Apostila de-valvulas-industriais-petrobras

P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OVálvulas Industriais 1313

VálvulasindustriaisVálvulas

industriais

s tubulações industriais permitem o encaminhamento de produ-

tos líquidos ou gasosos de um equipamento a outro. Esses produtos se-

rão designados, genericamente, de fluidos de trabalho ou simplesmente

fluidos.

As válvulas, por sua vez, se configuram como acessórios importantes

de um sistema de tubulação, permitindo, de acordo com suas caracterís-

ticas construtivas, a execução de uma ou mais das seguintes atividades:

AA

Regulagem da vazão de um produto, adequando-a a umadeterminada condição de processo solicitada.

Bloqueio da passagem de um produto, permitindo aremoção de equipamentos para atividades de manutenção.

Alívio, a partir de um valor predefinido, da pressão de umsistema industrial, permitindo o restabelecimento de condiçõesseguras num processo.

Alinhamento de um fluido, de um equipamento a outro,permitindo apenas um sentido de escoamento, isto é,impedindo o seu retorno.

Em muitas situações, dependendo das condições de trabalho (pressão,

temperatura e corrosividade), as válvulas são flangeadas, construção que

permite a fácil instalação e remoção desses acessórios. Entretanto, qualquer

que seja sua concepção, as válvulas rigorosamente representam pontos de

possíveis vazamentos, os quais, se ocorrerem, podem determinar a inter-

rupção de um processo produtivo ou um acidente de grandes proporções.

As válvulas podem significar, em termos de custo, cerca de 6% a 10% do

investimento necessário para a construção de uma planta petroquímica, fato

que, aliado ao exposto anteriormente, orienta-nos para a definição de um

número adequado (nem mais, nem menos) de válvulas em um projeto.

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

1414P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T O

Válvulas Industriais

Considera-se que a falta desses componentes pode conduzir a proces-

sos industriais limitados, pouco flexíveis ou mesmo fadados a paradas

constantes por falta de opções operacionais e, em contrapartida, o exces-

so desses componentes pode levar a 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 es-

coamento do fluido de trabalho, , , , , a conhecida “perda de carga”, exigin-

do que equipamentos, como bombas ou compressores, imponham ao

sistema aos quais estão ligados pressão suficiente na descarga para pro-

duzir o escoamento à custa de maior potência desenvolvida pelos aciona-

dores correspondentes (motores elétricos, turbi-

nas etc.). Tais perdas de carga dependem da con-

figuração interna da válvula, da sua dimensão e

da vazão do fluido nas diversas condições de tra-

balho. Ver Anexo 2.

Inúmeras são as normas que orientam a fabri-

cação e os testes a que devem ser submetidas as

válvulas para uma determinada aplicação. O Ane-

xo 3 relaciona as normas brasileiras, voltadas para o assunto em pauta.

Pense eAnotePense eAnote

Perda de carga é perdade energia! É provocadapela resistência do equipamento aoescoamento do fluido!

Classificação

Várias são as formas de classificação das válvulas, destacando-se, entre elas,

as que enfatizam a função específica de cada um desses acessórios dentro

de um processo produtivo e as que consideram a forma de acionamento

que podemos encontrar para cada um desses acessórios. Assim, temos:

Não se devem exagerar ou eliminar

válvulas. Se, de um lado, um número

excessivo pode representar problemas,

de outro, um número inferior sempre

será um problema ainda maior.

A escolha adequada do equipamentoé a chave do sucesso de um processo.

1515P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OVálvulas Industriais

São utilizadas para permitir a passagem to-

tal ou o bloqueio completo de um fluido. São projetadas para trabalhar

totalmente fechadas ou totalmente abertas.

Os tipos existentes são: válvulas gaveta ( ( ( ( (gate valvesgate valvesgate valvesgate valvesgate valves) ) ) ) ) e válvulas ma-

cho ( ( ( ( (plugplugplugplugplug, , , , , clockclockclockclockclock valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))). Como variantes das válvulas gavetas, temos as

válvulas comporta ( ( ( ( (slideslideslideslideslide, , , , , blastblastblastblastblast valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))), as válvulas de fechamento rá-

pido (((((quick-acting valvesquick-acting valvesquick-acting valvesquick-acting valvesquick-acting valves))))) e as válvulas de passagem plena ( ( ( ( (through con-through con-through con-through con-through con-

duit valvesduit valvesduit valvesduit valvesduit valves) ) ) ) ) e como variantes das válvulas macho as válvulas de esfera

(((((ballballballballball valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))) e as válvulas de 3 ou 4 vias ( ( ( ( (three&four way valvesthree&four way valvesthree&four way valvesthree&four way valvesthree&four way valves).).).).).

Quanto à função ounatureza da aplicação

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

Controlam o fluxo de um fluido, adequan-

do-o a uma necessidade específica de processo. Trabalham parcialmente

abertas.

Os tipos existentes são: válvulas globo ( ( ( ( (globeglobeglobeglobeglobe valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))), válvulas agu-

lha ( ( ( ( (needleneedleneedleneedleneedle valvesvalvesvalvesvalvesvalves), ), ), ), ), válvulas de controle (((((controlcontrolcontrolcontrolcontrol valvesvalvesvalvesvalvesvalves), ), ), ), ), válvulas bor-

boleta (((((batterflybatterflybatterflybatterflybatterfly valvesvalvesvalvesvalvesvalves) ) ) ) ) e válvulas diafragma ( ( ( ( (diaphragmdiaphragmdiaphragmdiaphragmdiaphragm valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))).

Os tipos são os seguintes: válvulas de

retenção (((((check valvescheck valvescheck valvescheck valvescheck valves),),),),), válvulas de retenção e fechamento ( ( ( ( (stopstopstopstopstop-----checkcheckcheckcheckcheck

vvvvvalvalvalvalvalveseseseses) ) ) ) ) e válvulas de pé ( ( ( ( (fffffootootootootoot vvvvvalvalvalvalvalveseseseses).).).).).

Como as válvulas redutoras e regula-

doras de pressão.

Como as válvulas de segurança e alí-

vio ( ( ( ( (safetysafetysafetysafetysafety e e e e e reliefreliefreliefreliefrelief valvesvalvesvalvesvalvesvalves) ) ) ) ) e as válvulas de contrapressão ( ( ( ( (backbackbackbackback pressu-pressu-pressu-pressu-pressu-

rerererere valvesvalvesvalvesvalvesvalves).).).).).

Quanto à forma de acionamentoPodem ser: manuais, motorizadas ou automáticas, subdivididas confor-

me esquematizado a seguir:

ManuaisOperadas por volante (com ou sem o uso de extensões ou correntes), ala-

vanca ou por meio de engrenagens (Figuras 1, 2 e 3).

VÁLVULAS DE BLOQUEIOOUOUOUOUOU DE FECHAMENTO

(block valves)

VÁLVULAS DE REGULAGEM(throttling valves)

VÁLVULAS QUE PERMITEM OFLUXO EM UM ÚNICO SENTIDO

VÁLVULAS QUE CONTROLAMA PRESSÃO A JUSANTE

VÁLVULAS QUE CONTROLAMA PRESSÃO A MONTANTE




VÁLVULA OPERADA POR VOLANTE

FIGURA 1

VÁLVULA OPERADA POR ALAVANCA

FIGURA 2

VÁLVULA OPERADA POR MEIO DE ENGRENAGEM

FIGURA 3

A – VÁLVULA ACIMA DO OPERADOR

Volantepara corrente

Piso de operação

Volante

B – VÁLVULA ABAIXO DO OPERADOR

Haste deextensão

Volante

Engrenagens de redução

Castelo

Flange

Haste

Orifício depassagem

Anéisretentores

Alavanca de manobra

Engaxetamento

Macho(esfera oca)


MotorizadasOperadas por acionamento hidráulico, pneumático ou elétrico (Figuras 4,

5 e 6).

Pense e AnotePense e Anote

VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO HIDRÁULICO

FIGURA 4

VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO PNEUMÁTICO

FIGURA 5

VÁLVULA OPERADA POR ACIONAMENTO ELÉTRICO

FIGURA 6

Cilindrohidráulico

Conexões para olíquido acionador

Hastedeslizante

Gaxetas

Gaveta



VÁLVULA OPERADA POR MOLAS OU CONTRAPESO

AutomáticasOperadas por meio de molas ou contrapesos, ou, ainda, por meio da dife-

rença de pressão do fluido nos pontos de entrada e saída da válvula (Figu-

ras 7 e 8).

Pense e AnotePense e Anote FIGURA 7

VÁLVULA OPERADA POR DIFERENÇA DE PRESSÃO

FIGURA 8

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

Tampa

Guia

Pino

SedeTampão

ENTRADA SAÍDA


Alguns componentes são básicos e estão presentes em todas as válvulas,

como o corpo ( ( ( ( (bodybodybodybodybody))))), o castelo ( ( ( ( (bonnetbonnetbonnetbonnetbonnet))))) e o trim, componente móvel

composto basicamente pela haste ( ( ( ( (stemstemstemstemstem))))) e pelo obturador ou tampão

(((((plugplugplugplugplug) ) ) ) ) com formato de cunha, disco, comporta e que responde pela regu-

lagem ou pelo bloqueio do fluxo do fluido de trabalho. A Figura 9 ilustra

uma válvula gaveta, em que os componentes mencionados podem ser ob-

servados. Nessa ilustração, o obturador assume a forma de uma cunha.

Em outras válvulas, a sua forma pode corresponder a um disco, a um ele-

mento deslizante tipo comporta etc.

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

Componentes easpectos construtivos

VÁLVULA GAVETA

FIGURA 9

A haste, que é um elemento móvel, quando existente, atravessa o cor-

po da válvula, um componente fixo. Entre eles, é necessário introduzir um

elemento de vedação, o qual recebe o nome de gaxeta e deve ser conve-

nientemente escolhido em função da aplicação. Sua instalação tem que

ser feita com o devido cuidado, uma vez que sua falha pode gerar vaza-

mentos para a atmosfera. O Anexo 5 apresenta várias gaxetas, aplicáveis

conforme as condições de trabalho previstas.

O corpo conecta-se ao castelo por rosca ou parafusos ou, ainda, por

meio de uma união ( ( ( ( (unionunionunionunionunion bonnetbonnetbonnetbonnetbonnet). ). ). ). ). A escolha por uma opção ou por outra

depende das condições de trabalho do fluido.

A fixação por meio de parafusos é muito confiável em termos de con-

tenção de vazamentos e é utilizada para válvulas de 3" ou maiores e para

condições de trabalho severas. Nesse caso, entre o castelo e o corpo da

válvula, uma junta atua como elemento de vedação, a qual deve ser espe-

cificada em conformidade com o fluido de trabalho no que diz respeito à

Haste comrosca externa

Volante

Sobrecastelo

GaxetasCastelo aparafusado

JuntaCorpo

GavetaSedes

Flanges



sua corrosividade e à severidade do trabalho. Para válvulas abaixo de 3",

a utilização da união antes mencionada é considerada eficaz e pode tam-

bém ser utilizada para condições de trabalho severas.

Em válvulas que atuam em condições de trabalho consideradas não se-

veras, a fixação direta por rosca é aceitável. Nessas duas situações, entre-

tanto, a exemplo do que ocorre quando da fixação por parafusos, o uso de

uma junta é fundamental, valendo a observação feita anteriormente no que

diz respeito à necessidade de definição da junta em função do fluido de tra-

balho (corrosividade) e do produto pressão x temperatura.

A fixação do corpo à tubulação se dá por rosca, solda ou flange, sendo

que a primeira forma de fixação (rosca) é utilizada para válvulas de peque-

no porte (até 4"), desde que as condições de trabalho assim o permitam.

Com relação ao uso de solda para fixação das válvulas, duas possibili-

dades existem: uso de solda tipo encaixe e uso de solda de topo.

A soldagem de topo válvula/tubulação é empregada para condições de

trabalho severas, exigindo chanfros adequados para as extremidades dos

tubos e da válvula, com configurações que dependem da espessura dos

materiais envolvidos, como ilustrado na Figura 10.

Os materiais utilizados na construção dos diversos componentes das vál-

vulas devem ser adequados para as condições de trabalho. Evidentemente,

definido o material em função da corrosividade, as espessuras dos compo-

nentes devem ser calculadas pela aplicação de procedimentos estabelecidos

em norma e que levam em conta os valores de pressão e temperatura do

fluido de trabalho, bem como da tensão admissível do material escolhido.

Uma relação orientadora da definição dos materiais existentes x corro-

sividade do produto é apresentada no Anexo 4. Após fabricação, a válvula

deve ser testada, normalmente com água, à temperatura ambiente e à

pressão equivalente a 1 1/2 vezes a pressão máxima de trabalho prevista.

Uma tabela prática, apresentada no capítulo correspondente à manuten-

ção de válvulas, orienta sobre a 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, tor-

na-se necessário um tratamento térmico de alívio de tensões. A qualida-

de da soldagem é acompanhada por teste com líquido penetrante para

localização de eventuais trincas.

Posteriormente, as soldas são radiografadas, inspeção que pode reve-

lar trincas, poros ou escórias presentes na solda. Enquanto as trincas são

inadmissíveis, os poros e as escórias presentes podem ou não ser aceitos,

dependendo da dimensão desses defeitos, bem como da sua forma.

A soldagem e o posterior tratamento térmico de alívio de tensões po-

dem distorcer a válvula, bem como afetar a junta corpo/castelo, razão pela

qual, em muitas situações, essa atividade é desenvolvida apenas com o

corpo da válvula, sem os seus internos.



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.


SOLDAGEM DE TOPO

FIGURA 10

B – CHANFRO EM DUPLO V VÁLVULA E TUBULAÇÃO

A – CHANFRO EM V

B – CHANFRO EM DUPLO V VÁLVULA E TUBULAÇÃO

A – CHANFRO EM V

Corpoda válvula Tubulação

30O

1/16”

1/16”

Corpoda válvula Tubulação

30O

1/16”

1/16”

Corpoda válvula

TubulaçãoSolda

Solda

SOLDAGEM TIPO ENCAIXE

FIGURA 11



Válvulas são aplicadas em diversas situações e cumprem objetivos que

podem ser diferentes, razão pela qual tais acessórios apresentam diver-

sas formas construtivas e características próprias.

Válvula gavetaTal válvula, muito utilizada nas instalações industriais, é projetada, em

princípio, para operar totalmente aberta ou totalmente fechada. Se utili-

zadas parcialmente abertas, provocam grande perda de carga, fato que de-

corre da geometria, em forma de cunha, do seu obturador. Por outro lado,

totalmente aberta, dá passagem plena ao fluido de trabalho, impondo,

portanto, pequena perda de carga ao fluido.

O obturador, designado simplesmente por gaveta, em forma de cu-

nha ou provido de faces paralelas, 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, po-

dem ser usinadas no próprio corpo ou, como ocorre na maior parte das

aplicações, podem ser constituídas de duas peças independentes do cor-

po da válvula, fixadas por pressão, rosca ou pressão seguida de soldagem,

nos casos de operação em condições mais severas.

Os materiais utilizados internamente às válvulas podem ser de alto

ponto de fusão, acima de 1.100ºC, condição que confere a designação de

válvulas de segurança contra incêndio.

Nessas válvulas, a vedação é obtida de metal contra metal, exigindo

ajustes mais perfeitos e, portanto, trabalhosos, entre a sede e a gaveta.

Dessa forma, válvulas de segurança contra incêndio não admitem materi-

ais, tais como plástico, bronze, latão etc.

Sede e gaveta são componentes que podem ser recuperados ou substi-

tuídos, exigindo-se para isso um ajuste, cujo procedimento é mostrado

no capítulo referente à manutenção de válvulas.

A gaveta constituída de uma única peça, como ilustrado na Figura 9, é

utilizada para líquidos em geral, independentemente do diâmetro e das

condições de pressão e temperatura. Tais líquidos não devem ser excessi-

vamente corrosivos ou deixar sedimentos, os quais, se depositados na parte

inferior do alojamento da gaveta, impedem o total fechamento, dando

origem à passagem de fluido de trabalho (falta de vedação).

Para linhas de vapor, acima de 8" de diâmetro, as válvulas gavetas são

muito utilizadas, promovendo um bloqueio eficiente. O mesmo ocorre com

linhas de ar comprimido acima de 2".

As válvulas gaveta podem, ainda, apresentar gavetas constituídas de

mais de uma peça, como a ilustrada na Figura 12. Nela, há duas peças

articuladas entre si e que trabalham com uma haste cuja parte terminal


Válvulas/Tipos


está rosqueada em um componente em forma de cunha. Com o movimen-

to descendente da haste, a cunha mencionada abre as partes articuladas

da gaveta, jogando-as contra a sede, promovendo-se, dessa forma, veda-

ção eficiente.

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

VÁLVULA GAVETA/GAVETA ARTICULADA

FIGURA 12

A válvula de gaveta única e a articulada, apresentada na Figura 12,

podem operar em qualquer posição.

Outra variante de válvula gaveta, muito utilizada para válvulas de gran-

des diâmetros em tubulações de vapor, alta pressão, é constituída de dois

discos livres, um dos quais contém um pequeno furo e fica do lado de

maior pressão da tubulação. Em função do furo, o fluido que está sendo

bloqueado penetra entre os discos e os afasta de modo a jogá-los contra

as respectivas sedes, estabelecendo-se, dessa forma, um procedimento de

vedação eficiente (Figura 13).

Existe um problema importante e que está relacio-

nado com a abertura de válvulas de grande diâmetro

(acima de 8") que operam em sistemas de alta pres-

são (acima de 16kgf/cm2).

Nessas válvulas, a pressão exercida pelo fluido so-

bre a gaveta é alta e o esforço para abertura é signifi-

cativo, em face do atrito desenvolvido entre a gaveta

e a sede durante a abertura.

Para contornar essa dificuldade, uma tubulação de

pequeno diâmetro, provida de uma válvula gaveta,

ligando os dois lados da válvula, pressurizados e não

pressurizados, é a solução normalmente utilizada.

VÁLVULA GAVETA/SEDE DE DISCOS

FIGURA 13

Conexões para olíquido acionador

Cilindrohidráulico

Gaxetas

Haste deslizante

Gaveta

Discoslivres



Do ponto de vista construtivo da haste, existem, no mercado, três

possibilidades:

A rosca da haste fica em contato

com a atmosfera, longe do contato com o fluido de trabalho, fato impor-

tante no que diz respeito à durabilidade da válvula.

Nesse tipo de válvula, o volante, ligado ao castelo por uma porca, ao

ser movimentado, transmite um movimento de translação para a has-

te, a qual passa a indicar, visualmente, a condição de abertura da válvu-

la. Para válvulas utilizadas em sistemas de vapor, pressão acima de 8kgf/

cm2, diâmetro acima de 3", utilizam-se, por orientação da Norma USAS

B.31.1, hastes ascendentes.


HASTE ASCENDENTE/ROSCA EXTERNA(((((outsideoutsideoutsideoutsideoutside screw andscrew andscrew andscrew andscrew and yokeyokeyokeyokeyoke – OS&Y) – OS&Y) – OS&Y) – OS&Y) – OS&Y)

Durante o funcionamento normal do sistema, a válvula de grandediâmetro está fechada, bem como a de menor porte, situada natubulação de contorno (by-pass). Por ocasião da abertura da válvulade grande diâmetro (válvula principal),faz-se, inicialmente, a abertura da válvulade by-pass, obtendo-se, com isso, umaequalização da pressão dos dois ladosda gaveta, o que reduz o esforço exigidona abertura da válvula principal.

O by-pass equalizaa pressão dos dois ladosda gaveta, permitindomenor esforço na abertura!

VÁLVULA DE HASTE ASCENDENTE/ROSCA EXTERNA


Volante

Sobrecastelo

SobrepostaGaxetas

Casteloaparafusado

JuntaCorpo

GavetaSedes

Flanges

FIGURA 14


Sistema barato e de pior qualidade que os

anteriormente apresentados, é constituído de haste sem movimento de trans-

lação. Nele, a gaveta é rosqueada à haste, e o acionamento, via volante, des-

loca a gaveta para cima e para baixo, abrindo ou fechando a válvula. Nesse

esquema, como a haste não tem movimento de translação, o posicionamento

da válvula, aberta ou fechada, não pode ser definido a partir da haste.

A haste, nesse caso, gira de forma

solidária ao volante, e a rosca penetra na válvula, condição que caracteri-

za essa válvula como de pior qualidade em relação ao modelo anterior.

Pense e AnotePense e AnoteHASTE ASCENDENTE/ROSCA INTERNA

(((((risingrisingrisingrisingrising stemstemstemstemstem – RS) – RS) – RS) – RS) – RS)

HASTE NÃO ASCENDENTE(((((nonnonnonnonnon risingrisingrisingrisingrising stemstemstemstemstem)))))

VÁLVULA DE HASTE ASCENDENTE/ROSCA INTERNA

FIGURA 15

Porca de aperto

Volante

Sobreposta

GaxetasCastelorosqueado

Haste comrosca interna

CorpoGaveta

Extremosrosqueados

Porca do volante

L B

V

D

H (aberta)

Luva de segurança

Bucha rosqueada

Aperta-gaxeta

Gaxeta

Parafuso e porca debase do castelo

Parafuso de ligação

Porca de ligação

Corpo

Anel sede

Volante

EngraxadeiraHaste

Castelo

Porca aperta-gaxeta

Prisioneiro aperta-gaxeta

Tampa

Junta da baseda tampa

Cunha

VÁLVULA DE HASTE NÃO ASCENDENTE

FIGURA 16



Algumas válvulas gavetas especiais são encontradas, como as válvu-

las de comporta ( ( ( ( (slideslideslideslideslide valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))), as válvulas de fechamento rápido ( ( ( ( (quickquickquickquickquick-----

actingactingactingactingacting valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))) e as válvulas de passagem plena ( ( ( ( (throughthroughthroughthroughthrough conduitconduitconduitconduitconduit valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))),

como segue:

A gaveta é dotada de um furo central

que permite o seu alinhamento com a tubulação, liberando totalmente a

passagem do fluido. Tais válvulas encontram aplicação em oleodutos nos

quais é necessária a utilização de dispositivo de limpeza, conhecido por

pig, que, acionado pelo próprio produto bombeado ou por água, desloca-

se ao longo da tubulação em um movimento que combina rotação com

translação, “raspando-a” internamente.

Operando de forma similar ao pig, no que diz respeito aos movimen-

tos de rotação e translação, um outro dispositivo, este dotado de fonte

radioativa, pode detectar e posicionar, ao longo da tubulação, pontos de

menor espessura que precisam ser reparados.

Geralmente, oleodutos são utilizados para o escoamento de mais de

um produto. Assim, entre dois produtos diferentes, é necessária a utiliza-

ção de uma esfera de modo a definir perfeitamente a interface entre esses

produtos. Todos os dispositivos mencionados exigem passagem plena junto

às válvulas.

Pense e AnotePense e Anote VÁLVULAS DE PASSAGEM PLENA

São válvulas utilizadas em situa-

ções em que o fluxo do fluido precisa ser interrompido rapidamente, sen-

do o que ocorre em válvulas de descarregamento de caminhões. Nessas

válvulas (Figura 18), uma alavanca substitui o volante, deslocando de for-

ma rápida a gaveta e fazendo o fechamento da válvula.

VÁLVULA DE PASSAGEM PLENA

FIGURA 17

HasteVolante

Sobreposta

VISTAFRONTALDA GAVETA

Castelo

CorpoGaveta maciça(em duas partes)

Sedes

Guias fixasda gaveta

VÁLVULAS DE FECHAMENTO RÁPIDO


Válvulas cujas gavetas assemelham-se a chapas,

portanto, de superfícies planas e não em forma de cunha, que deslizam

sobre guias, controlando a passagem de gases, os quais podem conter par-

tículas sólidas dispersas. Tais válvulas encontram aplicação em dutos de

CO das unidades de craqueamento catalítico para controlar a pressão no

interior do reator. Nesse caso, a gaveta pode ser dupla, isto é, duas chapas

deslizantes. Trabalhando nas mesmas guias, deslizam sobre elas e se en-

contram no centro da válvula. Como as extremidades de cada chapa con-

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

VÁLVULA DE FECHAMENTO RÁPIDO

FIGURA 19

DISPOSITIVO DE LIMPEZA (PIG)

FIGURA 18

VÁLVULAS COMPORTA

Guia daalavanca

Alavancade operação

Haste deslizante

GaxetaCasteloaparafusado

Gaveta

Flange

Brushes

Brushespig



VÁLVULA COMPORTA

FIGURA 20

Válvula machoAs válvulas macho, classificadas como válvulas de bloqueio ou de fecha-

mento, apresentam uma característica interessante, que é o acionamento

mediante a rotação de uma alavanca em apenas 1/4 de volta, tornando-

se, por essa razão, válvulas de fechamento rápido.

Do ponto de vista de sua construção, apresentam como obturador um

componente designado de macho, o qual, conectado à alavanca mencio-

nada, gira para definição das posições aberta e fechada. Normalmente, nes-

sas válvulas, o uso do macho em condições de fechamento parcial não é

recomendável diante da grande perda de carga nessa condição de trabalho.


Guia

Comporta

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, esquemati-

camente, ilustra esse tipo de válvula.


A graxa, evidentemente, tem de ser compatível com o fluido em esco-

amento. Por outro lado, como através das ranhuras mencionadas podem

ocorrer vazamentos de produto para a atmosfera, válvulas de retenção,

constituídas de esferas e molas, são dispostas no trajeto percorrido pela

graxa, como observado na Figura 22.

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

Precisou de bloqueio rápido?Use uma válvula macho!

VÁLVULA MACHO

Tais válvulas são aplicáveis, quando em pequenos diâmetros e baixas

pressões, para bloqueio de água, vapor e líquidos e, em quaisquer diâme-

tros e pressões, para gases de um modo geral.

A Figura 21 mostra uma válvula macho com obturador em forma de

cone e que dispõe de uma passagem retangular para o fluido. Diante do

atrito que se desenvolve entre o macho e a sede, a válvula é dotada de

dispositivo de lubrificação, o qual conduz a graxa, sob pressão, através de

ranhuras existentes nesse obturador.

Engaxadeira

SobrepostaGaxetas

Sedes

MachoOrifício depassagem

Rasgos de lubrificação

Alavancade manobra

FIGURA 20




VÁLVULA MACHO/LUBRIFICAÇÃO

FIGURA 22

Válvulas macho, de grande diâmetro e de aplicação especial, dotadas

de obturador em forma de cone, podem conter um dispositivo que per-

mite promover um pequeno deslocamento do macho na direção perpen-

dicular à definida pelas linhas de fluxo, logo que acionada a alavanca. As-

sim, acionada a alavanca, num primeiro momento, o macho tem o deslo-

camento mencionado e, em seguida, gira, proporcionando a abertura ou

o fechamento da válvula. Tal movimento evita a impossibilidade de aber-

tura ou fechamento da válvula para situações em que o atrito que se de-

senvolve entre o macho e a sede é grande.

Para altas temperaturas, acima do limite de utilização das graxas usu-

ais, as válvulas macho, quando empregadas, não são lubrificadas.

O obturador de uma válvula macho pode ser em forma de esfera, a qual

é vedada normalmente por materiais como borracha, neoprene, ou Teflon,

limitando o uso a temperaturas abaixo do ponto de fusão desses materi-

ais. São válvulas eficientes, utilizadas para bloqueio de líquidos e gases

em quaisquer diâmetros e níveis de pressão. A Figura 23 ilustra uma vál-

vula que recebe a designação de válvula de esfera ( ( ( ( (ballballballballball valvesvalvesvalvesvalvesvalves).).).).).

Conexão para lubrificação

Porca/parafusosda sobreposta

Porca de fixação da tampa

Tampa

Ranhuralubrificação

Câmara delubrificação

Plugue cônico

Corpo

Junta

Anel de metal

Anel de gaxeta

Sobreposta

Encaixe quadradopara uso de chave

Válvula deretenção paralubrificantes


Além da válvula esfera, uma outra variante de válvula macho é a vál-

vula de 3 ou 4 vias (((((threethreethreethreethree & & & & & fourfourfourfourfour waywaywaywayway valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))). 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 produ-

to (Figura 24).


VÁLVULA MACHO DE 3 OU 4 VIAS

FIGURA 24

VÁLVULA ESFERA

FIGURA 23

Alavancade manobraHaste

Engaxetamento

Macho(esfera oca)


Anéis retentores

Alavanca de manobra

Haste

Engaxetamento

Macho(esfera oca)


Anéis retentores

Macho

POSIÇÃO ABERTA

CORTE EM PROJEÇÃOHORIZONTAL



Válvula globo

São destinadas a controlar o fluxo de um produto

qualquer em uma tubulação por permitir várias posições de regulagem

(Figura 25).


VÁLVULAS GLOBO(globeglobeglobeglobeglobe valvesvalvesvalvesvalvesvalves)

VÁLVULA GLOBO

FIGURA 25

Pela sua configuração, com o fluido que escoa da parte inferior para a

superior do obturador (“tampão”), a válvula globo impõe significativa

mudança na direção desse escoamento, tendo-se como conseqüência a

ocorrência de grande perda de carga. Fechadas, tais válvulas permitem

vedações estanques. Além disso, os seus internos podem ser de materiais

de alto ponto de fusão (acima de 1.100ºC), caracterizando-as como vál-

vulas de segurança contra incêncio. Em 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 (((((angleangleangleangleangle valvesvalvesvalvesvalvesvalves), ), ), ), ), as válvulas em “Y” e as válvulas agu-

lha (((((needleneedleneedleneedleneedle valvesvalvesvalvesvalvesvalves).).).).).

Válvulas angularesAs válvulas angulares, conforme a Figura 26, apresentam os bocais de en-

trada e saída de produto dispostos a 90º, arranjo que confere perda de

carga menor que as válvulas globo. Entretanto, sua utilização é limitada


Volante

Sobreposta

Castelo aparafusado

TampãoSede

Sentidode fluxo


em função de restrições ao seu posicionamento nas tubulações. Depen-

dendo desse posicionamento, particularmente em linhas que operam em

alta temperatura, esforços excessivos, gerados por efeito da dilatação, atu-

am sobre o corpo dessas válvulas, podendo, em determinadas situações,

provocar a ruptura.

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

VálvulasagulhaAs válvulas agulha

apresentam um tam-

pão (Figura 27), o qual,

deslocado por ação do

volante, libera passa-

gem pequena para o

fluido, permitindo

ajustes finos de vazão.

São utilizadas com fre-

qüência em linhas de

sistemas de lubrifica-

ção de equipamentos

dinâmicos por permi-

tirem regulagens ade-

quadas da pressão.

VÁLVULAS AGULHA

Castelode união

Agulha

Sede

Porca

Trajetóriado fluido

VÁLVULAS ANGULARES

FIGURA 26

Porca de aperto

Gaxetas

Haste com rosca

Tampão

Trajetória do fluido

FIGURA 27



Válvulas em “Y”As válvulas em “Y” apresentam como diferença, comparativamente à vál-

vula globo tradicional, o posicionamento da sede, o qual é definido segun-

do um ângulo de 45º em relação à linha de centro da tubulação. Essa cons-

trução reduz a perda de carga através da válvula, minimizando o problema

existente nas válvulas globo tradicionais. São utilizadas mais intensamente

em linhas de vapor nas atividades de bloqueio e regulagem de fluxo.


VÁLVULAS EM “Y”

FIGURA 28

Válvula de retençãoAs válvulas de retenção ( ( ( ( (checkcheckcheckcheckcheck valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))) permitem o escoamento do flui-

do de trabalho em apenas um sentido. O seu obturador, também cha-

mado de tampão, é pressionado pelo próprio fluido contra a sede, quan-

do o escoamento ocorre em um 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 va-

zamento do produto em escoamento para a atmosfera, constituído de

esferas e válvulas, foi apresentado anteriormente. No caso mencionado, a

válvula permitia a injeção da graxa de fora para dentro da válvula, lubrifi-

cando as faces do macho em forma de cone e também a sede. No sentido

oposto, entretanto, impedia não só o retorno da própria graxa, como o

vazamento de produto para a atmosfera.

Dispositivo similar é o caso do pneu de automóvel pressurizado com ar

comprimido injetado através de uma válvula de retenção. Retirado o bico de

injeção de ar comprimido, o ar pressurizado do pneu tenderia a escoar para

a atmosfera, no que é impedido pela válvula de retenção existente no pneu.

Tampão

Sede

Trajetóriado fluido


Em instalações industriais, particularmente quando duas bombas centrí-

fugas operam com a mesma finalidade, uma reserva da outra (Figura 29), o

produto da descarga da bomba em operação pode, em face do arranjo de

tubulações normalmente utilizado, injetar produto na bomba parada em fluxo

reverso, fazendo-a girar ao contrário. Nessa situação, o rotor da bomba des-

conecta-se do eixo, gerando um acidente de proporções consideráveis.

Um tipo particular de válvula, o qual não pode, rigorosamente, ser classi-

ficado como válvula de retenção, designado como válvula de passagem mí-

nima ou de recirculação, também é utilizado na descarga de algumas bom-

bas, que não podem operar abaixo de uma determinada vazão sem mostrar

aquecimento excessivo capaz de provocar o travamento da bomba.

Para a bomba que opera acima da vazão mínima, a válvula opera como

uma retenção comum, permitindo o fluxo de produto no sentido da bomba

para o sistema de descarga. Porém, quando a vazão da bomba está abaixo

da vazão mínima, uma linha lateral, acionada mecanicamente por um

sistema de alavancas, é aberta, permitindo ao fluido retornar parcialmen-

te para a sucção. Assim, uma 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 míni-

ma, opera com grande velocidade e, como o

desgaste é em geral proporcional ao quadra-

do da velocidade, os internos desse acessó-

rio são normalmente de grande dureza, ou

seja, da ordem de 70Rc (Figura 30).

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

Sem válvula de retenção, há um risco

enorme de se “perder” a bomba!

BOMBAS CENTRÍFUGAS/USO DA VÁLVULA DE RETENÇÃO

FIGURA 29

Bomba A

Bomba B




BOMBAS CENTRÍFUGAS/VÁLVULA DE PASSAGEM MÍNIMA

FIGURA 30

Várias configurações para o tampão dão origem a válvulas de retenção

diferentes. Destacam-se as válvulas de retenção de levantamento ( ( ( ( (liftliftliftliftlift-----

checkcheckcheckcheckcheck valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))), as válvulas de retenção de portinhola ( ( ( ( (swingswingswingswingswing-----checkcheckcheckcheckcheck val-val-val-val-val-

vesvesvesvesves) ) ) ) ) e as válvulas de retenção de esferas ( ( ( ( (ballballballballball-----checkcheckcheckcheckcheck valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))).

Válvulas de retençãoe de levantamentoA Figura 31 ilustra esse tipo de válvula, em que o tampão trabalha conecta-

do a um pino, o qual, sob a ação da pressão do fluido, promove o seu levan-

tamento e o escoamento desejado. Por outro lado, quando a pressão do flui-

do 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 es-

coamento que as válvulas globo e é mais intensamente utilizado para sis-

temas gás ou vapor de diâmetros acima de 6". O sistema pino/guia, por

sua vez, está sujeito a emperramento, podendo, particularmente, quan-

do do manuseio de produtos com sedimentos ou corrosivos, deixar de

operar de forma satisfatória.

Guia superior

Tampão oudisco (descarga)

Sede

Tampão ou disco(passagem mínima)

Passagemmínima

Sede(passagem mínima)

Guia inferior


Válvulas de retenção de portinholaCom 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 horizon-

tal e vertical. São sujeitas a emperramento em face da existência do pino

articulado, ilustrado na Figura 32.


VÁLVULA DE RETENÇÃO DE LEVANTAMENTO

FIGURA 31

VÁLVULA DE RETENÇÃO DE PORTINHOLA

FIGURA 32

Quando operam com fluido dotado de seguidas inversões de fluxo,

podem vibrar intensamente, provocando muito ruído e dando origem a

um fenômeno conhecido como chattering.

Tampa

GuiaPino

SedeTampão

Entrada Saída

Tampa

Flangede saída

Flange deentrada

TampãoSede



VÁVULA DE PÉ

Válvulas de retenção de esferasUtilizadas mais intensamente para fluidos de grande viscosidade que es-

coam em sistemas de 2" ou de menor diâmetro, as válvulas de reten-

ção de esferas ( ( ( ( (ballballballballball-----chekchekchekchekchek valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))) encontram grande aplicação industrial

(Figura 33).


Concluindo, temos as válvulas de pé ( ( ( ( (fffffootootootootoot vvvvvalvalvalvalvalveseseseses))))), mostradas na Fi-

gura 34, e as válvulas de retenção e fechamento ( ( ( ( (stopstopstopstopstop-----checkcheckcheckcheckcheck valvesvalvesvalvesvalvesvalves),),),),),

na Figura 35.

VÁVULA DE RETENÇÃO DE ESFERAS

FIGURA 33

FIGURA 34

Esfera

SaídaEntrada

Bocal de saída

Pino

Guia

Gradede entrada

Tampão


Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

As válvulas de pé ( ( ( ( (fffffootootootootoot vvvvvalvalvalvalvalveseseseses) ) ) ) ) são utilizadas intensamente nas linhas

de alimentação de bombas centrífugas, que succionam de reservatórios

não pressurizados com ponto de captação abaixo da linha de centro da

bomba, como um rio ou tanque aberto. Nessa situação, o líquido, antes

da partida da bomba, deve preencher toda a tubulação de sucção, chegan-

do até o 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, de-

terminando a necessidade de um novo enchimento da tubulação de suc-

ção (escorva) por ocasião do bombeamento seguinte. Este procedimento

é evitado pela adição da válvula de pé na sucção, a qual, pela ação do

tampão, impede o retorno do líquido para o reservatório.

A válvula de pé, quando opera com líquidos que apresentam partícu-

las sólidas, é normalmente envolvida por uma tela, a qual retém, por

ocasião do bombeamento, tais partículas, impedindo que as mesmas cir-

culem pelo interior da bomba e sejam levadas ao ponto de utilização do

produto bombeado.

As válvulas de fechamento e retenção ( ( ( ( (stopstopstopstopstop-----checkcheckcheckcheckcheck valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))), utiliza-

das em linhas de saída de caldeira, operam segundo os conceitos de vál-

vula de retenção e válvula globo, em que o tampão, guiado por um pino,

atua de forma similar às válvulas de retenção de levantamento (liftliftliftliftlift-checkcheckcheckcheckcheck

valvesvalvesvalvesvalvesvalves). Além disso, uma haste, movimentada por um volante, trava o pino

mencionado, jogando o tampão contra a sede, o que fecha a válvula em

condição de eficiência similar à apresentada pelas válvulas globo.

VÁVULA DE RETENÇÃO E FECHAMENTO

FIGURA 35

Tampão

Haste rosqueada

Guia

Entrada Saída

Haste dotampão



Válvulas de segurança e de alívioTais válvulas são fundamentais para a segurança operacional das instala-

ções industriais. Limitam, normalmente por ação de uma mola ou de um

contrapeso, a pressão no interior de um sistema, mantendo-o dentro das

condições limites de projeto. Excedida a pressão predefinida como segu-

ra, a válvula abre, descarregando para outros sistemas, como o sistema

de tocha (flare) ou para a atmosfera, situação que ocorre em compresso-

res de ar comprimido ou em caldeiras a vápor d´água.

No caso de caldeiras, a descarga dessas válvulas, as quais devem estar

sempre posicionadas de modo a não causarem riscos ao homem, é segui-

da de ruído intenso quando da passagem do fluido, razão pela qual, em

muitas situações, um silenciador também é utilizado na seqüência da

instalação.

Assim como as válvulas de retenção, as válvulas de segurança e de alí-

vio operam por ação da pressão ou diferença de pressão desenvolvida pelo

próprio fluido de trabalho, caracterizando-se, portanto, como válvulas

automáticas.

Nesse tipo de válvula, a pressão do fluido de trabalho, que atua sobre

a parte inferior do tampão, também chamado de disco ou sede superior,

vence a resistência da mola (ou contrapeso), abrindo-a e permitindo que

ela descarregue para um sistema de alívio.

Caso a válvula esteja alinhada para um sistema também pressurizado,

o esforço desenvolvido na parte inferior do tampão vence a resistência da

mola adicionada ao esforço desenvolvido pela pressão do fluido do siste-

ma de descarga, atuante na parte superior do tampão.

Tal pressão, designada de contrapressão ( ( ( ( (backbackbackbackback pressurepressurepressurepressurepressure))))), pode ser anu-

lada em algumas válvulas pelo uso de algum tipo de dispositivo, como

um fole, caso em que a válvula é dita balanceada.

A Figura 36 ilustra uma válvula de segurança convencional, e as Figu-

ras 37 e 38 mostram válvulas balanceadas, nas quais, com o auxílio ou

não de fole, a construção permite fazer com que sobre o disco, tanto na

sua parte inferior como na superior, os esforços gerados pelo produto da

descarga sejam os mesmos. Este esquema possibilita, portanto, anular os

esforços sobre ele automaticamente. Tanto as válvulas balanceadas como

as não balanceadas podem ser dotadas de uma alavanca externa para aci-

onamento manual, proporcionando uma verificação ou teste dessas vál-

vulas para certificação da funcionalidade das mesmas.

PSV ou PRV: a melhor formade deixar uma plantaoperacionalmente segura!



VALVULA DE SEGURANÇA CONVENCIONAL/ESQUEMA

FIGURA 36


Porca deregulagem

Mola

Bocalde saída

Tampão

Sede

Bocal de entrada

Castelo

VentMol

a (F

s)

PB

PB

PV

Guiado disco

Tampãoou disco

PB

PB

CASTELO COM VENT PARADESCARGA DA VÁLVULA

PV AN = Fs + (PB AN)

CASTELO COM VENT PARADESCARGA DA VÁLVULA



As características operacionais dessas válvulas dependem da natureza

do fluido de trabalho, razão pela qual são designadas de válvulas de se-

gurança ( ( ( ( (safetysafetysafetysafetysafety valvesvalvesvalvesvalvesvalves))))) quando operam com gases, ou válvulas de alí-

vio ( ( ( ( (reliefreliefreliefreliefrelief valvesvalvesvalvesvalvesvalves) ) ) ) ) quando operam com líquidos. Assim, a abertura de uma

válvula que opera com vapor ou gás, devido à alta compressibilidade des-

tes, traduz-se por ação rápida conhecida como pop action, que permite

designar as válvulas de segurança como válvulas pop. Na prática, no ca-

pítulo que trata da manutenção de válvulas, as válvulas de segurança e de

VÁLVULA DE SEGURANÇA BALANCEADA

FIGURA 37

VÁLVULA DE SEGURANÇA BALANCEADA

FIGURA 38

Pense e AnotePense e AnoteMola docastelo ventrado

Vent do fole

FS

PV

Folecom vent

Tampãoou disco

PB

AB = AN

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 pelosistema em libras/pol2/manométrica

PS = Pressão de ajuste

Nota

Na figura PV = PS (PV) (AN) =FS (típica) e PS = FS/AN

Mola docastelo ventado

Vent

Tampãoou disco

PB

AP = AN

PBPB

Pist

ão

PV

PB PB

FS

DISCO OU TAMPÃO BALANCEADOTIPO PISTÃO COM VENTDISCO OU TAMPÃO BALANCEADOTIPO PISTÃO COM VENT


alívio, independentemente do estado físico do produto com os quais tra-

balham, são designadas apenas como válvulas de segurança.

Um equipamento, como uma caldeira, por exemplo, deve ser subme-

tido a teste hidrostático realizado a uma pressão da ordem de 1 1/2 vez a

pressão de trabalho do equipamento, valor superior à pressão de ajuste

da válvula de segurança. Durante o teste, a válvula deve ser removida ou,

na impossibilidade de sua remoção, particularmente nos casos em que a

válvula é soldada, ela deve ser travada na condição fechada para permitir

o referido teste. A Figuras 39 e 40 mostram, respectivamente, um plugue

e um grampo utilizados no teste.

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

Plugue

Pino

Cap

Anel “O”

Bocal

Parafuso do grampoteste Rosqueado

Grampo de testePorcaHasteParafuso de ajuste

Porca de ajuste

Castelo

Grampo de teste

Conjunto grampode teste

VÁLVULA DE SEGURANÇA/PLUGUE DE TRAVAMENTO

FIGURA 39

VÁLVULA DE SEGURANÇA/GRAMPO DE TRAVAMENTO

FIGURA 40



Alguns termos são utilizados com freqüência quando estamos tratan-

do de válvulas de segurança e de alívio, sendo que os principais estão

relacionados a seguir.

Pressão de operaçãoÉ a pressão de operação do fluido de trabalho, entendendo-se que ele pode

estar em mais de uma condição de pressão e temperatura, todas conside-

radas condições de trabalho. Dentre elas, a que corresponde à maior pres-

são é utilizada como referência para definir pressão de abertura da válvu-

la, designada de pressão de ajuste.

Pressão de ajusteÉ a pressão definida para abertura da válvula, valor evidentemente maior

que a pressão de operação usual, guardando entre elas diferença de pres-

são de 10%.

Na situação em que a válvula de segurança ou de alívio descarrega para

um sistema pressurizado, este impõe uma contrapressão à válvula, cujo

valor deve ser considerado para definição da pressão de ajuste.

SobrepressãoAtingida a pressão de ajuste, o tampão desloca-se, iniciando a abertura

da válvula. A pressão, porém, ainda cresce, bem como a abertura da vál-

vula, até atingir valor que corresponde à máxima capacidade de escoamen-

to do fluido. A diferença entre essa pressão e a pressão de ajuste, normal-

mente expressa em termos percentuais, é a sobrepressão, a qual, de con-

formidade com o código ASME (American Society Mechanical Engineering),

tem os seguintes valores:

AcúmuloÉ a diferença de pressão, expressa em geral em termos percentuais, entre

a máxima pressão alcançada durante a abertura da válvula e a máxima

pressão de trabalho permitida (Maximum Admitted Work Pressure – MAWP).

Caso a máxima pressão de trabalho permitida seja igual à pressão de ajuste,

os conceitos de sobrepressão e acúmulo coincidem.

Para ar e gases de um modo geral

Para vapor em linha

Para vapor/caldeira

Em condição de fogo

Para líquidos de um modo geral

10% (ASME, Seção VIII)


3% (ASME, Seção I)


25% (s/ref. no Código ASME)



Diferencial de alívioConcluída a descarga, por ocasião do fechamento da válvula, a pressão cai

para um valor ligeiramente inferior ao da pressão de ajuste. A diferença

entre as pressões mencionadas, expressa em termos percentuais com re-

lação à pressão de ajuste, é designada de diferencial de alívio (blowdown).

O diferencial de alívio também é um valor normalizado pelo código

ASME. A seção VIII define o valor de 5% a 7% para as válvulas de processo,

e a seção X, o valor de 4% para caldeiras.

As válvulas de segurança possuem anel de regulagem a partir do qual,

em bancada, o diferencial de alívio pode ser ajustado. O anel de regula-

gem, entretanto, só tem aplicação para válvulas de segurança que ope-

ram com vapor ou gás, sendo inócuo para válvulas que operam com lí-

quidos.

Reunindo os conceitos até aqui apresentados, a Figura 41 mostra-os

em função da máxima pressão de ajuste.

PRESSÃO DE AJUSTE X DEMAIS CONCEITOS

FIGURA 41

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

Sobrepressãoou

acúmulo

ÍndiceÍndice

150

140

130

125

121

116

110

105

103

100

98

95

90

50

40

30

25

21

16

10

5

3

0

– 2

– 5

– 10

Diferençade alívioDiferençade alívio

%%

Sobrepressãoou

acúmuloSobrepressão (Líquidos)

Sobrepressão (Fogo)

Máxima pressão alívio paramúltiplas válvulas (Processo)

Sobrepressão (Vapor/gás)Máxima pressão ajuste permitidapara válvulas suplementares (Fogo)

Máxima pressão de ajustepermitida para válvulassuplementares (Processo)

Sobrepressão (Caldeira)Máxima pressão de trabalhopermitida – MAWP

Pressão de ajuste

Início da abertura

Reassentamento da válvula(Diferencial de alívio)

Máxima pressão de operaçãousual/pressão para teste de vedação



A análise da seqüência operacional de uma válvula de segurança é

importante para caracterizar os conceitos apresentados. A Figura 42 retra-

ta uma válvula de segurança fechada e alguns de seus componentes (bo-

cal, tampão, anel do 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>

A

1,

fato que promove um acréscimo instantâneo na força de abertura da válvu-

la, a qual passa a sobrepujar em muito a força da mola e, também, a contra-

pressão existente. O fluido, vapor ou gás expande-se por ocasião da abertura

da válvula, contribuindo para a continuidade desse processo. Nesse instante,

atinge a válvula uma abertura correspondente a 70% do curso total.

O processo de abertura continua, com o fluido parcialmente incidindo

sobre a parte inferior do tampão. Ele retorna para atuar sobre o bocal e

sobre o anel correspondente, região definida pela área anular C, e volta

novamente à parte inferior do tampão, atingindo a válvula a sua abertura

total. Nesse momento a descarga é máxima e a pressão reinante deve es-

tar no máximo no valor definido para pressão de ajuste mais a sobrepres-

são estabelecida (Figura 43).


Força da mola

Válvula fechada

Área do disco “A1”

Pressão do sistema

VÁLVULA DE SEGURANÇA/ESQUEMA

FIGURA 42


VÁLVULA DE SEGURANÇA/ESCOAMENTO NA ABERTURA DA VÁLVULA

FIGURA 43

VÁLVULA DE SEGURANÇA/FORÇAS DE EXPANSÃO

FIGURA 44


Abertura inicial

Área anularsecundária “A2”

Pressão do sistema

Guia de disco

Anel de regulagem(ajuste)

Área anular “C”

Furo do bocal

Área anularsecundária “A2”

Pressão internadurante o escoamento Totalmente aberta

Vazão total

Força da mola

Força da mola



Nas válvulas de segurança (Figura 36), o bocal é normalmente inserido

no corpo da válvula. Tanto o bocal como o tampão, disco ou ainda o fole,

quando utilizado, são normalmente constituídos de aços inoxidáveis. Na

região de assentamento (disco/bocal), em que a velocidade de escoamen-

to é alta, o material é revestido com “Stellite”. Corpo e castelo, bem como

a mola, podem ser eventualmente de aço-carbono. Entretanto, em mui-

tas situações, materiais mais nobres são utilizados. Abaixo, são relaciona-

dos os materiais mais empregados para esses componentes.

Corpo e casteloASTM 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 discoAISI 304, AISI 316, AISI 316 L, Monel e Hastelloy, com os revestimentosmencionados anteriormente na região de assentamento.

MolaAço-Carbono, Aço Inoxidável, Aço-Liga, Inconel, Monel e Hastelloy.

FoleAISI 316, AISI 316 L, Monel, Hastelloy e Inconel.

Finalizando, um dispositivo que protege um sistema contra pressão

excessiva e que opera de forma diferente das válvulas de segurança e alí-

vio é o disco de ruptura.

Constituído por uma chapa calibrada, é colocado entre dois flanges. Atin-

gida uma pressão predefinida, o disco rompe-se, aliviando o sistema por

meio de escoamento de fluido para um outro reservatório (Figura 45).

DISCO DE RUPTURA

FIGURA 45



Válvula de controleMalha de controle existe para obter-se determinado valor de uma variá-

vel de processo. Composta por diversos equipamentos e comandada por

programas de computador, possui como elemento final uma válvula de

controle.

Fundamentalmente, ela atua no sentido de manter em determinado

valor a pressão ou a vazão de um fluido de trabalho. Para isso, tal válvula

recebe um sinal de pressão ou de vazão de produto sob controle (ar de ins-

trumento), e esse sinal atua sobre a face superior de um diafragma ao qual

está conectada a haste de acionamento da válvula, fechando-a, por exem-

plo, de acordo com a necessidade do processo. Nesse esquema de fecha-

mento da válvula, uma mola, como ilustrado na Figura 46, é distendida,

provocando o retorno da haste e, portanto, a abertura da válvula sempre

que o sinal de pressão atuante na face superior do diafragma é reduzido.

A válvula apresentada na figura caracteriza-se como válvula globo, po-

rém dotada de duplo tampão, o qual tem por objetivo compensar os es-

forços provocados pelo fluido sobre a haste, não influenciando sua desci-

da ou subida.

O atuador da válvula da figura é pneumático, e o sinal pode vir direta-

mente de um ponto específico do sistema sob controle ou de uma central

de controle, a qual, após computar uma série de informações de proces-

so, emite sinais para diversas válvulas, ajustando-as dentro de uma con-

dição operacional definida.

A Figura 46 apresenta as curvas de funcionamento de diversos tipos de

válvulas para controle de vazão em função do

percentual de abertura da válvula. Dependen-

do das características de abertura das válvu-

las, têm-se aplicações específicas; portanto, é

necessário compatibilizar o tipo de válvula

utilizado com a função esperada para ela.

Válvula borboletaAs válvulas borboleta ( ( ( ( (butterflybutterflybutterflybutterflybutterfly valvesvalvesvalvesvalvesvalves), ), ), ), ), utilizadas para líquidos, gases e

materiais pastosos, apresentam um disco revestido ou não, o qual, sob a

ação de uma alavanca, gira, permitindo controlar a vazão de produto. O

revestimento do disco é feito sempre que exis-

te a necessidade de compatibilizar a corrosi-

vidade do produto com o material do disco,

o qual é, normalmente, de aço-carbono. Em-

bora deficiente em termos de vedação, tais

válvulas encontram grande aplicação indus-

trial (Figura 47).

O melhor computador

de processo nada faz se não

existirem as válvulas de controle!

Borboletas são muito usadas

para o bloqueio de células em

torre de água de resfriamento!

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note



VÁLVULAS DE CONTROLE/PERCENTAGEMDE ABERTURA X PERCENTAGEM DE VAZÃO

FIGURA 46

VÁLVULA BORBOLETA

FIGURA 47

Pense e AnotePense e Anote Porca deregulagem da mola

Mola calibrada regulável(para abrir a válvula)

Admissão de ar comprimido(para fechar a válvula)

Diafragma flexível

Indicadorde posiçãode abertura

Haste

SobrepostaGaxeta

Tampõesduplos balanceadosSedes

Aber

tura

da

válv

ula

(%)

Vazão através da válvula(% da vazão máxima)

Atuadorpneumático

1. Válvula de gaveta comum

2. Igual percentagem

3. Abertura rápida

4. Linear

Flanges datubulação

Disco defechamento

Corpo da válvula(entre os flanges)

AbertoFechado

1

3

4

2


MATERIAIS CONSTRUTIVOS DE VÁLVULAS DIAFRAGMA

TABELA 1

VÁLVULA DIAFRAGMA

Corpo Disco Eixo

Ferro fundido

Ferro fundido

Aço-carbono

Aço-carbono

AISI 316

Aplicação normal

Aplicação emserviços corrosivos

Especial

Ferro fundido

Ferro fundido

Aço-carbono

AISI 316

AISI 316

AISI 410

SAE 1045

AISI 410

AISI 316

AISI 316

Bronze

Bronze-alumínio

Ferro fundidonodular

AISI 316 revestido AISI 316

Bronze

Bronze-alumínio

AISI 410

AISI 410

FIGURA 48

Pens

e e A

note

Pens

e e A

note

Volante

Castelo

Diafragmaflexível (aberto)

Posição fechada

Tampão

Haste

Sede

Válvula diafragmaAs válvulas diafragma ( ( ( ( (diaphragmdiaphragmdiaphragmdiaphragmdiaphragm valvesvalvesvalvesvalvesvalves) ) ) ) ) (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:




Válvula mangoteAplicada de forma similar à válvula diafragma, é constituída por um man-

gote fixado à tubulação por meio de flanges. O estrangulamento do man-

gote, efetuado por ação de uma haste acionada por um volante ou pneu-

maticamente, controla a vazão do produto.

O mangote é de material flexível e resistente à ação corrosiva do produto.

VÁLVULA MANGOTE

FIGURA 49

Documents

Apostila de-valvulas-industriais-petrobras