bo-cal, anel guia, a guia propriamente dita e a mola).
Seqüencialmente, ocorre:
Abertura inicial da válvula, condição em que o fluido deixa de atuar sobre a área A1do disco para atuar sobre a área A 2. Como se pode observar, A2>A1, fato que promove um acréscimo instantâneo na força de abertura da válvu-la, a qual passa a sobrepujar em muito a força da mola e, também, a contra-pressão existente. O fluido, vapor ou gás expande-se por ocasião da abertura da válvula, contribuindo para a continuidade desse processo. Nesse instante, atinge a válvula uma abertura correspondente a 70% do curso total.
O processo de abertura continua, com o fluido parcialmente incidindo sobre a parte inferior do tampão. Ele retorna para atuar sobre o bocal e sobre o anel correspondente, região definida pela área anular C, e volta novamente à parte inferior do tampão, atingindo a válvula a sua abertura total. Nesse momento a descarga é máxima e a pressão reinante deve es-tar no máximo no valor definido para pressão de ajuste mais a sobrepres-são estabelecida (Figura 43).
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Força da mola Válvula fechadaÁrea do disco “A 1”
Pressão do sistema
VÁLVULA DE SEGURANÇA/ESQUEMA
VÁLVULA DE SEGURANÇA/ESCOAMENTO NA ABERTURA DA VÁLVULA
FIGURA 43
VÁLVULA DE SEGURANÇA/FORÇAS DE EXPANSÃO
FIGURA 44
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Abertura inicial Área anular secundária “A2” Pressão do sistema Guia de disco Anel de regulagem (ajuste) Área anular “C” Furo do bocal Área anular secundária “A2” Pressão internadurante o escoamento Totalmente aberta Vazão total Força da mola
Nas válvulas de segurança (Figura 36), o bocal é normalmente inserido no corpo da válvula. Tanto o bocal como o tampão, disco ou ainda o fole, quando utilizado, são normalmente constituídos de aços inoxidáveis. Na região de assentamento (disco/bocal), em que a velocidade de escoamen-to é alta, o material é revestido com “Stellite”. Corpo e castelo, bem como a mola, podem ser eventualmente de aço-carbono. Entretanto, em mui-tas situações, materiais mais nobres são utilizados. Abaixo, são relaciona-dos os materiais mais empregarelaciona-dos para esses componentes.
Corpo e castelo
ASTM A 216 Gr WCB, ASTM A 217 Gr C5, ASTM A 217 Gr WC6, ASTM A 217 Gr WC9, ASTM A 217 Gr CF8, ASTM A 351 Gr CF8, ASTM A 351 Gr CF8M, Monel e Hastelloy.
Bocal e disco
AISI 304, AISI 316, AISI 316 L, Monel e Hastelloy, com os revestimentos mencionados anteriormente na região de assentamento.
Mola
Aço-Carbono, Aço Inoxidável, Aço-Liga, Inconel, Monel e Hastelloy. Fole
AISI 316, AISI 316 L, Monel, Hastelloy e Inconel.
Finalizando, um dispositivo que protege um sistema contra pressão excessiva e que opera de forma diferente das válvulas de segurança e alí-vio é o disco de ruptura.
Constituído por uma chapa calibrada, é colocado entre dois flanges. Atin-gida uma pressão predefinida, o disco rompe-se, aliviando o sistema por meio de escoamento de fluido para um outro reservatório (Figura 45).
DISCO DE RUPTURA
FIGURA 45
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Válvula de controle
Malha de controle existe para obter-se determinado valor de uma variá-vel de processo. Composta por diversos equipamentos e comandada por programas de computador, possui como elemento final uma válvula de controle.
Fundamentalmente, ela atua no sentido de manter em determinado valor a pressão ou a vazão de um fluido de trabalho. Para isso, tal válvula recebe um sinal de pressão ou de vazão de produto sob controle (ar de ins-trumento), e esse sinal atua sobre a face superior de um diafragma ao qual está conectada a haste de acionamento da válvula, fechando-a, por exem-plo, de acordo com a necessidade do processo. Nesse esquema de fecha-mento da válvula, uma mola, como ilustrado na Figura 46, é distendida, provocando o retorno da haste e, portanto, a abertura da válvula sempre que o sinal de pressão atuante na face superior do diafragma é reduzido.
A válvula apresentada na figura caracteriza-se como válvula globo, po-rém dotada de duplo tampão, o qual tem por objetivo compensar os es-forços provocados pelo fluido sobre a haste, não influenciando sua desci-da ou subidesci-da.
O atuador da válvula da figura é pneumático, e o sinal pode vir direta-mente de um ponto específico do sistema sob controle ou de uma central de controle, a qual, após computar uma série de informações de proces-so, emite sinais para diversas válvulas, ajustando-as dentro de uma con-dição operacional definida.
A Figura 46 apresenta as curvas de funcionamento de diversos tipos de válvulas para controle de vazão em função do
percentual de abertura da válvula. Dependen-do das características de abertura das válvu-las, têm-se aplicações específicas; portanto, é necessário compatibilizar o tipo de válvula utilizado com a função esperada para ela.
Válvula borboleta
As válvulas borboleta ( ( ( (butterfly (butterflybutterflybutterfly valvesbutterflyvalvesvalvesvalvesvalves), ), ), ), ), utilizadas para líquidos, gases e materiais pastosos, apresentam um disco revestido ou não, o qual, sob a ação de uma alavanca, gira, permitindo controlar a vazão de produto. O revestimento do disco é feito sempre que
exis-te a necessidade de compatibilizar a corrosi-vidade do produto com o material do disco, o qual é, normalmente, de aço-carbono. Em-bora deficiente em termos de vedação, tais válvulas encontram grande aplicação indus-trial (Figura 47).
O melhor computador de processo nada faz se não existirem as válvulas de controle!
Borboletas são muito usadas para o bloqueio de células em torre de água de resfriamento!
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VÁLVULAS DE CONTROLE/PERCENTAGEM
DE ABERTURA X PERCENTAGEM DE VAZÃO
FIGURA 46
VÁLVULA BORBOLETA
FIGURA 47
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Porca deregulagem da mola
Mola calibrada regulável (para abrir a válvula)
Admissão de ar comprimido (para fechar a válvula)
Diafragma flexível Indicador de posição de abertura Haste Sobreposta Gaxeta Tampões duplos balanceados Sedes Abertura da válvula (%)
Vazão através da válvula (% da vazão máxima) Atuador
pneumático
1. Válvula de gaveta comum 2. Igual percentagem 3. Abertura rápida 4. Linear Flanges da tubulação Disco de fechamento Corpo da válvula (entre os flanges) Aberto Fechado 1 3 4 2
MATERIAIS CONSTRUTIVOS DE VÁLVULAS DIAFRAGMA
TABELA 1
VÁLVULA DIAFRAGMA
Corpo Disco Eixo
Ferro fundido Ferro fundido Aço-carbono Aço-carbono AISI 316 Aplicação normal Aplicação em serviços corrosivos Especial Ferro fundido Ferro fundido Aço-carbono AISI 316 AISI 316 AISI 410 SAE 1045 AISI 410 AISI 316 AISI 316 Bronze Bronze-alumínio Ferro fundido nodular
AISI 316 revestido AISI 316
Bronze Bronze-alumínio AISI 410 AISI 410 FIGURA 48
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Volante Castelo Diafragma flexível (aberto) Posição fechada Tampão Haste SedeVálvula diafragma
As válvulas diafragma ( ( ( ( (diaphragmdiaphragmdiaphragmdiaphragm valvesdiaphragmvalvesvalvesvalvesvalves) ) ) ) ) (Figura 48) são de construção simples, em que um diafragma fixo a um eixo, resistente à corrosividade do produto, controla, por ação de um volante, o fluxo de um produto.
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Válvula mangote
Aplicada de forma similar à válvula diafragma, é constituída por um gote fixado à tubulação por meio de flanges. O estrangulamento do man-gote, efetuado por ação de uma haste acionada por um volante ou pneu-maticamente, controla a vazão do produto.
O mangote é de material flexível e resistente à ação corrosiva do produto.
