EQUIPAMENTOS
INDUSTRIAIS
VÁLVULAS
As válvulas são dispositivos destinados a estabelecer,
controlar e interromper o fluxo em uma tubulação. São
os acessórios mais importantes existentes nas
tubulações e que por isso devem merecer o maior
cuidado no seu manuseio. Em qualquer instalação
existe sempre o menor número possível de válvulas,
compatível com o funcionamento da mesma, porque as
válvulas são peças caras, onde sempre há possibilidade
de vazamento (em juntas, gaxetas, etc.) e que
introduzem perdas de carga, às vezes de grande valor.
As válvulas representam, em média, cerca de 80% do
custo de uma instalação de processamento.
A localização das válvulas é disposta de tal modo que
facilite a manobra e a manutenção das mesmas, e para
que as válvulas possam ser realmente úteis.
CLASSIFICAÇÃO DAS VÁLVULAS
Existe uma grande variedade de tipos de
válvulas, algumas para uso geral, e outras
para
finalidades
específicas.
São
os
seguintes os tipos mais importantes de
válvulas:
Válvulas de Bloqueio
Válvulas de Regulagem
Válvulas que permitem o Fluxo em um só
sentido
VÁLVULAS DE BLOQUEIO
Denominam-se válvulas de bloqueio as
válvulas que se destinam primordial mente a
apenas estabelecer ou interromper o fluxo,
isto é, que só devem funcionar
completamente abertas ou completamente
fechadas.
válvulas de gaveta
válvulas de macho
válvulas de esfera
VÁLVULAS DE REGULAGEM:
Válvulas de regulagem são as destinadas
especificamente para controlar o fluxo,
podendo por isso trabalhar em qualquer
posição de fechamento parcial.
válvulas de globo
válvulas de agulha
válvulas de controle
válvulas de borboleta
válvulas de diafragma
VÁLVULAS QUE PERMITEM O
FLUXO EM UM SÓ SENTIDO:
válvulas de retenção
válvulas de retenção e fechamento
válvulas de pé
VÁLVULAS QUE CONTROLAM A
PRESSÃO
válvulas de segurança e de alívio
válvulas de contrapressão
COMPONENTES PRINCIPAIS DAS
VÁLVULAS
O corpo e o castelo são as duas
partes em que se divide a carcaça
de uma válvula. O corpo é a parte
principal da carcaça, onde estão o
orifício de passagem do fluido e as
extremidades (com flanges, roscas,
etc.) para ligação às tubulações. O
castelo é a parte superior da
carcaça que se desmonta para
acesso ao interior da válvula.
TRÊS MEIOS MAIS USUAIS SÃO EMPREGADOS
PARA A FIXAÇÃO DO CASTELO AO CORPO DA
VÁLVULA:
Castelo rosqueado diretamente ao corpo – É
o sistema mais barato usado apenas em
pequenas válvulas de baixa pressão.
Castelo preso ao corpo por uma porca solta
de união - Esse sistema é empregado para
válvulas pequenas (até 2") de boa qualidade,
para serviços severos ou altas pressões.
Castelo aparafusado - É o sistema usado
para válvulas grandes (3" em diante) e para
qualquer pressão, por ser mais robusto e
permitir muito melhor vedação.
MECANISMO INTERNO E GAXETAS
O mecanismo móvel interno da válvula (haste, peças de
fechamento) e a sede, no orifício da válvula, onde o
mesmo se assenta, chama-se "trim" da válvula. Essas
peças, que são as partes mais importantes da válvula,
estão sujeitas a grandes esforços mecânicos e devem
ter uma usinagem cuidadosa para que a válvula tenha
fechamento estanque: além disso, não podem sofrer
desgaste por corrosão ou erosão nem deformações por
fluência, que comprometeriam a estanqueidade da
válvula. Por todas essas razões é freqüente que o trim
da válvula seja feito de um material diferente e de
melhor qualidade do que o da carcaça.
Na maioria das válvulas a haste atravessa o castelo,
saindo do corpo da válvula. Para evitar vazamentos pela
haste, existem gaxetas convencionais com sobreposta e
parafusos, ou com porcas de aperto, ou mais
raramente, sistemas especiais de vedação, como
retentores, foles, etc.
EXTREMIDADES DAS VÁLVULAS
Todas as válvulas são peças sujeitas a
manutenção periódica, e por essa razão, em
principio
deveriam
ser
desmontáveis
da
tubulação. Tanto as válvulas rosqueadas como as
flangeadas, são facilmente desmontadas da
tubulação para reparos ou substituição. Também
são bastante empregadas as válvulas com
extremidades para solda de encaixe e para solda
de topo. A desmontagem dessas válvulas é bem
mais difícil, mas em compensação, não há risco
de vazamentos na tubulação.
PRINCIPAIS TIPOS DE EXTREMIDADE
DAS VÁLVULAS:
Extremidades flangeadas - Sistema usado em quase
todas as válvulas, de qualquer material, empregadas
em tubulações industriais de 2" ou maiores.
Extremidades para solda de encaixe - Sistema usado
principalmente em válvulas de aço, de menos de 2",
empregadas em tubulações ligadas por solda de
encaixe.
Extremidades rosqueadas - Sistema usado em
válvulas de 4" ou menores, empregadas em
tubulações em que se permitam ligações rosqueadas.
Extremidades para solda de topo - Sistema usado em
válvulas de aço de mais de 2", em serviços com
pressões muito altas ou com fluidos em que exijam
eliminação absoluta do risco de vazamentos.
MEIOS DE OPERAÇÃO DAS
VÁLVULAS
Há uma variedade muito grande de sistemas usados para
a operação das válvulas; os principais são os seguintes:
Operação manual:
por meio de volante
por meio de alavanca
por meio de engrenagens, parafusos sem fim,etc.
Operação motorizada:
Pneumática
Hidráulica
elétrica
Operação automática
Pelo próprio fluído (por diferença de pressões
gerada pelo escoamento).
OPERAÇÃO MANUAL
A operação manual é o sistema mais barato e mais comumente
usado; emprega-se em todas as válvulas que não sejam automáticas e para as quais não se exija operação motorizada.
No manuseio das válvulas operadas manualmente, durante o
seu fechamento (principalmente nas gavetas e globo) é necessário que após o fechamento total o volante seja girado na posição de abertura de 1/4 de volta para evitar o emperramento, manter hastes, roscas, lubrificados e acionados quando possível e evitar manusear seus volantes com chaves “F” desproporcionais para não quebrá-los.
O fechamento das válvulas corresponde sempre à rotação da
haste no sentido dos ponteiros do relógio, para quem olha a haste do extremo para o corpo da válvula. Nas válvulas com operação manual empregam-se os volantes ou as alavancas em válvulas até 12", e os sistemas com engrenagens de redução ou parafusos sem fim para válvulas maiores, a fim de tomar a operação mais leve .
OPERAÇÃO MOTORIZADA
A operação motorizada é empregada apenas nos
seguintes casos:
Em válvulas comandadas por instrumentos
automáticos;
Em válvulas situadas em posições inacessíveis;
Em certas válvu1as muito grandes, em que seja
difícil a operação manual.
Nos sistemas de operação motorizada, hidráulica ou
pneumática a haste da válvula é comandada
diretamente por um êmbolo ou um diafragma sujeita
à pressão de um líquido ou de ar comprimido. O
comando hidráulico bastante mais raro na prática do
que o comando pneumático, é usado quase somente
para válvulas muito grandes. A operação motorizada
pneumática é o sistema mais usado nas válvulas
comandadas por instrumentos automáticos.
VÁLVULAS DE GAVETA
Esse é o tipo de válvula mais importante e de
uso
mais
generalizado.
Os
principais
empregos das válvulas de gaveta são os
seguintes
Em quaisquer diâmetros para todos os serviços
de bloqueio em linhas de água, óleo e líquidos
em geral, desde que não sejam muito corrosivos,
nem deixem muitos sedimentos ou tenham
grande quantidade de sólidos em suspensão.
Em diâmetros acima de 8" para bloqueio em
linhas de vapor.
Em diâmetros acima de 2" para bloqueio em
VÁLVULAS DE GAVETA
O fechamento nessas válvulas é feito pelo movimento de
uma peça chamada de gaveta, que se desloca
paralelamente ao orifício da válvula, e perpendicularmente
ao sentido geral de escoamento do fluido.
Quando completamente abertas, a perda de carga
causada pelas válvulas de gaveta é desprezível. Essas
válvulas só devem trabalhar completamente abertas ou
completamente fechadas, isto é, são válvulas de bloqueio
a não de regulagem. Quando parcialmente abertas,
causam perdas de carga muita elevadas e também
laminagem da veia fluida, acompanhada muitas vezes de
cavitação e violenta corrosão e erosão.
Observe-se que as válvulas de gaveta são sempre de
fechamento
lento
sendo
impossível
fecha-las
instantaneamente: o tempo necessário para o fechamento
será tanto maior quanto maior for a válvula.
VÁLVULAS DE MACHO
As válvulas de macho aplicam-se principalmente nos
serviços de bloqueio de gases (em quaisquer
diâmetros, temperaturas e pressões), e também no
bloqueio rápido de água, vapor e líquidos em geral
(em pequenos diâmetros e baixas pressões). As
válvulas macho são recomendadas também para
serviços com líquidos que deixem sedimentos ou que
tenham sólidos em suspensão.
Nessas válvulas o fechamento é feito pela rotação de
uma peça (macho) onde há um orifício bloqueado, no
interior do corpo da válvula. São válvulas de fecho
rápido, porque se fecham com
1/
4de volta do macho
ou da haste. As válvulas macho só devem ser usadas
como válvulas de bloqueio,isto é, não devem
funcionar em posições de fechamento parcial.
VÁLVULAS DE ESFERA
O macho nessas válvulas é uma esfera, que
gira sobre um orifício, deslizando entre anéis
retentores de material resiliente (borracha,
neoprene, teflon, etc.), tornando a vedação
absolutamente estanque. As vantagens da
válvula de esfera sobre as de gaveta são o
menor tamanho, peso, custo, melhor
vedação e maior facilidade de operação.
VÁLVULAS DE 3 OU 4 VIAS
O macho nessas Válvulas é furado em “T”,
em "L" ou cruz, dispondo a válvula de 3 ou 4
bocais para ligação às tubulações. As
válvulas de 3 e 4 vias são fabricadas e
empregadas apenas em diâmetros pequenos,
até 4".
VÁLVULAS DE RETENÇÃO
Essas válvulas permitem à passagem do fluido em um sentido
apenas, fechando-se automaticamente por diferença de pressões, exercidas pelo fluido em conseqüência do próprio escoamento, se houver tendência à inversão no sentido do fluxo. São, portanto, válvulas de operação automática.
Empregam-se as válvulas de retenção quando se quer impedir
em determinada linha qualquer possibilidade de retorno do fluído por inversão do sentido de escoamento. Citaremos dois casos típicos de uso válvulas de retenção:
Linhas de recalque de bombas (imediatamente após a bomba)
quando se tiver mais de uma bomba em paralelo descarregando no mesmo tronco. As válvulas de retenção servirão nesse caso para evitar a possibilidade de ação de uma bomba que estiver operando sobre outras bombas que estiverem paradas.
Linha de recalque de uma bomba para um tanque elevado ou
como refluxo de uma torre elevada. A válvula de retenção evitará o retomo do líquido no caso de ocorrer uma paralisação súbita no funcionamento da bomba.
VÁLVULAS DE RETENÇÃO DE
PORTINHOLA
É o tipo mais usual de válvulas de retenção; o fechamento é
feito por uma portinhola articulada que se assenta no orifício da válvula. Existem também modelos para trabalhar em posição horizontal (mais comum) ou vertical.
As perdas de carga causadas, embora elevadas, são menores
do que as introduzidas pelas válvulas de retenção de levantamento. As válvulas de portinhola não devem ser usadas em tubulações sujeitas a muito freqüentes inversões de sentido de fluxo, porque nesse caso tem tendência a vibrar fortemente.
Para diâmetros muito grandes, acima de 12", essas válvulas
costumam ter a portinhola balanceada, isto é, o eixo de rotação atravessa a portinhola que fica assim com uma parte para cada lado do eixo. A finalidade dessa disposição é amortecer o choque de fechamento da válvula quando houver inversão do fluxo.
Algumas válvulas de retenção desse tipo têm uma alavanca
externa, com a qual a portinhola pode ser aberta ou fechada, à vontade, quando necessário.
VÁLVULAS DE RETENÇÃO DE
PORTINHOLA
VÁLVULAS DE RETENÇÃO DE
ESFERA
Essas válvulas são semelhantes às válvulas
de retenção de levantamento, sendo porém o
tampão substituído por uma esfera. É o tipo
de válvula de retenção cujo fechamento é
mais rápido. Essas válvulas, que são muito
boas para fluidos de alta viscosidade, são
fabricadas e usadas apenas para diâmetros
até 2".
VÁLVULAS DE BORBOLETA
Essas válvulas são usadas principalmente por
tubulações de grande diâmetro (mais de 20",), de
baixa pressão onde não se exija vedação perfeita,
para serviços com água, ar, gases, materiais pastosos,
bem como para líquidos sujos ou contendo sólidos em
suspensão. O fechamento da válvula é feito por meio
de uma peça circular que pivota em torno de um
diâmetro perpendicular ao sentido de escoamento do
fluido. A válvula de borboleta mostrada é do tipo
"wafer" destinada a ser instalada entre dois flanges de
tubulação. Existem também válvulas de construção
convencional
com
flanges
integrais,
que
evidentemente são mais pesadas e mais compridas
do que o modelo da figura do slide seguinte.
JUNTAS DE EXPANSÃO
As juntas de expansão são peças não-rígidas
que se intercalam nas tubulações com a
finalidade de absorver total ou parcialmente
as dilatações provenientes das variações de
temperatura e também de impedir a
propagação de vibrações.
As juntas de expansão são, entretanto,
raramente usadas: na maioria dos casos, o
controle da dilatação térmica dos tubos é
feito
simplesmente
por
um
traçado
conveniente dado à tubulação, com diversas
mudanças de direção, de maneira que a
tubulação tenha flexibilidade própria o
suficiente.
PRINCIPAIS CASOS DE APLICAÇÃO DE
JUNTAS DE DILATAÇÃO
Quando o espaço disponível é insuficiente para que se
possa ter um trajeto da tubulação com flexibilidade
capaz de absorver as dilatações.
Em tubulações de diâmetro muito grande (acima de
20"), ou de material muito caro, onde haja interesse
econômico em fazer-se o trajeto o mais curto possível.
Em tubulações que por exigências de serviço devam ter
trajetos diretos retilíneos, com um mínimo de perdas de
carga ou de turbilhonamentos.
Em tubulações sujeitas a vibrações de grande
amplitude.
Em certas tubulações ligadas a equipamentos delicados,
ou muito sensíveis. A junta de expansão servirá, nesse
caso, para evitar a possibilidade de transmissão de
esforços da tubulação para o equipamento.
JUNTAS DE EXPANSÃO
Comparando-se uma junta de expansão com uma
tubulação com curvas capazes de absorver uma
dilatação equivalente, verifica-se que a tubulação com
curvas, devido ao maior comprimento de tubo
necessário, conduz a maiores valores das perdas de
carga e das perdas de calor, acréscimo esse que pode
chegar a 30%. Em compensação, as juntas de expansão
são em geral mais caras do que o comprimento
adicional de tubo, principalmente para pequenos
diâmetros. A desvantagem mais séria das juntas de
expansão é, porém, o fato de constituírem sempre um
ponto fraco da tubulação, sujeito a defeitos, a
vazamentos, e a maior desgaste, podendo dar origem a
sérios acidentes, e com necessidade constante de
inspeção e de manutenção: essa é a principal razão do
seu pouco uso.
AQUECIMENTO DAS TUBULAÇÕES
O aquecimento das tubulações pode ser feito com as
seguintes finalidades:
Manter os líquidos de alta viscosidade em condições de
escoamento;
Manter determinados líquidos, por exigência de serviço,
dentro de certos limites de temperatura. Para qualquer uma das duas finalidades acima o aquecimento deve ser feito em regime contínuo. No caso de líquidos de alta viscosidade basta, às vezes, aquecer apenas nos períodos de frio, quando a temperatura ambiente estiver muito baixa.
Pré aquecer os tubos, no início do funcionamento, para
liquefazer depósitos sólidos que se tenham formado no interior dos tubos, enquanto o sistema esteve parado. Com essa finalidade, basta que o aquecimento seja feito no período inicial de funcionamento, depois de cada interrupção prolongada de serviço.
AQUECIMENTO DAS TUBULAÇÕES
O aquecimento das tubulações pode ser feito com as
seguintes finalidades:
Manter os líquidos de alta viscosidade em condições de
escoamento;
Manter determinados líquidos, por exigência de serviço,
dentro de certos limites de temperatura. Para qualquer uma das duas finalidades acima o aquecimento deve ser feito em regime contínuo. No caso de líquidos de alta viscosidade basta, às vezes, aquecer apenas nos períodos de frio, quando a temperatura ambiente estiver muito baixa.
Pré aquecer os tubos, no início do funcionamento, para
liquefazer depósitos sólidos que se tenham formado no interior dos tubos, enquanto o sistema esteve parado. Com essa finalidade, basta que o aquecimento seja feito no período inicial de funcionamento, depois de cada interrupção prolongada de serviço.
AQUECIMENTO DAS TUBULAÇÕES
Observe-se que o aquecimento dos tubos não se destina a
elevar a temperatura do líquido circulante, deseja-se apenas compensar as perdas de calor que se dão ao longo da tubulação, para que a temperatura inicial do líquido seja mantida.
O meio de aquecimento mais usado em tubulações industriais é
o vapor de baixa ou de média pressão (0,7 a 10 kgfcm2) através de “steam-tracing”. Qualquer que seja o sistema de aquecimento empregado nunca pode dispensar o isolamento térmico da tubulação, sem o qual a eficiência do aquecimento seria baixíssima.
De um modo geral, devem ser aquecidas as tubulações que
trabalham com líquidos de alta viscosidade, alto ponto de congelamento, ou líquidos que tendam a formar depósitos
sólidos quando resfriados. Algumas vezes é necessário também o aquecimento em linhas de gases liquefeitos, para evitar o
congelamento em pontos onde haja uma forte descompressão do gás, como é o caso, por exemplo, no trecho a jusante de certas válvulas de controle.
SISTEMAS USADOS PARA O
AQUECIMENTO
São os seguintes os principais sistemas
usados para o" aquecimento das tubulações:
Tubos de aquecimento externos paralelos
Tubo de aquecimento externo em espiral
Camisa externa
Tubos de Aquecimento Externos
Paralelos
O aquecimento é feito por um ou mais tubos de vapor,
paralelos,
de
pequeno
diâmetro
(steam-tracers),
justaposto externamente ao tubo principal.
Os tubos de vapor são amarrados no tubo a aquecer, e o
conjunto todo é envolvido com isolamento térmico.
Esse sistema tem as vantagens do baixo custo inicial,
facilidade de manutenção e impossibilidade de
contaminação do fluido circulante pelo vapor e vice-versa.
Em compensação, as desvantagens são o aquecimento
irregular e de difícil controle, troca de calor apenas por
irradiação e convecção, e aquecimento inicial lento.
Pode-se conPode-seguir melhor eficiência da troca de calor,
preenchendo-se os espaços entre os tubos de
aquecimento e o tubo a aquecer, com massas especiais
que possuem alto coeficiente de transmissão de calor.
TUBOS DE AQUECIMENTO
EXTERNOS PARALELOS
TUBO DE AQUECIMENTO
EXTERNO EM ESPIRAL
Nesse sistema, o tubo de aquecimento, por
onde corre o vapor, é enrolado em espiral no
tubo a aquecer. Essa disposição é usada
apenas quando se deseja uma troca de calor
mais intensa, ou para aquecimento de
acessórios e equipamentos de formato
irregular. O aquecimento por tubo em espiral
é bem mais caro e complicado do que o por
tubos paralelos permitindo, entretanto um
aquecimento mais intenso e mais uniforme.
Cada ramal de tubo de aquecimento só pode
abranger um pequeno comprimento de tubo
principal
CAMISA EXTERNA
Nesse sistema o fluido de aquecimento corre por um
tubo
externo
de
diâmetro
maior
envolvendo
completamente o tubo a aquecer. A camisa externa de
aquecimento é uma solução complicada, de preço
elevado e de manutenção custosa. A dilatação diferencial
entre o tubo interno e a camisa é sempre difícil de ser
compensada; há ainda a possibilidade de contaminação
em conseqüência de qualquer vazamento, que por sua
vez é também difícil de ser descoberto, localizado e
reparado. Em compensação, esse sistema permite um
aquecimento rápido, intenso e controlado, sendo por isso
empregado apenas quando houver necessidade desses
requisitos. O fluido de aquecimento pode ser vapor de
baixa pressão, água quente, óleos ou fluidos especiais de
alto ponto de ebulição, com os quais conseguem-se
temperaturas mais altas com baixas pressões.
ISOLAMENTOS TÉRMICOS
Todos os isolamentos térmicos têm por
finalidade geral reduzir as trocas de calor do
tubo para o meio ambiente, ou vice-versa.
Distinguem-se duas classes gerais de
isolamentos térmicos:
Isolamentos para linhas quentes, isto é, para
tubos cujas temperaturas de operação sejam
superiores à temperatura ambiente.
Isolamentos para linhas frias, isto é, para tubos
cujas temperaturas de operação sejam inferiores
à temperatura ambiente.
Isolamentos para linhas quentes, isto é, para
tubos cujas temperaturas de operação sejam
superiores à temperatura ambiente. Isolamentos
para linhas frias, isto é, para tubos cujas
temperaturas de operação sejam inferiores à
temperatura ambiente.
Motivo econômico - As perdas de calor ou de frio, de um
fluido para o exterior, representam um desperdício da energia empregada no aquecimento, ou na refrigeração. O emprego do isolamento térmico resulta, portanto, em economia de energia.
Motivo de serviço - Em muitos casos, independente de
razões econômicas, o isolamento térmico deve ser aplicado por exigências da natureza do serviço, seja para manter o fluido em uma determinada temperatura, seja para conseguir que o fruído possa chegar ao destino com a temperatura desejada. A manutenção de um fluido em uma determinada temperatura pode ser necessária, entre outras razões, para evitar o congelamento, a vaporização, a polimerização ou transformações químicas no fluido.
Proteção pessoal - O isolamento térmico pode também ser
necessário para evitar queimaduras em alguém que se encoste à tubulação, ou, em alguns casos, para evitar o desconforto da excessiva irradiação de calor.
ISOLAMENTOS TÉRMICOS
O isolamento para linhas frias pode ainda ser
necessário por uma outra razão, que é evitar
a formação de orvalho ou de gelo na
superfície dos tubos, provenientes da
condensação da umidade do ar. O orvalho se
forma nos tubos cuja temperatura seja
inferior à ambiente, mas superior a 0
0C; o
gelo se forma nos tubos cuja temperatura
seja inferior a 0
0C
ELIMINAÇÃO DO CONDENSADO
Imaginemos o que ocorre no momento em que o vapor entra no
sistema desde a caldeira e encontra as superfícies das tubulações de distribuição e os equipamentos frios. Haverá um diferencial de temperatura elevado entre o vapor e as paredes metálicas, acarretando uma grande velocidade na transferência de calor. Nesta condição, o consumo de vapor será alto, pois, a condensação se dará de forma muito rápida.
À medida que o diferencial de temperatura vai diminuindo,
menor será a quantidade de condensado formado, sendo também menor o consumo de vapor. No momento em que as temperaturas do vapor e das superfícies metálicas se equilibrarem, a taxa de condensação será mínima e o consumo de vapor se manterá estável.
Existe a necessidade de se eliminar o condensado dos sistemas
com o intuito de agilizar os tempos de aquecimento. Supondo um equipamento conforme a figura do slide seguinte, se colocarmos um furo em sua parte inferior, todo o condensado será eliminado
ELIMINAÇÃO DO CONDENSADO
