9- Valvula de Segurança

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VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO

- Válvula de Segurança Pressão - PSV: Dispositivo auto operado, acionado pela pressão estática ao vencer certa carga ajustada na mola, utilizado em fluidos compressíveis (gases e vapores), que proteja um vazo, linha ou caldeira de sobre-pressao, atendendo norma NR 13. Possui ação instantânea ,ou seja, abertura total imediata. ( pop ).

- Válvula de Alivio Pressão - PRV: Difere basicamente da válvula de segurança por abertura proporcional a sobre pressão. Normalmente utilizada em líquidos, porém também é utilizada com critério em fluídos compressíveis.

- Válvula de Segurança e ou Alivio Piloto Operadas: Não utiliza a carga de uma mola para manter a válvula principal fechada, e sim a pressão do próprio fluido de processo, que e controlado por uma válvula piloto auxiliar.

- Orifício: Área da garganta do bocal padronizada pelo ASME, codificada por letras de D ate T.

Orificio D E F G H J K L M N P Q R T Polegad

a quadrada 0,11 0,196 0,307 0,503 0,785 1,287 1,838 2,853 3,6 4,34 6,38 11,05 16 26

- ASME (Americam Society of Mecanical Enginieers): No ano de 1915 elaborou normas e regras para o projeto, dimensionamento, inspeção, instalação de válvulas de segurança que estão mundialmente adotadas até os dias de hoje. O Principal objetivo da instalação das válvulas de alivio e segurança, é a proteção de vidas humanas bem como o seu patrimônio. Para isto a válvula de segurança deve ser bem dimensionada e possuir uma capacidade de vazão maior do que a pior condição estimada para o sistema.

- Sobre Pressão: E o aumento de pressão necessário para que uma válvula de segurança abra totalmente o seu curso (25% do diâmetro do bocal). As válvulas de segurança instaladas em caldeiras (tanto a do superaquecedor com a do Balão) deverão ser ASME 1 (sobre pressão de 3 %). Já as demais válvulas poderão ser Asme VIII (sobre pressão de 10%). Em líquidos a sobre pressão poderá ser de 25% , não codificada.

- Acumulo: Pressão acima da PMTA enquanto a PSV ou PRV esta aberta . É coincidente com a sobre pressão quando a pressão de ajuste é igual à PMTA .(ASME I = 3 %, ASME VIII = 10 %, liquido= 25 %)

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- Diferencial de Alivio: (Blowdown) É a diferença entre a pressão de abertura da válvula de segurança e a pressão de fechamento. ASME I, caldeiras diferencial de Alivio de 4% ou 4 psi ( o que for maior ). ASME VIII diferencial de alivio de 10 %.- Normalmente as válvulas de segurança ASME I ( Diferencial de alivio 4% ou 4 PSI ) utilizadas em caldeiras possuem 2 anéis de regulagem, embora o ASME não torne isto obrigatório. Apenas a maior parte dos fabricantes utiliza 2 anéis por tornar o projeto da válvula mais flexível com maior facilidade de ajuste.

- Contra Pressão Desenvolvida: É aquela que ocorre após a abertura da válvula de segurança provocada pelo fluxo na tubulação, não devera ser superior a 10%. Não altera a pressão de ajuste, porém altera o diferencial de alivio. Esta contra pressão se desenvolve mais em válvulas de diâmetros maiores, por possuir uma menor área para expansão no corpo. Logo nas válvulas de grande diâmetro deve-se ser mais cauteloso no dimensionamento da tubulação de descarga. Outro cuidado que se deve tomar e quanto à instalação de silenciadores na saída das válvulas de segurança.

- Contra Pressão Superimposta: É aquela que existe na saída da válvula antes da abertura. Ocorre quando diversas válvulas descarregam em um mesmo coletor. Aumenta a pressão de ajuste da válvula. Pode ser fixa ou variável. Ser for fixa pode ser descontada do ajuste de pressão da mola. Porém se for variável e maior que 10% ou se o processo não admitir este 10%, teremos que utilizar uma válvula balanceada através de um fole de diâmetro igual ao diâmetro do bocal. Seu uso e limitado a uma contra pressão de no Maximo 50% da pressão de ajuste. O fole anula ou minimiza o efeito da contra pressão, porem reduz a capacidade de vazão. O castelo de uma válvula de segurança balanceada deve possuir seu orifício aberto para a atmosfera ou a um lugar seguro na caso de fluído tóxico de maneira a permitir a retração do fole no momento da abertura da válvula.

Pressão de Projeto: Pressão utilizada no projeto de construção do vaso para determinar a espessura do mesmo.Pressão de Alivio: Pressão de ajuste mais a sobre pressão. Pressão de Ajuste: (Set Pressure) É a pressão na qual a válvula abre em operação.

Pressão de Calibração: (cold Differential Pressure) É a pressão estática na entrada na qual a válvula e ajustada para abrir na bancada de teste. E levada em consideração a contra pressa superimposta, temperatura do fluido ( em certos fabricantes a pressão de calibração deve ser aumentada para compensar o enfraquecimento da mola pela temperatura)

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Mola para Válvula de Segurança: É a responsável por bom desempenho da válvula possui uma faixa de trabalho definida , permitindo um reajuste de 10% da pressão de ajuste para mais ou para menos. Quando a pressão for alterada para valores alem destes 10% um novo conjunto de mola e pratos da mola dever ser solicitados ao fabricante pois poderá reduzir a capacidade de vazão. Normalmente os fabricantes dimensionam as molas para que a pressão de ajuste fique entre 25 a 30 % do seu curso, com a válvula totalmente aberta a mola não poderá estar comprimida alem de 80% do seu curso. A faixa de ajuste da mola bem como o seu código deve ser guardada junto com seu histórico. A mola deverá ser construída de aço carbono para temperatura até 232º centígrados com castelo fechado e 343º para castelo aberto , acima desta temperatura, utiliza-se o aço liga tungstênio para temperatura até 520º centígrados..

- Carga sólida: Teste realizado na mola de válvula de segurança, onde a mola é comprimida até 80% do seu curso, e após 10 minutos em repouso, não poderá ter o seu comprimento reduzido por mais de 0,5 %, caso contrario será reprovada. Este teste deve ser feito quando a sinais de corrosão, dificuldade de vedação ou ainda quando não há registro de teste a mais de 10 anos.

- Chiado: ( Simmer) É o escape audível e visível porém não mensurável, quando a pressão de operação estiver muito próxima da pressão de operação.

- Vibração ( chattering) É o ruído de batimento entre o disco e o bocal, ocorrido durante a abertura. Normalmente provocado pelo superdimensionamento da válvula ou quando a linha estiver com uma perda de carga superior a 3%.

- Anel do disco (superior): É responsável pela regulagem do diferencial de alivio. Este anel vem com ajuste inicial recomendado pelo fabricante.

- Anel do bocal (inferior): É responsável pela abertura integral instantânea da válvula

- Regulagem Dos Anéis: O anel do disco deve ser erguido para diminuir o diferencial de alivio. Se a válvula trepidar ao abrir deve-se subir o anel do bocal. Estes anéis vêm pré-regulados pelo fabricante, porém dado à pressão, temperatura ou instalação estes ajustes de fábrica podem não satisfazer uma operação satisfatória, sendo necessário um reajuste. Este novo reajuste deve ser anotado no relatório da válvula e refeito quando em uma nova manutenção.(por insto e importante a anotação das posições dos anéis antes da desmontagem de uma válvula)

- Castelo Aberto: Utilizado para vapor saturado quando a temperatura ultrapassar a 232 graus centígrados ,ou se o vapor for superaquecido. Caso a temperatura do vapor superaquecido esteja muito elevada como de caldeiras acima de 100 Kgf/cm2 utiliza-se um resfriador (prolongador que ergue o castelo distanciando a mola do vapor).

- Alavanca de acionamento Manual:

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Utilizado para fluidos compressíveis ou água acima de 60 centígrados. Só poderá ser acionada, quando a pressão ultrapassar a 75% da pressão de ajuste.

-Instalação: Entre a válvula de segurança e a caldeira,(ASME I) não é permitido a instalação de nenhuma válvula de bloqueio ou disco de ruptura. Já o ASME VIII (vasos de pressão apenas disco de ruptura é permitido desde que obedecida as regras para esta utilização). A NR 13, permite a instalação de apenas uma válvula de segurança, para a proteção de mais de um vazo, desde que estes mesmos vazos estejam interligados sem nenhuma válvula de bloqueio e a válvula de segurança tenha capacidade de vazão para a proteção destes vasos.

-Caldeiras : Toda caldeira com superfície de aquecimento superior a 46 m2 , ou caldeira elétrica acima de 1.100 Kw.h , devera possuir 2 válvulas de segurança no tubulão superior.- Caldeiras com superaquecedor deveram possuir uma válvula no superaquecedor com capacidade de 15 a 25 % da capacidade máxima da caldeira, e esta deverá ser a primeira a abrir. Logo as demais válvulas do balão deveram ser responsáveis pelo restante da capacidade de geração de vapor da caldeira. Porém caso as duas outras válvulas do tubulao não sejam iguais uma não poderá ter a capacidade de vazão inferior a metade da outra. Estas válvulas juntas abertas não poderão permitir que a pressão não ultrapasse em 6% a PMTA ( pressão máxima de Trabalho Admissível ). O Balão devera ser provido de no mínimo duas válvulas. As pressões de ajuste das válvulas de segurança do balão de caldeira poderão ser escalonadas porem não pode ultrapassar a 3% entre a primeira e a ultima. Como a válvula do superaquecedor deverá ser a primeira a abrir (para não deixar o superaquecedor sujeito a fluxo zero) devera ser considerada a perda de carga do superaquecedor de vapor. Válvulas de segurança instaladas em caldeira acima de 28 Kgf/Cm2 deverão ser mensalmente acionadas.

- Pressão de operação: Em caldeiras a pressão de operação não devera ser menor que 7% da pressão de ajuste.

- Inspeção.: Em caldeiras a cada 2 anos as válvulas terão que ser inspecionadas, desde que anualmente sejam feitos teste de calibração. Conforme NR 13. - Estanquedade: As válvulas de assentamento metal-metal permitem um pequeno vazamento em bolhas por minuto (Orifício ate F 40 bolhas/min , orifício maior que G 20 bolhas/min ). Teste realizado com pressurização de 90% da pressão de ajuste , a instalação de um flange na saída da válvula, este flange possui um cano de Ø 5/16 com a ponta voltada para baixo e imerso ½” na água. Válvulas balanceadas possuem um vazamento máximo permissível de 50 % maior. Para realização deste teste o anel superior deve estar totalmente erguido e o inferior totalmente baixado. Para válvulas com castelo aberto, pode ser obstruído o flange de saída com uma borracha encher de água o corpo ate que cubra o bocal . Não poderá borbulhar.

- Vedação Resiliente:

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Embora a vedação metal-metal com superfícies lapidadas é a mais utilizada , existe casos em que a vedação soft é a mais adequada, e utilizado anéis de viton, buna N, teflon entre outros. Estas vedações são indicadas quando:

1- Fluido com partículas sólidas.2- Aplicação criogênicas quando gazes provocam a formação de gelo na vedação.3- Instalação sujeita a muita vibração.

- Tolerância da Calibração: ASME I ----- Ate 70 PSI (+

-2 PSI) , de 70 a 300PSI (+- 3 PSI), de 300 a 1000 psi 10 PSI

ASME VIII -- Ate 70 PSI (+- 2 PSI), mais de 70 PSI (3 %)

- Dimensionamento:- Como o vapor superaquecido possui um volume específico maior que o vapor saturado, no dimensionamento da válvula deve-se utilizar um fator de correção para a vazão chamado de Constante de Ksh para vapor saturado Ksh = 1 a medida que a o vapor fica mais superaquecido Ksh diminui.

Líquidos: GPM = (38*A*Kd*Kv*Raiz (P1-P2)) / raizG

Vapor de Água: W = 51,5*A*P*Kd*Kb*Kn*Ksh

Caldeira W = (51,5*A*P*Kd*Kb*Kn)*0,9*Ksh

Gases e Vapores SCFM = 1,75*A*P*C*Kd*Kb / Raiz GTZ

Onde:W = Vazão de vapor em lbs / HoraA = Área de passagem do Orifício (polegada quadrada)P = Pressão de Alivio (PSIA - PSI absoluto)P1 = Pressão de Alivio Manométrica (PSIG)P2 = Contra Pressão (PSIG)Kd = Coeficiente de descarga (Coeficiente para correção da vazão real em relação à teórica, cada fabricante possui o seu fator, pois depende da geometria da válvula)Ksh = Fator de correção para vapor de água superaquecido (depende da pressão e temperatura)SCFM = Vazão em Normais Pés Cúbicos por MinutoGPM = Vazão em Galões por Minuto (americano)G = DensidadeT = Temperatura Absoluta (Temperatura em Fahrenheit + 460)Z = Fator de CompressibilidadeC = Constante de escoamento do gás ou vapor ( tabelado de acordo com o fluido)K = Relação de Calores Específicos , Cp/Cv Se K for desconhecido, considerar = 1 Se C for desconhecido considerar = 315Kb = Fator de correção para escoamento em fluidos para contra pressão acima pressão fluxo criticoKw = Fator de correção para escoamento de gases e vapores para contra pressão variávelKn = fator de correção de Naper, utilizado para vapor de água com pressão entre 1500 e 3200 psiKv = fator de correção da viscosidade de líquidos

Nota: Considera pressão atmosférica em 14,69 PSI no calculo para fluidos compressíveis, para anulas a contra pressão atmosférica.

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- Transporte: Toda válvula de segurança e Alivio deverá ser transportada somente na vertical, pois ao deitar podem-se desalinhar os internos, danificando a vedação ou comprometer o seu funcionamento.

- Dados do Autor Nome: Fernando Souza SampaioFormação: Cursando Engenharia Mecatrônica - UNIARAContato: [email protected]

- Bibliografia:Código ASME Seções I caldeira e Seção VIII vasos de pressão e processoAPI Standard 527 vedação de válvula de segurança.Boletim técnico DHM automação, Araraquara, 16 3337-4601(Jolciney Sampaio)Manuais de fabricantes

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mailto:[email protected]

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