VALVULAS _ 013 a 052 _ PB.P65

Pense e Anote
Válvulas
industriais
A
s tubulações industriais permitem o encaminhamento de produ-
tos 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 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 interrupção 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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ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
13
Pense e
Anote
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. 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 escoamento do fluido de trabalho,, a conhecida “perda de carga”, exigindo que equipamentos, como bombas ou compressores, 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
Perda de carga é perda
de energia! É provocada
pela resistência do equipamento ao
escoamento do fluido!
da vazão do fluido nas diversas condições de trabalho. Ver Anexo 2.
Inúmeras são as normas que orientam a fabricação 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.
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:
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VÁLVULAS DE BLOQUEIO
OU DE FECHAMENTO
(block valves)
São utilizadas para permitir a passagem to-
tal ou o bloqueio completo de um fluido. São projetadas para trabalhar
totalmente fechadas ou totalmente abertas.
gate valves
Os tipos existentes são: válvulas gaveta ((gate
valves)) e válvulas maplug
cho ((plug
plug,, clock valves
valves)). Como variantes das válvulas gavetas, temos as
slide
válvulas comporta ((slide
slide,, blast valves
valves)), as válvulas de fechamento ráthrough conpido (quick-acting valves
valves)) e as válvulas de passagem plena ((through
duit valves
valves)) e como variantes das válvulas macho as válvulas de esfera
(ball valves
three&four way valves
).
valves)) e as válvulas de 3 ou 4 vias ((three&four
valves).
VÁLVULAS DE REGULAGEM
(throttling valves)
Controlam o fluxo de um fluido, adequan-
do-o a uma necessidade específica de processo. Trabalham parcialmente
abertas.
globe valves
valves)), válvulas aguOs tipos existentes são: válvulas globo ((globe
), válvulas de controle (control valves
), válvulas borneedle valves
valves),
valves),
lha ((needle
diaphragm valves
boleta (batterfly valves
valves)) e válvulas diafragma ((diaphragm
valves)).
VÁLVULAS QUE PERMITEM O
FLUXO EM UM ÚNICO SENTIDO
Os tipos são os seguintes: válvulas de
), válvulas de retenção e fechamento ((stop
stop
retenção (check valves
valves),
stop--check
valv
es
es
).
alves
es)) e válvulas de pé ((ffoot valv
alves
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 relief valves
back pressuvio ((safety
valves)) e as válvulas de contrapressão ((back
re valves
).
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).
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Pense e Anote
Quanto à função ou
natureza da aplicação
FIGURA 1
VÁLVULA OPERADA POR VOLANTE
Pense e
Anote
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 ALAVANCA
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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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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Alguns componentes são básicos e estão presentes em todas as válvulas,
bonnet
body
como o corpo ((body
body)), o castelo ((bonnet
bonnet)) e o trim, componente móvel
stem
composto basicamente pela haste ((stem
stem)) e pelo obturador ou tampão
(plug
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
Sobrecastelo
Haste com
rosca externa
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
union bonnet
). A escolha por uma opção ou por outra
meio de uma união ((union
bonnet).
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
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Pense e Anote
Componentes e
aspectos construtivos
sua corrosividade e à severidade do trabalho. Para válvulas abaixo de 3",
a utilização da união antes mencionada é considerada eficaz e pode tam-
Pense e
Anote
bém 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.
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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
Válvulas são aplicadas em diversas situações e cumprem objetivos que
Pense e
Anote
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 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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Pense e Anote
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 relacionado com a abertura de válvulas de grande diâmetro
(acima de 8") que operam em sistemas de alta pres-
FIGURA 13
VÁLVULA GAVETA/SEDE DE DISCOS
são (acima de 16kgf/cm2).
Nessas válvulas, a pressão exercida pelo fluido soDiscos
livres
bre a gaveta é alta e o esforço para abertura é significativo, 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.
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23
Pense e
Anote
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
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 screw and yoke – 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
Sobrecastelo
Sobreposta
Gaxetas
Castelo
aparafusado
Junta
Corpo
Gaveta
Sedes
Flanges
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HASTE ASCENDENTE/ROSCA INTERNA
(rising stem – 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
Volante
Luva de segurança
Engraxadeira
Haste
Castelo
Bucha rosqueada
Aperta-gaxeta
H (aberta)
Porca 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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Válvulas Industriais
25
Algumas válvulas gavetas especiais são encontradas, como as válvuslide valves
quick
las de comporta ((slide
valves)), as válvulas de fechamento rápido ((quick
quick-acting valves
through conduit valves
valves)) e as válvulas de passagem plena ((through
valves)),
como segue:
Pense e Anote
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
F R O N TA L
DA GAVETA
Corpo
Sedes
Guias fixas
da gaveta
VÁLVULAS DE FECHAMENTO RÁPIDO
São válvulas utilizadas em situa-
ções 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.
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Válvulas Industriais
Pense e Anote
FIGURA 18
DISPOSITIVO DE LIMPEZA (PIG)
Brushes
Brushes
pig
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
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
27
têm um semicírculo, o encontro no centro da válvula dá origem a uma
abertura circular de passagem mínima do gás mencionado e necessária
Pense e
Anote
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
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
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
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
29
Pense e Anote
Tais válvulas são aplicáveis, quando em pequenos diâmetros e baixas
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 válball valves
).
vula que recebe a designação de válvula de esfera ((ball
valves).
30
PETROBRAS
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Válvulas Industriais
Pense e Anote
FIGURA 23
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 válvula de 3 ou 4 vias (three & four way valves
valves)) . O macho, nesse tipo de
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
(globe
valves)
globe valves
São destinadas a controlar o fluxo de um produto
qualquer em uma tubulação por permitir várias posições de regulagem
Pense e Anote
(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
), as válvulas em “Y” e as válvulas aguválvulas angulares (angle valves
valves),
).
lha (needle valves
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
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
dendo 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
Castelo
de união
ajustes finos de vazão.
Sede
São utilizadas com fre-
Agulha
qüência em linhas de
sistemas de lubrificação de equipamentos
Trajetória
do fluido
dinâmicos por permi-
Porca
tirem regulagens adequadas da pressão.
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
33
Pense e Anote
em função de restrições ao seu posicionamento nas tubulações. Depen-
Válvulas em “Y”
As válvulas em “Y” apresentam como diferença, comparativamente à vál-
Pense e
Anote
vula 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
check valves
As válvulas de retenção ((check
valves)) permitem o escoamento do fluido 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
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
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 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 quadrado da velocidade, os internos desse acessório são normalmente de grande dureza, ou
Sem válvula de retenção, há um risco
enorme de se “perder” a bomba!
seja, da ordem de 70Rc (Figura 30).
FIGURA 29
BOMBAS CENTRÍFUGAS/USO DA VÁLVULA DE RETENÇÃO
Bomba A
Bomba B
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
35
Pense e Anote
Em instalações industriais, particularmente quando duas bombas centrí-
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
lift
diferentes. Destacam-se as válvulas de retenção de levantamento ((lift
lift-check valves
swing
valves)), as válvulas de retenção de portinhola ((swing
swing--check valves
ball
ball--check valves
valves)).
ves)) e as válvulas de retenção de esferas ((ball
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
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
Pense e Anote
FIGURA 31
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
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
37
Válvulas de retenção de esferas
Utilizadas mais intensamente para fluidos de grande viscosidade que es-
Pense e
Anote
coam em sistemas de 2" ou de menor diâmetro, as válvulas de retenball
ção de esferas ((ball
ball--chek valves
valves)) encontram grande aplicação industrial
(Figura 33).
FIGURA 33
VÁVULA DE RETENÇÃO DE ESFERAS
Esfera
Entrada
Saída
es
Concluindo, temos as válvulas de pé ((ff oot valv
alves
es)) , mostradas na Fistop
),
gura 34, e as válvulas de retenção e fechamento ((stop
stop--check valves
valves),
na Figura 35.
FIGURA 34
VÁVULA DE PÉ
Bocal de saída
Pino
Guia
Tampão
Grade
de entrada
38
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ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
Pense e Anote
FIGURA 35
VÁVULA DE RETENÇÃO E FECHAMENTO
Haste rosqueada
Haste do
tampão
Guia
Tampão
Entrada
Saída
es
As válvulas de pé ((ffoot valv
alves
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.
stop
As válvulas de fechamento e retenção ((stop
stop--check valves
valves)), utilizadas 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,
lift
check
atua de forma similar às válvulas de retenção de levantamento (lift
lift-check
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.
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
39
Válvulas de segurança e de alívio
Tais válvulas são fundamentais para a segurança operacional das instala-
Pense e
Anote
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 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.
back pressure
Tal pressão, designada de contrapressão ((back
pressure)), pode ser anulada 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!
40
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
Pense e Anote
FIGURA 36
VALVULA DE SEGURANÇA CONVENCIONAL/ESQUEMA
Porca de
regulagem
Mola
Bocal
de saída
Tampão
Sede
Bocal de entrada
CASTELO COM VENT PARA
DESCARGA DA VÁLVULA
PB
Mola (Fs)
Castelo
PB
Vent
Guia
do disco
Tampão
ou disco
PB
PB
PV
PV AN = Fs + (PB AN)
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
41
FIGURA 37
VÁLVULA DE SEGURANÇA BALANCEADA
AB = Área efetiva do fole
AD = Área do disco
FS
AP = Área do pistão
FS = Força da mola
Vent do fole
PV = Pressão no vaso/manométrica
PB = Contrapressãoimposta pelo
sistema em libras/pol2/manométrica
PB
PS = Pressão de ajuste
Tampão
ou disco
Fole
com vent
PV
Nota
AB = AN
Na figura P
= PS (PV) (AN) =
V
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
Pistão
Pense e Anote
Mola do
castelo ventrado
AN = Área de assentemento no bocal
PB
PB
PB
PB
PV
Vent
AP = A N
As características operacionais dessas válvulas dependem da natureza
do fluido de trabalho, razão pela qual são designadas de válvulas de sesafety valves
gurança ((safety
valves)) quando operam com gases, ou válvulas de alírelief valves
vio ((relief
valves)) quando operam com líquidos. Assim, a abertura de uma
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
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
balham, 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
Grampo de teste
Haste
Parafuso de ajuste
Porca de ajuste
Conjunto grampo
de teste
Castelo
Grampo de teste
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ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
43
Pense e Anote
alívio, independentemente do estado físico do produto com os quais tra-
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
10% (ASME, Seção VIII)
Para vapor/caldeira
3% (ASME, Seção I)
Em condição de fogo
21% (ASME, Seção VIII)
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
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
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
Diferença
de alívio
Índice
50
150
40
140
30
130
25
125 Sobrepressão (Líquidos)
21
121 Sobrepressão (Fogo)
16
116 Máxima pressão alívio para
múltiplas válvulas (Processo)
10
110 Sobrepressão (Vapor/gás)
Máxima pressão ajuste permitida
para válvulas suplementares (Fogo)
5
105 Máxima pressão de ajuste
permitida para válvulas
suplementares (Processo)
3
103 Sobrepressão (Caldeira)
Máxima pressão de trabalho
permitida – MAWP
0
100 Pressão de ajuste
98 Início da abertura
–2
–5
– 10
95 Reassentamento da válvula
(Diferencial de alívio)
90 Máxima pressão de operação
usual/pressão para teste de vedação
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
45
Pense e Anote
Diferencial de alívio
A análise da seqüência operacional de uma válvula de segurança é
importante para caracterizar os conceitos apresentados. A Figura 42 retra-
Pense e
Anote
ta 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, A 2> 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 “A 1”
Pressão do sistema
Válvula fechada
46
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
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Pense e Anote
FIGURA 43
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 “ A 2 ”
Furo do bocal
Pressão interna
durante o escoamento
Totalmente aberta
Vazão total
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ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
47
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-
Pense e Anote
to 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
48
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
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 válvulas, têm-se aplicações específicas; portanto, é
necessário compatibilizar o tipo de válvula
utilizado com a função esperada para ela.
O melhor computador
de processo nada faz se não
existirem as válvulas de controle!
Válvula borboleta
butterfly valves
), utilizadas para líquidos, gases e
As válvulas borboleta ((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,
o qual é, normalmente, de aço-carbono. Em-
Borboletas são muito usadas
bora deficiente em termos de vedação, tais
para o bloqueio de células em
torre de água de resfriamento!
válvulas encontram grande aplicação industrial (Figura 47).
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
49
Pense e Anote
Válvula de controle
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
Abertura da válvula (%)
2
1. Válvula de gaveta comum
4
2. Igual percentagem
3
3. Abertura rápida
1
4. Linear
Vazão através da válvula
(% da vazão máxima)
FIGURA 47
VÁLVULA BORBOLETA
Flanges da
tubulação
Fechado
Disco de
fechamento
50
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
Aberto
Corpo da válvula
(entre os flanges)
diaphragm valves
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
PETROBRAS
ABASTECIMENTO
Válvulas Industriais
51
Pense e Anote
Válvula diafragma
Válvula mangote
Aplicada de forma similar à válvula diafragma, é constituída por um man-
Pense e
Anote
gote fixado à tubulação por meio de flanges. O estrangulamento do mangote, efetuado por ação de uma haste acionada por um volante ou pneumaticamente, controla a vazão do produto.
O mangote é de material flexível e resistente à ação corrosiva do produto.
FIGURA 49
VÁLVULA MANGOTE
52
PETROBRAS
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Válvulas Industriais