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e t o n A e e s n e P

Válvulas industriais

A

s tubulações industriais permitem o encaminhamento de produtos líquidos ou gasosos de um equipamento a outro. Esses produtos serão 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 características construtivas, a execução de uma ou mais das seguintes atividades:

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 ativi dades 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 represen tam pontos de possíveis vazamentos, os quais, se ocorrerem, ocorrer em, podem determinar a interrupção de um processo produtivo ou um acidente de grandes proporções. As válvulas podem sig significar, nificar, em termos de custo, cust o, cerca de 6% a 10% do investimento necessário necess ário 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. PETROBRAS

ABASTECIMENTO

Válvulas Industriais

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Pense e Anote Ano te

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.

Considera-se que a falta desses componentes pode conduzir a processos industriais limitados, pouco flexíveis ou mesmo fadados a paradas constantes por falta de opções operacionais e, em contrapartida, o excesso desses componentes pode levar a processos de alto investimento e suscetíveis a emergências. emerg ências. O Anexo 1 apresenta a simbologia utilizada para os acessórios de tubulação. tubulação. Outro aspecto importante é que as válvulas, como quaisquer outros acessórios ou componentes de tubulação, introduzem resistência ao escoamento do fluido de trabalho, a conhecida “perda de carga”, exigindo que equipamentos, como bombas ou compressores, compressore s, imponham ao sistema aos quais estão ligados pressão suficiente na descarga para produzir o escoamento à custa de maior potência desenvolvida pelos acionadores correspondentes (motores elétricos, turbinas etc.). Tais perdas de carga dependem da configuração interna da válvula, da sua dimensão e da vazão do fluido nas diversas condições de traPerda de carga é perda balho. Ver Anexo 2. de energia! É provocada pela resistência do equipamento ao Inúmeras são as normas que orientam or ientam a fabriescoamento do fluido! cação e os testes a que devem ser submetidas as válvulas para uma determinada aplicação. O Ane xo 3 relaciona relaciona as normas brasileiras, brasileiras, voltadas voltadas para o assunto assunto em pauta. pauta.

Classificação A escolha adequada do equipamento é a chave do sucesso de um processo. 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: 14

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ABASTECIMENTO


Pense e Anote Ano te

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.

Considera-se que a falta desses componentes pode conduzir a processos industriais limitados, pouco flexíveis ou mesmo fadados a paradas constantes por falta de opções operacionais e, em contrapartida, o excesso desses componentes pode levar a processos de alto investimento e suscetíveis a emergências. emerg ências. O Anexo 1 apresenta a simbologia utilizada para os acessórios de tubulação. tubulação. Outro aspecto importante é que as válvulas, como quaisquer outros acessórios ou componentes de tubulação, introduzem resistência ao escoamento do fluido de trabalho, a conhecida “perda de carga”, exigindo que equipamentos, como bombas ou compressores, compressore s, imponham ao sistema aos quais estão ligados pressão suficiente na descarga para produzir o escoamento à custa de maior potência desenvolvida pelos acionadores correspondentes (motores elétricos, turbinas etc.). Tais perdas de carga dependem da configuração interna da válvula, da sua dimensão e da vazão do fluido nas diversas condições de traPerda de carga é perda balho. Ver Anexo 2. de energia! É provocada pela resistência do equipamento ao Inúmeras são as normas que orientam or ientam a fabriescoamento do fluido! cação e os testes a que devem ser submetidas as válvulas para uma determinada aplicação. O Ane xo 3 relaciona relaciona as normas brasileiras, brasileiras, voltadas voltadas para o assunto assunto em pauta. pauta.

Classificação A escolha adequada do equipamento é a chave do sucesso de um processo. 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: 14

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Quanto à função ou natureza da aplicação VÁLVULAS DE BLOQUEIO VÁLVULAS OU DE FECHAMENTO (block valves)

São utilizadas para permitir a passagem total ou o bloqueio completo de um fluido. São projetadas proje tadas para trabalhar totalmente fechadas ou totalmente abertas. ( gate valves ) e válvulas maOs tipos existentes são: válvulas gaveta ( gate valves)).. Como variantes das válvulas gavetas, temos as cho ((plug , clock clock valves ( slide, blast valves)),, as válvulas de fechamento ráválvulas comporta slide blast valves pido (quick-acting valves) e as válvulas de passagem plena ((through conduit valves) e como variantes das válvulas macho as válvulas de esfera (ball valves) e as válvulas de 3 ou 4 vias (( three&four way valves). VÁLVULAS VÁL VULAS DE REGULAGEM (throttling valves)

Controlam o fluxo de um fluido, adequando-o a uma necessidade específica de processo. Trabalham parcialmente abertas. valves)),, válvulas aguOs tipos existentes são: válvulas globo ( globe globe glob globee valves lha ((needle valves), válvulas de controle (control valves), válvulas borvalves) e válvulas diafragma (diaphragm valves)).. batterfly valves boleta (batterfly VÁLVULAS QUE PERMITEM O FLUXO EM UM ÚNICO SENTIDO

Os tipos são os seguintes: válvulas de ( stop-check retenção (check valves), válvulas de retenção e fechamento stop ( f oot v alv oot v alv es es) e válvulas de pé ( f oot v alv alv es es). VÁLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSÃO A JUSANTE

Como as válvulas redutoras e regula-

doras de pressão. VÁLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSÃO A MONTANTE

Como as válvulas de segurança e alí( safety e e relief valves) e as válvulas de contrapressão (back pressurelief valves back pressuvio ( safety re valves).

Quanto à forma de acionamento Podem ser: manuais, motorizadas ou automáticas, subdivididas conforme esquematizado a seguir:

Manuais Operadas por volante (com ou sem o uso de extensões ou correntes), alavanca ou por meio de engrenagens (Figuras 1, 2 e 3). PETROBRAS

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FIGURA 1

VÁLVULA OPERADA POR VOLANTE

Pense Pense ens e e Anote Ano te

A – VÁLVULA ACIMA DO OPERADOR

Volante para corrente Volante Piso de operação Haste de extensão B – VÁLVULA ABAIXO DO OPERADOR

FIGURA 2

VÁLVULA OPERADA POR ALAV ALAVANCA ANCA Alavanca de manobra

Haste Orifício de passagem

Engaxetamento

Anéis retentores

Macho (esfera oca)

FIGURA 3

VÁLVULA OPERADA POR MEIO DE ENGRENAGEM Volante Engrenagens de redução

Castelo

Flange

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Pense e Anote Motorizadas Operadas por acionamento hidráulico, pneumático ou elétrico (Figuras 4, 5 e 6). FIGURA 4

VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO HIDRÁULICO

Conexões para o líquido acionador

Cilindro hidráulico

Gaxetas

Haste deslizante

Gaveta

FIGURA 5

VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO PNEUMÁTICO

FIGURA 6

VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO ELÉTRICO

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Automáticas Operadas por meio de molas ou contrapesos, ou, ainda, por meio da diferença de pressão do fluido nos pontos de entrada e saída da válvula (Figuras 7 e 8). FIGURA 7

Pense e Anote

VÁLVULA OPERADA POR MOLAS OU CONTRAPESO

FIGURA 8

VÁLVULA OPERADA POR DIFERENÇA DE PRESSÃO

Tampa

Guia Pino

Tampão

Sede

ENTRADA

SAÍDA

Escolha pensando nas suas necessidades, mas coloque a segurança sempre em primeiro lugar!

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Componentes e aspectos construtivos Alguns componentes são básicos e estão presentes em todas as válvulas, como o corpo ((body ), o castelo ((bonnet ) e o trim, componente móvel composto basicamente pela haste stem ( stem) e pelo obturador ou tampão (plug ) com formato de cunha, disco, comporta e que responde pela regulagem ou pelo bloqueio do fluxo do fluido de trabalho. A Figura 9 ilustra uma válvula gaveta, em que os componentes mencionados podem ser observados. Nessa ilustração, o obturador assume a forma de uma cunha. Em outras válvulas, a sua forma pode corresponder a um disco, a um elemento deslizante tipo comporta etc. FIGURA 9

VÁLVULA GAVETA Volante Haste com rosca externa

Sobrecastelo

Gaxetas Castelo aparafusado Junta Corpo Gaveta

Sedes

Flanges

A haste, que é um elemento móvel, quando existente, atravessa o corpo da válvula, um componente fixo. Entre eles, é necessário introduzir um elemento de vedação, o qual recebe o nome de gaxeta e deve ser convenientemente escolhido em função da aplicação. Sua instalação tem que ser feita com o devido cuidado, uma vez que sua falha pode gerar vazamentos 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 bonnet ).). 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 contenção 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 especificada em conformidade com o fluido de trabalho no que diz respeito à PETROBRAS

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Pense e Anote

sua corrosividade e à severidade do trabalho. Para válvulas abaixo de 3", a utilização da união antes mencionada é considerada eficaz e pode também ser utilizada para condições de trabalho severas. Em válvulas que atuam em condições de trabalho consideradas não severas, a fixação direta por rosca é aceitável. Nessas duas situações, entretanto, 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 trabalho (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 pequeno porte (até 4"), desde que as condições de trabalho assim o permitam. Com relação ao uso de solda para fixação das válvulas, duas possibilidades 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 válvulas devem ser adequados para as condições de trabalho. Evidentemente, definido o material em função da corrosividade, as espessuras dos componentes 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 corrosividade 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 manutenção de válvulas, orienta sobre a definição da pressão de teste. Se construídas em aço-carbono em grandes espessuras ou, ainda, em materiais tipo liga, como 4% a 6% Cr com 0,5% Mo, após soldagem, torna-se necessário um tratamento térmico de alívio de tensões. A qualidade da soldagem é acompanhada por teste com líquido penetrante para localização de eventuais trincas. Posteriormente, as soldas são radiografadas, inspeção que pode revelar 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 podem 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. 20

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Pense e Anote FIGURA 10

SOLDAGEM DE TOPO A – CHANFRO EM V

30 O Corpo da válvula

Tubulação 1/16” 1/16”

B – CHANFRO EM DUPLO V VÁLVULA E TUBULAÇÃO

30 O Corpo da válvula

Tubulação 1/16”

1/16”

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. FIGURA 11

SOLDAGEM TIPO ENCAIXE

Solda

Corpo da válvula

Solda

Tubulação

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Válvulas/Tipos Pense e Anote

Válvulas são aplicadas em diversas situações e cumprem objetivos que podem ser diferentes, razão pela qual tais acessórios apresentam diversas 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 utilizadas parcialmente abertas, provocam grande perda de carga, fato que decorre 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 cunha ou provido de faces paralelas, acompanha 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, podem ser usinadas no próprio corpo ou, como ocorre na maior parte das aplicações, podem ser constituídas de duas peças independentes do corpo da válvula, fixadas 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 materiais, tais como plástico, bronze, latão etc. Sede e gaveta são componentes que podem ser recuperados ou substituídos, 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 excessivamente 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 co nstituídas 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 22

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está rosqueada em um componente em forma de cunha. Com o movimento descendente da haste, a cunha mencionada abre as partes articuladas da gaveta, jogando-as contra a sede, promovendo-se, dessa forma, vedação eficiente. FIGURA 12

VÁLVULA GAVETA/GAVETA ARTICULADA

Cilindro hidráulico

Conexões para o líquido acionador

Gaxetas Haste deslizante Gaveta

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 grandes 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 relacioFIGURA 13 nado com a abertura de válvulas de grande diâmetro VÁLVULA GAVETA/SEDE DE DISCOS (acima de 8") que operam em sistemas de alta pressão (acima de 16kgf/cm 2). Nessas válvulas, a pressão exercida pelo fluido soDiscos bre a gaveta é alta e o esforço para abertura é signifilivres 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. PETROBRAS

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Pense e Anote

Durante o funcionamento normal do sistema, a válvula de grande diâmetro está fechada, bem como a de menor porte, si tuada 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 O by-pass equaliza da gaveta, o que reduz o esforço exigido a pressão dos dois lados na abertura da válvula principal. da gaveta, permitindo menor esforço na abertura!

Do ponto de vista construtivo da haste, existem, no mercado, três possibilidades: HASTE ASCENDENTE/ROSCA EXTERNA outside scre w an d yoke (outside d yoke yok e – OS&Y OS&Y))

A rosca da haste fica em contato com a atmosfera, longe do contato com o fluido de trabalho, fato importante 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 haste, a qual passa a indicar, visualmente, a condição de abertura da válvula. 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. FIGURA 14

VÁLVULA DE HASTE ASCENDENTE/ROSCA EXTERNA

Volante Haste com rosca externa Gaxetas Junta

Gaveta Flanges

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Sobrecastelo Sobreposta Castelo aparafusado Corpo

Sedes

Pense e Anote HASTE ASCENDENTE/ROSCA INTERNA (rising stem S) stem – R RS)

A haste, nesse caso, gira de forma solidária ao volante, e a rosca penetra na válvula, condição que caracteriza essa válvula como de pior qualidade em relação ao modelo anterior. FIGURA 15

VÁLVULA DE HASTE ASCENDENTE/ROSCA INTERNA Volante

Porca de aperto

Sobreposta

Gaxetas

Castelo rosqueado

Haste com rosca interna

Corpo Gaveta Extremos rosqueados

HASTE NÃO ASCENDENTE (non rising stem stem )

Sistema barato e de pior qualidade que os anteriormente apresentados, é constituído de haste sem movimento de translação. Nele, a gaveta é rosqueada à haste, e o acionamento, via volante, desloca 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. FIGURA 16

VÁLVULA DE HASTE NÃO ASCENDENTE V Porca do volante Luva de segurança

Volante Engraxadeira Haste Castelo H (aberta) Porca aperta-gaxeta

Bucha rosqueada Aperta-gaxeta Gaxeta Parafuso e porca de base do castelo

Prisioneiro aperta-gaxeta Tampa

Parafuso de ligação

Junta da base da tampa

Porca de ligação Corpo

D Cunha

Anel sede

L

B

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Algumas válvulas gavetas especiais são encontradas, como as válvu( slide valves), as válvulas de fechamento rápido (quick las de comporta slide acting valves) e as válvulas de passagem plena (through conduit valves), acting valves conduit valves como segue:

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VÁLVULAS DE PASSAGEM PLENA

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, deslocase 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 movimentos 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 utilização de uma esfera de modo a definir perfeitamente a interface entre esses produtos. Todos os dispositivos mencionados exigem passagem plena junto às válvulas. FIGURA 17

VÁLVULA DE PASSAGEM PLENA

Volante Haste

Sobreposta

Castelo Gaveta maciça (em duas partes) VISTA FRONTAL DA GAVETA

Corpo

Sedes Guias fixas da gaveta

VÁLVULAS DE FECHAMENTO RÁPIDO

São válvulas utilizadas em situações em que o fluxo do fluido precisa ser interrompido rapidamente, sendo o que ocorre em válvulas de descarregamento de caminhões. Nessas válvulas (Figura 18), uma alavanca substitui o volante, deslocando de forma rápida a gaveta e fazendo o fechamento da válvula. 26

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FIGURA 18

DISPOSITIVO DE LIMPEZA ( PIG )

Brushes

Brushes pi g

FIGURA 19

VÁLVULA DE FECHAMENTO RÁPIDO

Alavanca de operação Guia da alavanca Haste deslizante Gaxeta

Castelo aparafusado

Gaveta Flange

VÁLVULAS COMPORTA

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 partículas 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 encontram no centro da válvula. Como as extremidades de cada chapa conPETROBRAS

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Pense e Anote

têm 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, esquematicamente, ilustra esse tipo de válvula. FIGURA 20

VÁLVULA COMPORTA

Guia

Comporta

Válvula macho As válvulas macho, classificadas como válvulas de bloqueio ou de fechamento, apresentam uma característica interessante, que é o acionamento mediante a rotação de uma alavanca em apenas 1/4 de volta, tornandose, 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 mencionada, gira para definição das posições aberta e fechada. Normalmente, nessas válvulas, o uso do macho em condições de fechamento parcial não é recomendável diante da grande perda de carga nessa condição de trabalho. 28

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Tais válvulas são aplicáveis, quando em pequenos diâmetros e baixas pressões, para bloqueio de água, vapor e líquidos e, em quaisquer diâmetros 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.

Precisou de bloqueio rápido? Use uma válvula macho!

FIGURA 20

VÁLVULA MACHO

Alavanca de manobra

Engaxadeira

Sobreposta Gaxetas Sedes Macho

Orifício de passagem

Rasgos de lubrificação

A graxa, evidentemente, tem de ser compatível com o fluido em escoamento. 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. PETROBRAS

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FIGURA 22

VÁLVULA MACHO/LUBRIFICAÇÃO

Pense e Anote

Encaixe quadrado para uso de chave

Conexão para lubrificação

Porca/parafusos da sobreposta

Sobreposta Anel de gaxeta

Porca de fixação da tampa

Anel de metal

Tampa Válvula de retenção para lubrificantes

Junta Plugue cônico

Ranhura lubrificação

Câmara de lubrificação

Corpo

Válvulas macho, de grande diâmetro e de aplicação especial, dotadas de obturador em forma de cone, podem conter um dispositivo que permite promover um pequeno deslocamento do macho na direção perpendicular à definida pelas linhas de fluxo, logo que acionada a alavanca. Assim, acionada a alavanca, num primeiro momento, o macho tem o deslocamento mencionado e, em seguida, gira, proporcionando a abertura ou o fechamento da válvula. Tal movimento evita a impossibilidade de abertura ou fechamento da válvula para situações em que o atrito que se desenvolve entre o macho e a sede é grande. Para altas temperaturas, acima do limite de utilização das graxas usuais, 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 materiais. São válvulas eficientes, utilizadas para bloqueio de líquidos e gases em quaisquer diâmetros e níveis de pressão. A Figura 23 ilustra uma válvula que recebe a designação de válvula de esfera ((ball valves). 30

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VÁLVULA ESFERA Alavanca de manobra

Haste

Engaxetamento Orifício de passagem Macho (esfera oca)

Anéis retentores

Além da válvula esfera, uma outra variante de válvula macho é a vál& four way valves). O macho, nesse tipo de four way way valves vula de 3 ou 4 vias (three & 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 produto (Figura 24). FIGURA 24

VÁLVULA MACHO DE 3 OU 4 VIAS Haste Alavanca de manobra Engaxetamento Orifício de passagem Anéis retentores Macho (esfera oca) Macho

POSIÇÃO ABERTA CORTE EM PROJEÇÃO HORIZONTAL

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Válvula globo VÁLVULAS GLOBO glob e valves ) ( glo glo be

Pense e Anote

São destinadas a controlar o fluxo de um produto qualquer em uma tubulação por permitir várias posições de regulagem (Figura 25). FIGURA 25

VÁLVULA GLOBO

Haste com rosca externa

Volante

Sobreposta Castelo aparafusado

Tampão

Sede

Sentido de fluxo

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 válvulas de segurança contra incêncio. Em válvulas 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 (angle valves), as válvulas em “Y” e as válvulas agulha (needle valves).

Válvulas angulares As válvulas angulares, conforme a Figura 26, apresentam os bocais de entrada e saída de produto dispostos a 90º, arranjo que confere perda de carga menor que as válvulas globo. Entretanto, sua utilização é limitada 32

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em função de restrições ao seu posicionamento nas tubulações. Dependendo desse posicionamento, particularmente em linhas que operam em alta temperatura, esforços excessivos, gerados por efeito da dilatação, atuam sobre o corpo dessas válvulas, podendo, em determinadas situações, provocar a ruptura. FIGURA 26

VÁLVULAS ANGULARES

Haste com rosca

Porca de aperto Gaxetas

Tampão

Trajetória do fluido

FIGURA 27

VÁLVULAS AGULHA

Válvulas agulha As válvulas agulha apresentam um tampão (Figura 27), o qual, deslocado por ação do volante, libera passagem pequena para o fluido, permitindo ajustes finos de vazão. São utilizadas com freqüência em linhas de sistemas de lubrificação de equipamentos dinâmicos por permitirem regulagens adequadas da pressão.

Castelo de união Sede Agulha Trajetória do fluido Porca

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Válvulas em “Y”

Pense e Anote

As válvulas em “Y” apresentam como diferença, comparativamente à válvula globo tradicional, o posicionamento da sede, o qual é definido segundo um ângulo de 45º em relação à linha de centro da tubulação. Essa construção 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. FIGURA 28

VÁLVULAS EM “Y”

Tampão Trajetória do fluido

Sede

Válvula de retenção valves) permitem o escoamento do fluiAs válvulas de retenção ((check check valves do de trabalho em apenas um sentido. O seu obturador, também chamado de tampão, é pressionado pelo próprio fluido contra a sede, quando o escoamento ocorre em um determinado sentido, 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 vazamento 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, lubrificando 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. 34

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Em instalações industriais, particularmente quando duas bombas centrífugas 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 desconecta-se do eixo, gerando um acidente de proporções consideráveis. Um tipo particular de válvula, o qual não pode, rigorosamente, ser classificado como válvula de retenção, designado como válvula de passagem mínima ou de recirculação, também é utilizado na descarga de algumas bombas, 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 parcialmente para a sucção. Assim, uma parte 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 mínima, opera com grande velocidade e, como o desgaste é em geral proporcional ao quadraSem válvula de retenção, há um risco do da velocidade, os internos desse acessóenorme de se “perder” a bomba! rio são normalmente de grande dureza, ou seja, da ordem de 70Rc (Figura 30). FIGURA 29

BOMBAS CENTRÍFUGAS/USO DA VÁLVULA DE RETENÇÃO

Bomba A

Bomba B

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FIGURA 30

BOMBAS CENTRÍFUGAS/VÁLVULA DE PASSAGEM MÍNIMA

Pense e Anote

Guia superior Tampão ou disco (descarga) Sede Tampão ou disco (passagem mínima)

Passagem mínima Sede (passagem mínima)

Guia inferior

Várias configurações para o tampão dão origem a válvulas de retenção diferentes. Destacam-se as válvulas de retenção de levantamento ((lift ( swing -check check valves), as válvulas de retenção de portinhola ( swing valcheck valves check valves ) e as válvulas de retenção de esferas ((ball-check valves). check valves

Válvulas de retenção e de levantamento A Figura 31 ilustra esse tipo de válvula, em que o tampão trabalha conectado a um pino, o qual, sob a ação da pressão do fluido, promove o seu levantamento e o escoamento desejado. Por outro lado, quando a pressão do fluido na parte superior do tampão é maior 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 escoamento que as válvulas globo e é mais intensamente utilizado para sistemas gás ou vapor de diâmetros acima de 6". O sistema pino/guia, por sua vez, está sujeito a emperramento, podendo, particularmente, quando do manuseio de produtos com sedimentos ou corrosivos, deixar de operar de forma satisfatória. 36

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VÁLVULA DE RETENÇÃO DE LEVANTAMENTO Tampa

Guia

Pino Tampão

Sede

Entrada

Saída

Válvulas de retenção de portinhola Com a sede disposta quase que a 90º da linha de centro da tubulação, as válvulas 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 horizontal e vertical. São sujeitas a emperramento em face da existência do pino articulado, ilustrado na Figura 32. FIGURA 32

VÁLVULA DE RETENÇÃO DE PORTINHOLA

Tampa Flange de entrada

Flange de saída

Tampão

Sede

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 . PETROBRAS

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37

Válvulas de retenção de esferas

Pense e Anote

Utilizadas mais intensamente para fluidos de grande viscosidade que escoam em sistemas de 2" ou de menor diâmetro, as válvulas de retenvalves) encontram grande aplicação industrial chek valves ção de esferas ((ball-chek (Figura 33). FIGURA 33

VÁVULA DE RETENÇÃO DE ESFERAS

Esfera

Entrada

Saída

( f oot Concluindo, temos as válvulas de pé ( f oot v oot v alv alv es es), mostradas na Fi( stop valves), gura 34, e as válvulas de retenção e fechamento ( stop check valves stop-check na Figura 35. FIGURA 34

VÁVULA DE PÉ Bocal de saída

Pino Guia Tampão

Grade de entrada

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FIGURA 35

VÁVULA DE RETENÇÃO E FECHAMENTO

Haste rosqueada

Haste do tampão Guia

Tampão

Entrada

Saída

( f oot As válvulas de pé f oot v oot v alv alv es es) 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, chegando até o impelidor, 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, determinando a necessidade de um novo enchimento da tubulação de sucção (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 partículas sólidas, é normalmente envolvida por uma tela, a qual retém, por ocasião do bombeamento, tais partículas, impedindo que as mesmas circulem pelo interior da bomba e sejam levadas ao ponto de utilização do produto bombeado. valves), utilizaAs válvulas de fechamento e retenção ( stop check valves ( stop -check das em linhas de saída de caldeira, operam segundo os conceitos de válvula de retenção e válvula globo, em que o tampão, guiado por um pino, atua de forma similar às válvulas de retenção de levantamento ( lift -check 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. PETROBRAS

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39

Válvulas de segurança e de alívio

Pense e Anote

Tais válvulas são fundamentais para a segurança operacional das instalações 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 segura, a válvula abre, descarregando para outros sistemas, como o sistema de tocha ( flare) ou para a atmosfera, situação que ocorre em compressores 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 seguida de ruído intenso quando 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 alívio 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 sistema de descarga, atuante na parte superior do tampão. pressure), pode ser anuTal pressão, designada de contrapressão (back back pressure 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 Figuras 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 acionamento manual, proporcionando uma verificação ou teste dessas válvulas 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

Porca de regulagem Mola

Bocal de saída Tampão Sede

Bocal de entrada

CASTELO COM VENT PARA DESCARGA DA VÁLVULA

Castelo ) s F (

PB

a l o M

PB

Vent

Guia do disco

Tampão ou disco PB

PB PV

PV AN = Fs + (PB AN)

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FIGURA 37

VÁLVULA DE SEGURANÇA BALANCEADA

Pense e Anote

AB = 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

Mola do castelo ventrado FS Vent

sistema em libras/pol 2 /manométrica

PB

PS = Pressão de ajuste

do fole

Tampão ou disco

Fole com vent PV

Nota

AB = AN

Na figura PV = P S (PV) (AN) =

FS (típica) e PS = FS /AN

FIGURA 38

VÁLVULA DE SEGURANÇA BALANCEADA DISCO OU TAMPÃO BALANCEADO TIPO PISTÃO COM VENT Mola do castelo ventado

FS

PB Tampão ou disco

o ã t s i P

PB

PB

PB

PB PV

Vent

AP = AN

As características operacionais dessas válvulas dependem da natureza do fluido de trabalho, razão pela qual são designadas de válvulas de se safety valves gurança ( safety safety valves) quando operam com gases, ou válvulas de alívalves) quando operam com líquidos. Assim, a abertura de uma relief valves vio ((relief válvula que opera com vapor ou gás, devido à alta compressibilidade destes, traduz-se por ação rápida conhecida como pop action, que permite designar as válvulas de segurança como válvulas pop. Na prática, no capítulo que trata da manutenção de válvulas, as válvulas de segurança e de 42

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alívio, independentemente do estado físico do produto com os quais trabalham, são designadas apenas como válvulas de segurança. Um equipamento, como uma caldeira, por exemplo, deve ser submetido 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. FIGURA 39

VÁLVULA DE SEGURANÇA/PLUGUE DE TRAVAMENTO

Plugue Pino Cap

Anel “O”

Bocal

FIGURA 40

VÁLVULA DE SEGURANÇA/GRAMPO DE TRAVAMENTO Parafuso do grampo teste Rosqueado

Porca Parafuso de ajuste Porca de ajuste

Grampo de teste Haste

Conjunto grampo de teste

Castelo

Grampo de teste

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Alguns termos são utilizados com freqüência quando estamos tratando de válvulas de segurança e de alívio, sendo que os principais estão relacionados a seguir.

Pense e Anote

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 consideradas condições de trabalho. Dentre elas, a que corresponde à maior pressão é utilizada como referência para definir pressão de abertura da válvula, 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 pressão 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 válvula, até atingir valor que corresponde à máxima capacidade de escoamento do fluido. A diferença entre essa pressão e a pressão de ajuste, normalmente expressa em termos percentuais, é a sobrepressão, a qual, de conformidade com o código ASME (American Society Mechanical Engineering), tem os seguintes valores:

Para ar e gases de um modo geral

10% (ASME, Seção VIII)

Para vapor em linha


Para vapor/caldeira

3% (ASME, Seção I)

Em condição de fogo


Para líquidos de um modo geral

25% (s/ref. no Código ASME)

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. 44

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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 relação 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 regulagem, entretanto, só tem aplicação para válvulas de segurança que operam com vapor ou gás, sendo inócuo para válvulas que operam com líquidos. Reunindo os conceitos até aqui apresentados, a Figura 41 mostra-os em função da máxima pressão de ajuste. FIGURA 41

PRESSÃO DE AJUSTE X DEMAIS CONCEITOS % Sobrepressão ou acúmulo

50 40 30 25 21 16 10

5

3

Diferença de alívio

0 –2 –5 – 10

Índice 150 140 130 125 Sobrepressão (Líquidos) 121 Sobrepressão (Fogo) 116 Máxima pressão alívio para múltiplas válvulas (Processo) 110 Sobrepressão (Vapor/gás) Máxima pressão ajuste permitida para válvulas suplementares (Fogo) 105 Máxima pressão de ajuste permitida para válvulas suplementares (Processo) 103 Sobrepressão (Caldeira) Máxima pressão de trabalho permitida – MAWP 100 Pressão de ajuste 98 Início da abertura 95 Reassentamento da válvula (Diferencial de alívio) 90 Máxima pressão de operação usual/pressão para teste de vedação

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Pense e Anote

A análise da seqüência operacional de uma válvula de segurança é importante para caracterizar os conceitos apresentados. A Figura 42 retrata uma válvula de segurança fechada e alguns de seus componentes (bocal, tampão, anel do bocal, 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 A1 do 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 válvula, a qual passa a sobrepujar em muito a força da mola e, também, a contrapressão 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 estar no máximo no valor definido para pressão de ajuste mais a sobrepressão estabelecida (Figura 43). FIGURA 42

VÁLVULA DE SEGURANÇA/ESQUEMA Força da mola

Área do disco “A1”

Pressão do sistema Válvula fechada

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VÁLVULA DE SEGURANÇA/ESCOAMENTO NA ABERTURA DA VÁLVULA Força da mola Área anular secundária “A 2”

Guia de disco

Anel de regulagem (ajuste)

Pressão do sistema Abertura inicial

FIGURA 44

VÁLVULA DE SEGURANÇA/FORÇAS DE EXPANSÃO Força da mola

Área anular “C”

Área anular secundária “A2 ”

Furo do bocal

Pressão interna durante o escoamento

Totalmente aberta Vazão total

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Pense e Anote

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 escoamento é alta, o material é revestido com “Stellite”. Corpo e castelo, bem como a mola, podem ser eventualmente de aço-carbono. Entretanto, em muitas situações, materiais mais nobres são utilizados. Abaixo, são relacionados os materiais mais empregados 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 alívio é o disco de ruptura. Constituído por uma chapa calibrada, é colocado entre dois flanges. Atingida uma pressão predefinida, o disco rompe-se, aliviando o sistema por meio de escoamento de fluido para um outro reservatório (Figura 45). FIGURA 45

DISCO DE RUPTURA

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Válvula de controle Malha de controle existe para obter-se determinado valor de uma variável 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 instrumento), e esse sinal atua sobre a face superior de um diafragma ao qual está conectada a haste de acionamento da válvula, fechando-a, por exemplo, de acordo com a necessidade do processo. Nesse esquema de fechamento 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, porém dotada de duplo tampão, o qual tem por objetivo compensar os esforços provocados pelo fluido sobre a haste, não influenciando sua descida ou subida. O atuador da válvula da figura é pneumático, e o sinal pode vir diretamente de um ponto específico do sistema sob controle ou de uma central de controle, a qual, após computar uma série de informações de processo, emite sinais para diversas válvulas, ajustando-as dentro de uma condição 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. Dependendo das características de abertura das válvuO melhor computador las, têm-se aplicações específicas; portanto, é de processo nada faz se não necessário compatibilizar o tipo de válvula existirem as válvulas de controle! utilizado com a função esperada para ela.

Válvula borboleta valves), utilizadas para líquidos, gases e As válvulas borboleta ((butterfly butterfly valves 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 existe a necessidade de compatibilizar a corrosividade do produto com o material do disco, Borboletas são muito usadas o qual é, normalmente, de aço-carbono. Empara o bloqueio de células em bora deficiente em termos de vedação, tais torre de água de resfriamento! válvulas encontram grande aplicação industrial (Figura 47). PETROBRAS

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FIGURA 46

VÁLVULAS DE CONTROLE/PERCENTAGEM DE ABERTURA X PERCENTAGEM DE VAZÃO Atuador pneumático

Pense e Anote

Porca de regulagem da mola Mola calibrada regulável (para abrir a válvula)

Indicador de posição de abertura

Admissão de ar comprimido (para fechar a válvula)

Haste

Diafragma flexível

Sobreposta Gaxeta Tampões duplos balanceados

Sedes

2

) % ( a l u v l á v a d a r u t r e b A

1. Válvula de gaveta comum 4

2. Igual percentagem

3 1

3. Abertura rápida 4. Linear

Vazão através da válvula (% da vazão máxima)

FIGURA 47

VÁLVULA BORBOLETA

Flanges da tubulação

Fechado

Disco de fechamento

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Aberto

Corpo da válvula (entre os flanges)

Válvula diafragma As válvulas diafragma ((diaphragm valves) (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. Os materiais utilizados nessas válvulas são apresentados a seguir: TABELA 1

MATERIAIS CONSTRUTIVOS DE VÁLVULAS DIAFRAGMA Corpo

Aplicação normal

Aplicação em serviços corrosivos

Especial

Disco

Eixo

Ferro fundido

Ferro fundido

AISI 410

Ferro fundido

Ferro fundido

SAE 1045

Aço-carbono

Aço-carbono

AISI 410

Aço-carbono

AISI 316

AISI 316

AISI 316

AISI 316

AISI 316

Ferro fundido nodular

AISI 316 revestido

AISI 316

Bronze

Bronze

AISI 410

Bronze-alumínio

Bronze-alumínio

AISI 410

FIGURA 48

VÁLVULA DIAFRAGMA

Haste

Volante

Castelo

Tampão

Diafragma flexível (aberto) Posição fechada Sede

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