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Válvula de segurança -- um dispositivo de controle e segurança para caldeiras e vasos de pressão

As válvulas de segurança são um arranjo ou mecanismo para liberar uma substância do sistema em questão no caso de pressão ou temperatura exceder um determinado limite predefinido. Os sistemas no contexto podem ser caldeiras, caldeiras de vapor, vasos de pressão ou outros sistemas relacionados. De acordo com o arranjo mecânico, este é encaixado no quadro maior (parte do arranjo maior) chamado PSV ou PRV, que é segurança de pressão ou válvulas de alívio de pressão.

Esse tipo de mecanismo de segurança foi amplamente implementado para combater o problema de explosão acidental de caldeiras a vapor. Iniciado no funcionamento de um digestor de vapor, foram muitas as metodologias que foram acomodadas durante a fase da revolução industrial. E desde então esse mecanismo de segurança percorreu um longo caminho e agora acomoda vários outros aspectos.

Esses aspectos como aplicações, critérios de desempenho, faixas, padrões nacionais (países como Estados Unidos, União Européia, Japão, Coréia do Sul fornecem padrões diferentes) etc. conseguem diferenciar ou categorizar esse segmento de válvulas de segurança. Portanto, pode haver muitas maneiras diferentes pelas quais essas válvulas de segurança são diferenciadas, mas uma faixa comum de bifurcação é a seguinte:

• COMO EU
• Elevador
• Fluxo controlado
• Equilibrado
• Operado por energia
• Linha sólida de elevação total
• Segurança direta carregada
• Mestre

A torneira I da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) é um tipo de válvula de segurança que abre em 3% e 4% de pressão (código ASME para aplicações em vasos de pressão), enquanto a válvula ASME VIII abre em 10% sobre pressão e fecha em 7%. As válvulas de segurança de elevação são ainda classificadas como elevação baixa e elevação total. As válvulas de controle de fluxo regulam a pressão ou o fluxo de um fluido, enquanto uma válvula balanceada é usada para minimizar os efeitos induzidos pela pressão nas características operacionais da válvula no contexto.

Uma válvula operada por energia é um tipo de válvula de alívio de pressão em que uma fonte de energia externa também é usada para aliviar a pressão. Uma válvula de alívio proporcional é aberta de maneira relativamente estável em comparação com o aumento da pressão. Existem 2 tipos de válvulas de segurança de carga direta, sendo a primeira de diafragma e a segunda: de fole. os diafragmas são válvulas que saltam para a proteção dos efeitos da membrana líquida, enquanto os foles fornecem um arranjo onde as partes dos elementos rotativos e das fontes são protegidas dos efeitos do líquido por meio de foles.

Em uma válvula mestra, a operação e até a iniciação são controladas pelo fluido que é descarregado por meio de uma válvula piloto. Agora, olhando para o quadro geral, o segmento baseado em válvulas de segurança de pressão é classificado da seguinte forma:

• Válvulas de pressão térmica (usadas para fornecer proteção em caso de excesso de pressão se o dispositivo sofrer aumento de temperatura).
• Válvulas de fluxo (aparecem quando grandes quantidades de gases ou líquidos precisam ser liberadas rapidamente para aliviar a pressão crescente).
• Válvulas de fechamento (usadas para fechar uma linha baseada em fluido ou gás e para interromper o fluxo de materiais).

Portanto, válvulas de segurança de pressão, válvulas de alívio de pressão, válvulas de alívio, válvulas de alívio operadas por piloto, válvulas de segurança de baixa pressão, válvulas de segurança de pressão de vácuo etc. completam a gama de medidas de segurança em caldeiras e dispositivos relacionados.

Qual deve ser a capacidade de descarga de uma válvula de segurança?

As válvulas de segurança têm diferentes capacidades de descarga. Essas capacidades são baseadas na área geométrica da sede do corpo a montante e a jusante da válvula. O diâmetro de fluxo é o diâmetro geométrico mínimo a montante e a jusante da sede do corpo. 

A designação do tamanho nominal refere-se ao diâmetro do orifício de entrada. A capacidade de fluxo teórica de uma válvula de segurança é o fluxo de massa através de um orifício com a mesma área de seção transversal que a área de fluxo da válvula. Esta capacidade não leva em conta as perdas de fluxo causadas pela válvula. A capacidade real é medida e a capacidade de fluxo certificada é a capacidade de fluxo real reduzida em 10%.

A capacidade de descarga de uma válvula de segurança depende da pressão definida e da posição em um sistema. Uma vez calculada a pressão de ajuste, a capacidade de descarga deve ser determinada. As válvulas de segurança podem ser superdimensionadas ou subdimensionadas, dependendo da vazão e/ou da pressão de ajuste da válvula.

A capacidade real de descarga de uma válvula de segurança depende do tipo de sistema de descarga usado. No serviço líquido, as válvulas de segurança são geralmente automáticas e acionadas por pressão direta. 

Se você deseja saber mais sobre a capacidade de descarga de uma válvula de segurança, continue lendo este artigo.

O que são válvulas de segurança?

Uma válvula de segurança é usada para proteger contra sobrepressão em um sistema de fluido. Seu design permite uma elevação no disco, indicando que a válvula está prestes a abrir. Quando a pressão de entrada sobe acima da pressão definida, a guia se move para a posição aberta e a mídia flui para a saída através do tubo piloto. Quando a pressão de entrada cai abaixo da pressão definida, a válvula principal fecha e evita a sobrepressão. Existem cinco critérios para selecionar uma válvula de segurança.

O primeiro e mais básico requisito de uma válvula de segurança é sua capacidade de controlar com segurança o fluxo de gás. Portanto, a válvula deve ser capaz de controlar o fluxo de gás e água. A válvula deve ser capaz de suportar as altas pressões do sistema. Isso porque o gás ou vapor que sai da caldeira vai se condensar e encher a tubulação. O vapor irá então molhar a sede da válvula de segurança.

O outro requisito importante para as válvulas de segurança é sua capacidade de evitar o acúmulo de pressão. Eles evitam condições de sobrepressão, permitindo que o líquido ou o gás escape. As válvulas de segurança são usadas em muitas aplicações diferentes. Linhas de gás e vapor, por exemplo, podem evitar danos catastróficos à planta. Eles também são conhecidos como válvulas de alívio de segurança. Durante uma emergência, uma válvula de segurança se abrirá automaticamente e descarregará a pressão do gás ou líquido de um sistema pressurizado, evitando que atinja níveis perigosos.

Qual deve ser a capacidade de descarga de uma válvula de segurança?

A capacidade de descarga de uma válvula de segurança é baseada em sua área de orifício, pressão de ajuste e posição no sistema. A capacidade de descarga de uma válvula de segurança deve ser calculada com base no fluxo máximo através de suas áreas de orifício de entrada e saída. Seu tamanho nominal geralmente é determinado pelas especificações do fabricante. 

Sua capacidade de descarga é o fluxo máximo através da válvula que pode aliviar, com base no fluxo máximo através de cada caminho de fluxo individual ou caminho de fluxo combinado. A pressão de descarga da válvula de segurança deve ser maior que a pressão de operação do sistema. Como regra geral, a pressão de alívio deve ser 10% acima da pressão de trabalho do sistema.

É importante escolher a capacidade de descarga de uma válvula de segurança com base nos tamanhos da tubulação de entrada e saída. Idealmente, a capacidade de descarga deve ser igual ou superior à potência máxima do sistema. Uma válvula de segurança também deve ser instalada verticalmente e em um encaixe limpo. Ao instalar uma válvula, é importante usar uma chave adequada para a instalação. A tubulação de descarga deve ser inclinada para baixo para drenar qualquer condensado.

A capacidade de descarga de uma válvula de segurança é medida de algumas maneiras diferentes. A primeira é a pressão de teste. Essa pressão manométrica é a pressão na qual a válvula abre, enquanto a segunda é a pressão na qual ela fecha novamente. Ambos são medidos em uma bancada de teste sob condições controladas. Uma válvula de segurança com uma pressão de teste de 10.000 psi é classificada em 10.000 psi (conforme ASME PTC25.3).

A capacidade de descarga de uma válvula de segurança deve ser grande o suficiente para dissipar um grande volume de pressão. Uma válvula pequena pode ser adequada para um sistema menor, mas uma maior pode causar uma explosão. Em uma fábrica de grande escala, as válvulas de segurança são críticas para a segurança do pessoal e do equipamento. Escolher o tamanho certo da válvula para um determinado sistema é essencial para sua eficiência.

Como Calcular a Capacidade de Descarga de uma Válvula de Segurança?

Antes de usar uma válvula de segurança, você precisa conhecer sua capacidade de descarga. Aqui estão alguns passos que você precisa seguir para calcular a capacidade de descarga de uma válvula de segurança.

• Procedimentos de teste

Para verificar a capacidade de descarga de uma válvula de segurança, a válvula de segurança deve ser instalada no local apropriado. Sua tubulação de entrada e saída deve ser completamente limpa antes da instalação. É importante evitar o uso excessivo de fita PTFE e garantir que a instalação seja sólida. A válvula de segurança não deve ser exposta a vibração ou estresse indevido. Ao montar uma válvula de segurança, esta deve ser instalada verticalmente e com a alavanca de teste para cima. A conexão de entrada da válvula de segurança deve ser conectada ao vaso ou tubulação com o menor comprimento de tubo. Não deve ser interrompido por nenhuma válvula de isolamento. A perda de pressão na entrada de uma válvula de segurança não deve exceder 3% da pressão de ajuste. 

• Calculando a capacidade de descarga de uma válvula de segurança

O dimensionamento de uma válvula de segurança depende da quantidade de fluido que ela precisa controlar. A capacidade de descarga nominal é uma função da área do orifício da válvula de segurança, pressão de ajuste e posição no sistema. Usando as especificações do fabricante para a área do orifício e tamanho nominal da válvula, a capacidade de uma válvula de segurança pode ser determinada. O fluxo de descarga pode ser calculado usando o fluxo máximo através da válvula ou os fluxos combinados de vários caminhos. Ao dimensionar uma válvula de segurança, é necessário considerar tanto a sua capacidade de descarga teórica quanto a real. Idealmente, a capacidade de descarga será igual à área mínima.

• Definindo a pressão máxima de trabalho permitida

Para determinar a pressão de ajuste correta para uma válvula de segurança, considere os seguintes critérios. Deve ser menor que o MAAP do sistema. A pressão definida de 5% maior que o MAAP resultará em uma sobrepressão de 10%. Se a pressão ajustada for maior que o MAAP, a válvula de segurança não fechará. O MAAP nunca deve exceder a pressão definida. Uma pressão de ajuste muito alta resultará em um fechamento inadequado após a descarga. Dependendo do tipo de válvula, uma variação de contrapressão de 10% a 15% da pressão de abertura não pode ser tratada por uma válvula convencional.