Valvulas de seguranca e alivio – 2ª Parte

Válvulas de segurança e alívio

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Miguel Malheiro Eng.o Eletrotécnico, Ramo de Automação, Controlo e Instrumentação – FEUP mcbmalheiro@gmail.com

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2.ª Parte

7. TIPOS DE CASTELOS O castelo em válvulas é sempre a parte superior e nas válvulas de segurança é onde fica alojada a mola, os suportes da mola, a haste e o parafuso de ajuste utilizado para alterar a pressão de ajuste em função de alterar a carga da mola sobre o disco. Ao separar o castelo do corpo tem-se acesso a todos os componentes internos da válvula. O capuz e a alavanca de acionamento também são montados na parte superior do castelo.

Nas válvulas de segurança ou segurança e alívio normalmente são utilizados dois tipos de castelos: aberto ou fechado.

Nas válvulas de alívio é utilizado apenas o castelo do tipo fechado.

O tipo de castelo é escolhido de acordo com o tipo de fluido: t se compressível ou não; t se a temperatura é elevada; t se o fluido deve descarregar diretamente para a atmosfera ou para um coletor fechado; t se o fluido é tóxico ou inflamável.

7.1. Castelo aberto Uma válvula pode ser utilizada com castelo aberto sempre que o fluido de processo possa ser descarregado para a atmosfera.

O castelo aberto fornece uma proteção à mola contra os efeitos da temperatura de processo, mantendo as mesmas

Figura 12.5. Válvula de segurança e alívio com castelo aberto.

caraterísticas mecânicas, além de aumentar a troca térmica entre a mola e o meio ambiente, diminuindo a tendência ao relaxamento da força desta devido à temperatura e mantendo a constante elástica e o valor da pressão de ajuste inalterados, mesmo após vários ciclos operacionais. Esse tipo de castelo evita a formação de condensado durante a abertura da válvula, sendo muito comum em processos que operam com vapor d’água saturado. Por outro lado, ele também expõe a mola aos efeitos corrosivos do ambiente externo.

A Figura 12.5 mostra uma válvula de segurança e alívio com castelo aberto utilizada na proteção de vasos de pressão ou em tubulações.

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Figura 12.6. Esquema de forças numa válvula estilo convencional.

7.2. Castelo fechado É utilizado para proteger a mola contra intempéries ou de ambiente corrosivo, e não é necessário quando o fluido pode ser descarregado diretamente na atmosfera. Deve ser utilizado obrigatoriamente quando a válvula funciona com pressão no lado da descarga, (contrapressão superimposta) constante ou variável, nesta última somente para valores inferiores a 10% da pressão de ajuste.

Esse tipo de castelo pode alterar a constante elástica da mola, reduzindo a pressão de ajuste da válvula devido à falta de troca térmica. Isto causa uma redução na força exercida por esta sobre o disco de vedação em função de dois fatores: t material de construção da mola; t diferencial de temperatura entre a de operação do fluido e a temperatura na qual as caraterísticas mecânicas da mola começam a ser influenciadas.

A pressão de ajuste das válvulas que utilizam castelo fechado deve ser limitada pela classe de pressão do flange de entrada de acordo com os valores determinados pelas Normas.

7.3. Contrapressão É definida como a pressão existente na saída de um dispositivo de alívio de pressão em função da pressão no sistema de descarga. Essa contrapressão pode ser

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Se a descarga for direcionada para a atmosfera, a contrapressão atua contra a força da mola, reduzindo proporcionalmente a pressão de ajuste da válvula.

Porém, se for direcionada para o lado da tubulação de descarga, a contrapressão atua a favor da força da mola, aumentando proporcionalmente a sua pressão de ajuste. Isso ocorre nas válvulas de segurança convencionais.

Em processos sujeitos à contrapressão, a pressão de ajuste numa válvula convencional pode mudar enquanto estiver fechada. As válvulas convencionais devem ter o limite de contrapressão determinado pela classe de pressão da flange de saída.

As válvulas de segurança e alívio do tipo convencional, balanceada ou piloto operada, respondem de forma semelhante à pressão de entrada, porém, respondem de forma completamente diferente à contrapressão.

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Nomenclatura: P 1 = pressão de entrada (psig); FM = força da mola (libras-força, lbf ); P 2 = contrapressão superimposta (psig).

8. TIPOS DE CONTRAPRESSÃO Existem três tipos de contrapressão encontrados nas aplicações das válvulas de segurança e alívio: t superimposta constante; t superimposta variável; t desenvolvida.

8.1. Contrapressão superimposta constante A contrapressão superimposta ou estática é aquela que existe na saída da válvula antes de sua abertura. É definida como “a pressão estática existente a jusante de um dispositivo de alívio de pressão no momento em que este é requerido para operar”. Portanto, é a soma de todas as pressões impostas sobre o dispositivo de alívio. Ela aumenta o valor da pressão de ajuste de uma válvula convencional proporcionalmente ao seu valor, e o valor dessa contrapressão também é elevado após a abertura da válvula devido ao volume do fluido ao ser descarregado.

A contrapressão superimposta, sendo constante, tem um valor que deve ser descontado do valor da pressão de ajuste de uma válvula de segurança e

alívio convencional. A carga da mola deve ser reduzida para compensar o efeito da contrapressão constante sobre a pressão de ajuste. Com isto a válvula deverá ser ajustada em bancada num valor que será a pressão de ajuste desejada, menos o valor dessa contrapressão. Esse teste chama-se teste de pressão diferencial a frio, no qual é feita a correção da pressão de ajuste em relação à contrapressão constante e à temperatura operacional.

8.2. Contrapressão superimposta variável Este é um outro tipo de contrapressão mas o seu valor pode variar de zero até um máximo pré-definido. Esta contrapressão é comumente encontrada quando a válvula de segurança descarrega para dentro de um coletor que recebe pressão de outras fontes, fazendo com que o valor da pressão coletor varie de tempo em tempo. Esse tipo de contrapressão também pode ser causado pelo consumo irregular do fluido contido no coletor.

Na válvula de segurança convencional, a pressão de abertura pode variar diretamente em relação às variações causadas na contrapressão, impedindo a repetibilidade de seu ponto de ajuste.

Se for igual ou inferior a 10% da pressão de ajuste das válvulas a ele conetadas e essa variação for aceite pelo processo, essas válvulas poderão ser convencionais, mas se for maior que 10% é recomendado o uso de válvulas de segurança balanceadas com fole ou pistão.

Numa condição de contrapressão variável, o valor desta aumenta após a abertura da válvula, causando um efeito maior no seu desempenho operacional. Para efeito de dimensionamento da área de passagem do bocal da válvula é utilizado sempre o maior valor da contrapressão.

8.3. Contrapressão desenvolvida A contrapressão dinâmica ou desenvolvida é aquela que ocorre somente durante a abertura da válvula de segurança, devido ao fluxo na tubulação de descarga. A perda de carga causada nessa tubulação, devido à resistência imposta ao escoamento do fluxo durante a descarga da válvula, é responsável por esse tipo de contrapressão. Essa re-

sistência é dependente da rugosidade interna, dos contornos, do comprimento e da bitola desta tubulação. O seu valor é recomendado pelos fabricantes para ser, no máximo, 10% para uma sobrepressão também de 10%, quando a válvula for convencional, ou seja, a perda de carga deve ser limitada a 10% da pressão de ajuste. Neste valor o efeito causado pela contrapressão sobre a pressão de ajuste é anulado pela sobrepressão. Se o seu valor for maior do que o valor da sobrepressão, poderá ocorrer chattering durante o ciclo operacional da válvula, devido à redução na capacidade de vazão da válvula em função das máximas variações durante a abertura do disco.

Um valor de contrapressão desenvolvida maior que 10% pode ocorrer quando a velocidade sónica na saída do bocal é alcançada, principalmente quando fluidos compressíveis ou bifásicos (líquido e vapor) em alta pressão são descarregados e a capacidade de vazão requerida pelo processo está muito próxima da capacidade de vazão efetiva da válvula. Esse tipo de contrapressão também pode ser causado por uma tubulação com um diâmetro menor do que a flange de saída da válvula, por uma tubulação demasiadamente longa, por excessivas mudanças no direcionamento do fluxo durante a descarga ou pela combinação desses três fatores.

A contrapressão desenvolvida, numa válvula convencional, afeta o curso de levantamento do disco, e consequentemente, o seu diferencial de alívio e a sua capacidade de vazão. As forças exercidas pela contrapressão no topo do suporte do disco reduzem as forças exercidas na câmara de força e que mantém o disco de vedação na posição aberta.

Este tipo de contrapressão não altera a pressão de ajuste e nem mesmo as caraterísticas de abertura da válvula de segurança, pois esta só ocorre após a válvula ter sido aberta e atingida a sua capacidade máxima de descarga.

A tubulação de descarga deve ser dimensionada para minimizar as mudanças na direção do escoamento do fluxo reduzindo, desta forma, a perda de carga causada. Quanto menor é o comprimento da tubulação de descarga, menor será a queda de pressão, resultando em menor valor de contrapressão desenvolvida.