Válvulas de Segurança e Alívio de Pressão: Princípios de Funcionamento e Tipos, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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CURSO DE FORMAÇÃO

PARA

TÉCNICOS DE MANUTENÇÃO

VÁLVULAS INDUSTRIAIS

EQUIPAMENTOS DINÂMICOS

Apostila compilada por José Carlos AFONSO

VÁLVULAS DE SEGURANÇA E/OU ALÍVIO DE PRESSÃO

1- Introdução

2- Princípio de funcionamento

3- Funções básicas

4- Terminologia

5- Componentes

6- Manutenção

VÁLVULAS CONVENCIONAIS

1- Introdução

2- Gaveta

3- Esfera

4- Globo

5- Retenção

6- Borboleta

7- Diafragma

8- Macho

9- Guilhotina

ANEL REGULAGEM BOCAL

PARAFUSO TRAVA DO ANEL REGULAGEM

BOCALBOCAL

3. Funções básicas - Abrir - Descarregar - Fechar

Abertura - É necessário que uma válvula de segurança e/ou alívio tenha:

Precisão e Repetibilidade.

Precisão – Deve abrir sempre na tolerância indicada pelo ASME I ou VIII.

Repetibilidade – Deve abrir sempre com o mesmo valor.

Descarga - Deve descarregar todo o volume na sobrepressão exigida,

aliviando a pressão do equipamento protegido nos valores corretos. Atualmente, todo fabricante deve fornecer certificado de capacitação (vazão de descarga) para as válvulas de segurança e/ou alívio de pressão.

Fechamento – Após descarregar, a válvula de segurança e/ou alívio deve

fechar e vedar nas pressões corretas. A pressão de fechamento é responsabilidade ao suporte do disco e/ou anel do diferencial de alívio.

4. Terminologia

A seguir apresentamos uma série de termos técnicos utilizados no estudo de válvulas de segurança e/ou alívio de pressão.

Válvula de Segurança PSV (Pressure Safety Valve) Dispositivo automático de alívio de pressão, caracterizada por uma abertura rápida e instantânea (POP). É utilizada para fluidos compressíveis (gases e vapores).

Válvula de Alívio PRV (Pressure Relief Valve) Dispositivo automático de alívio de pressão, caracterizada por uma abertura proporcional ao aumento da pressão. É utilizada para fluidos incompressíveis (líquidos).

Válvula de Segurança e Alívio Dispositivo automático de alívio de pressão, que operam com mistura de fases (gases, vapores, e líquidos).

Nota: Quem caracteriza o tipo de válvula citado acima é o fluido do equipamento que está protegendo. Exemplo: tenho uma válvula que trabalha com gás (chamo de PSV); posso transferi-la para outro processo para operar com líquido. Logo passo a chama-la PRV.

Válvula Convencional Válvula que não possui fole. A contrapressão altera a pressão de abertura. Se houver contrapressão o castelo tem que ser fechado.

Válvula Balanceada Válvula que possui fole. A contrapressão não altera a pressão de abertura. O castelo tem que ser ventado. Não deve utilizar alavanca do tipo aberta.

Superimposta : pressão existente no sistema de descarga proporcionada por outros equipamentos como, por exemplo, bombas, diferenças de altitude ou até outras válvulas abrindo. A Contrapressão superimposta pode ser constante (valor fixo que não altera) ou variável (valor que altera dependendo do processo).

Desenvolvida : pressão que ocorre quando a válvula está aberta e descarregando.

Nota : na análise da pressão de calibração (em bancada) deve-se levar em consideração a contrapressão. Exemplo: pressão de abertura (no campo) é 20,0Kgf/cm ² e contrapressão 5,0 Kgf/cm ², na bancada a pressão de calibração deve ser de 15, Kgf/cm ².

Pressão de Operação É a pressão normal do processo. A válvula está fechada e vedando

Vedação É a verificação dos limites permissíveis de vazamentos após o fechamento da válvula. Teste realizado a 90% da pressão de ajuste. Há dois métodos para verificação de vazamentos: Qualitativo : bolha de sabão na descarga da válvula; Quantitativo : medir quantidade de bolhas através de um tubo mergulhado na água.

Pressão de fechamento Pressão na qual a válvula fecha (não veda) quando está instalada na unidade de processo. Não é identificada em bancada de testes de válvulas.

Sobrepressão Elevação da pressão acima da pressão de abertura da válvula expressa em porcentagem. É o momento em que está totalmente aberta e descarregando sua vazão máxima. Para válvulas de processo (ASME VIII) a sobrepressão é 10% (gases, líquidos, e vapor de processo). Válvulas condição de fogo a sobrepressão é 21%. Válvulas de caldeira (ASME I) a sobrepressão é de 3%.

Pressão de Alívio É a soma das pressões de abertura e a sobrepressão. Pressão em que a válvula está totalmente aberta e com vazão de descarga total.

PMTP

Pressão máxima de trabalho permitido. Valor fornecido pelo fabricante. Este valor pode ser diminuído devido desgaste natural do equipamento com o passar dos anos. É referência para determinar a pressão de abertura das válvulas.

Acumulação Elevação da pressão acima da PMTP em um equipamento (vaso, torre, caldeira) com a válvula aberta e descarregando. Se a válvula de segurança for ajustada na PMTP do equipamento a acumulação é igual a sobrepressão.

Chiado (SIMMER) Vazamento audível que ocorre a um valor imediato abaixo da pressão de ajuste da válvula. Este chiado deve ocorrer, no máximo, a 2% abaixo.

5. Componentes

A mola nunca deve ser utilizada fora de sua faixa de pressão. Em caso de dúvidas consultar fabricante.

DISCO: É a tampa do bocal. Possui uma face com excelente acabamento que em contato com o bocal faz a vedação. Recebe a pressão da mola através da haste comprimindo-o contra o bocal.

CAPUZ (CAPACETE) – Tem as seguintes finalidades:
Proteger a calibração da válvula;
Proteger contra choques;
Proteger contra saída de fluidos;
Evitar choques térmicos (variação temperatura).

FOLE – Tem as seguintes funções:

• Válvulas com contrapressão variável: A contrapressão em uma válvula balanceada (com fole) não altera a pressão de abertura.

• Válvulas com fluidos corrosivos, viscosos, com partículas em suspenção e lamacentos: São exemplos que podem trancar o movimento da válvula, alterar o ajuste e proporcionar corrosão generalizada.

ANEL DO BOCAL E DO DIFERENCIAL DE ALÍVIO - tem a

função de regulagem da pressão de fechamento da válvula.

6. MANUTENÇÃO

A) REMOÇÃO DE VÁLVULA DE SEGURANÇA

E/OU ALÍVIO DE PRESSÃO PARA REVISÃO (INSPEÇÃO

INTERNA).

Para a remoção de uma válvula, deve-se providenciar a ficha individual (F.D.) com as seguintes informações:

• Tag da Válvula
• Fabricante
• Modelo
• Número de Série
• Bitola

Submeter a válvula à pressão até abrir e anotar a pressão de calibração. Caso a válvula não abra até 1,2 vezes a pressão de calibração identificada na F.D, deve-se interromper o teste. Após sua abertura realizar teste de vedação com a válvula a 90% de sua calibração. Anotar a calibração encontrada e todas irregularidades observadas durante o teste. As válvulas somente estão dispensadas de testes de recepção em condições excepcionais como: molas quebradas, obstrução total do bocal, fluidos muito viscosos.

C) REVISÃO

Antes da desmontagem, executar inspeção visual verificando: lacre, condições dos flanges, corrosão, danos mecânicos, placa de identificação. Também se deve anotar a (s) posição (ões) do (s) anel (is) de regulagem, ou na montagem seguir orientação do fabricante. Após desmontagem, proceder a limpeza adequada. Examinar cuidadosamente os internos quanto a desgaste, corrosão e deformação.

• Corpo, castelo e capuz: avaliar quanto à corrosão, possíveis trincas, erosão e outras avarias, verificar superfícies roscadas e de vedação, verificar pintura geral.
• Bocal e disco: inspecionar superfícies de assentamento procurando determinar possíveis causas de avarias. Remoção máxima de material 0, mm. Lapidar Sedes.
• Molas: Inspecionar visualmente quanto a corrosão e trincas, fazer teste de paralelismo e perpendicularidade , avaliar folga da mola com suportes da mola.
• Guia da haste, suporte do disco: verificar estado das superfícies e desgastes, verificar folgas admissíveis.
• Haste: inspecionar quanto ao empenamento, corrosão e desgaste.
• Fole: realizar teste de vedação verificando se há furos ou trincas. Avaliar possíveis deformações.
• Parafusos porcas e plugues: inspecionar roscas quanto à corrosão e desgaste. A limpeza é essencialmente importante na montagem da válvula. Todas as peças devem estar limpas em especial as partes guiadas e superfícies de vedação do bocal e disco. Uma impureza pode causar danos e má operação à válvula.

Todas as juntas devem ser substituídas. Atentar para a espessura recomendada pelo fabricante. Anotar todas as irregularidades e informações consideradas relevantes.

D) LAPIDAÇÃO

As válvulas têm suas superfícies de vedação lapidadas com a melhor qualidade possível, e examinadas através de cristal óptico e fonte de luz monocromática, garantindo as melhores características de vedação. Utiliza-se para o serviço de lapidação blocos de ferro fundido, alumínio ou metal patente com superfícies perfeitamente planas, usando-se o método convencional de lapidação com pastas diamantadas.

Montar a válvula com atenção, em ambiente limpo e apropriado, seguindo as recomendações dos fabricantes e boas práticas de manutenção mecânica. Prover torque apropriado eqüidistante nos parafusos do corpo x castelo. A posição do parafuso de carga da mola e anéis de regulagem são referências para o posicionamento dos componentes em questão, na mesma condição em que a válvula estava antes da desmontagem. Lapidar, se necessário, todos contatos esféricos (pontos de apoio). Lubrificantes adequados devem ser utilizados para proteger e minimizar o atrito das partes móveis.

E) TESTE DE CALIBRAÇÃO EM BANCADA Com o anel de regulagem do bocal baixo ajustar a pressão de calibração da válvula (aproximar). Após esta etapa elevar o anel até o ponto mais alto e baixar de 1 a 2 dentes para calibrar a válvula definitivamente no momento do “POP”. Repetir está abertura por três vezes, verificando a precisão e repetibilidade. Posicionar o (s) anel (is) conforme orientação do fabricante. Sempre que houver necessidade de reajuste no parafuso de carga da mola, a pressão deve ser reduzida a pelo menos 50% da pressão de calibração. Para movimentar

Deve existir lacre no capuz e parafusos trava do anel de ajuste do diferencial de

alívio (quando houver).

A finalidade do lacre é assegurar a inviolabilidade da válvula.

H) INSTALAÇÃO

Após calibração e testes de vedação em bancada na oficina, proceder a instalação. Como são instrumentos de responsabilidade, tomar todas as precauções no manuseio evitando choques, vibrações, poeiras e manter em pé na posição vertical (exceção pode ser feita a válvulas miniaturas). Certificar-se da instalação no local correto. Realizar aperto das porcas defasadas e com toque apropriado. Avaliar a especificação das juntas utilizadas. Os parafusos devem sobressair às porcas de 1 a 3 passos de rosca.

I) REGISTRO DE INSPEÇÃO

O registro de inspeção tem a finalidade de documentar todas intervenções mecânicas e inspeções efetuadas. Devem-se registrar todas irregularidades encontradas, valores de calibração encontrados e deixados, principais aspectos de manutenção, substituição de peças, datas e todos profissionais envolvidos na manutenção e inspeção (executantes e responsáveis). É de fundamental importância manter o histórico, saber o tipo de deterioração e definir a freqüência de inspeção, de acordo com o teste de recepção e as avaliações no decorrer da manutenção.

MÁXIMO VAZAMENTO PARA VÁLVULAS COM VEDAÇÃO METAL

– METAL (BOLHAS/MINUTO).

Pressão abertura

Kgf/cm²

Orifício ≤ F Orifício >F

1 – Tubing de 5/16”(7,9mm) de diâmetro externo com parede de 0,35” (0,89)”. A extremidade do Tubing deve ter corte reto e liso. 2 – 1/2” (12,7 mm) abaixo da superfície da água. 3 – tampa.

TOLERÂNCIA DA PRESSÃO DE AJUSTE

O ASME VIII fixa as seguintes tolerâncias para abertura de válvula (Válvula de Processo) Pressão de Abertura Tolerâncias 0 a 70 psig (0 a 4,92 Kgf/cm²) ± 2 psi (0,14 kgf/cm²) Maior que 70 psi (4,92 Kgf/cm²) ± 3%