Continuando nossa série especial, nesse artigo vamos abordar alguns detalhes de projeto da tubulação de descarga, tanto para as válvulas de segurança que protegem caldeiras, quanto as válvulas de segurança e/ou alívio que protegem vasos de pressão e tubulações.
Essa tubulação deve ser corretamente projetada, visando, primeiramente, a segurança das pessoas próximas a ela e também a operação correta da válvula.
A tubulação de descarga de toda válvula de segurança e/ou alívio operando com vapor d’água, gases não tóxicos, além de água quente acima de 100°C e que descarregue diretamente para a atmosfera (sistema de descarga aberto), deve ser a mais curta e direta possível.
Quando a descarga ficar próxima às passarelas, a altura mínima do ponto de descarga deverá ser de 3 metros acima desta, principalmente se o fluido for vapor.
Além disso, as válvulas de segurança e alívio operando com líquidos devem ter essa tubulação no sentido descendente e descarregando em uma canaleta.
No ponto mais baixo dessa tubulação, e logo após o flange de saída da válvula, deverá existir um furo de dreno para escoamento do condensado formado devido à vazamentos de vapor pelas superfícies de vedação da válvula ou devido à água de chuva.
No corpo dessas válvulas, obrigatoriamente já vem um furo para dreno abaixo da superfície de vedação do bocal.
Esse dreno evita também o acúmulo de sujeira que, junto com o condensado e/ou água de chuva, poderiam corroer, congelar e/ou travar as peças móveis da válvula, o que pode aumentar o valor de sua pressão de abertura e/ou tornando-a inoperante.
Suporte para tubulação
Uma tubulação pesada e mau suportada pode causar desalinhamentos dos componentes internos da válvula e, consequentemente, apresentar uma pressão de abertura errática, além de vazamentos na pressão de operação.
A região do corpo e flange de saída da válvula tem a espessura de parede de acordo com a classe de pressão deste flange.
Esta classe pode ser 150 ou 300. A região do flange de entrada, onde é fixado o bocal, tem maior espessura devido à maior pressão e também para suportar as forças de reação no momento da abertura da válvula.
Para confirmação se a tubulação de descarga está ou não corretamente suportada, o usuário pode soltar o aperto dos parafusos que fixam o flange de saída da válvula a esta tubulação.
Numa tubulação corretamente suportada, os parafusos podem ser facilmente retirados, enquanto que numa tubulação que não foi corretamente suportada, aqueles parafusos ficaram presos devido ao peso da tubulação exercido sobre eles.
Contrapressão na tubulação
A máxima contrapressão desenvolvida permitida para essa tubulação é outro detalhe que deve ser analisado pelo projetista da instalação, quando a válvula está descarregando a máxima capacidade de vazão estampada em sua plaqueta, pois esta contrapressão não deve ser maior que a sobrepressão alcançada nas condições de alívio.
O valor limite dessa contrapressão, recomendado para a tubulação de descarga, é sempre dependente do valor da sobrepressão alcançado pela válvula nas condições de alívio.
Esse limite é de 10% da pressão de ajuste para uma válvula de projeto convencional com castelo e capuz fechados e vedados, ou 20% para uma válvula convencional com castelo aberto (mola exposta).
Para minimizar ou anular a contrapressão desenvolvida durante a descarga da válvula, é recomendado que a velocidade de escoamento do fluido no ponto de descarga seja limitada à 70% da velocidade sônica.
Isso pode ser conseguido calculando – se o diâmetro interno desta tubulação para a velocidade sônica e utilizando – se a próxima tubulação de diâmetro maior.
Atenção aos detalhes!
Devem ser evitadas tubulações que seguem verticalmente e depois se projetam num ângulo de aproximadamente 45° e descarregando diretamente para a atmosfera.
Esse tipo de instalação causa um esforço ainda maior (devido ao peso e forças de alavanca) sobre o tubo de entrada, quando comparada com uma tubulação apenas direcionada verticalmente para cima, paralela com o tubo de entrada e corretamente suportada.
Uma tubulação saindo da válvula diretamente para a atmosfera num ângulo de 45° também minimiza a força de reação sobre o corpo, componentes internos e tubulação de entrada da válvula, estando ela completamente aberta e aliviando um fluido compressível.
Um suporte vertical instalado no cotovelo de descarga, elimina o momento fletor que pode ser transmitido à conexão de entrada da válvula durante sua abertura, devido à força de reação causada.
O momento fletor que é exercido sobre esta tubulação de entrada, devido às forças de reação quando a válvula está aberta e aliviando, pode depender do desenho e da suportação da tubulação de descarga.
Se o ponto de descarga for cortado a 45°, pode reduzir as forças de reação no momento em que a válvula abre, desde que seu sentido de descarga esteja voltado para o mesmo sentido do fluxo na tubulação à qual a entrada da válvula está instalada, por exemplo, quando protegendo uma tubulação de vapor ou gás não tóxico, (essa tubulação está no sentido horizontal).
E quando a tubulação de descarga deve ser instalada na posição horizontal, é sempre recomendado que esta tenha uma inclinação de 1 milímetro para cada metro de comprimento.
Esta inclinação facilita a drenagem de qualquer condensado que possa se formar no corpo da válvula devido a vazamentos de vapor.
Observações adicionais
Em válvulas com conexões rosqueadas, deve ser evitada a instalação dessa tubulação no sentido horizontal, podendo causar o desrosqueamento da válvula do vaso quando ela tiver que operar com fluidos compressíveis devido à força de reação.
Isso pode ser ainda mais provável de ocorrer caso seja instalado um cotovelo no ponto de saída da tubulação de descarga e voltado para o mesmo sentido da rosca que fixa a válvula ao vaso.
Isto ocorre, pois a força exercida pela descarga da válvula atua em sentido oposto ao sentido da rosca.
Contrapressão desenvolvida: esta é a contrapressão produzida nessa tubulação, somente após a abertura completa da válvula. Ela é ocasionada devido a uma tubulação muito longa e/ou com muitas curvas.
É possível de ocorrer também quando o diâmetro interno dessa tubulação é menor que o diâmetro interno do flange de saída da válvula.
Ela ocorre quando o fluido é vapor ou gás, além de fluidos bifásicos, devido à sua fase gasosa. As válvulas de segurança e alívio que possuem maiores relações de áreas entre a área interna da tubulação de descarga para a área da garganta do bocal tem menor probabilidade para a ocorrência desse tipo de contrapressão.
Por exemplo, numa válvula orifício “D” (0,110 pol²) de tamanho 1” x 2”, a área interna da tubulação de descarga é de 28,5 vezes maior que a área interna do orifício do bocal, enquanto que numa válvula orifício “T” (26 pol²) de tamanho 8” x 10”, a área interna da tubulação de descarga é de apenas 3,02 vezes maior que a área da garganta do bocal.
A contrapressão desenvolvida é particular para cada instalação.
Sobrepressão: este é um aumento de pressão permitido para a válvula de segurança e/ou alívio alcançar seu curso máximo e, consequentemente, sua máxima capacidade de vazão.
A sobrepressão é dada em porcentagem da pressão de ajuste. Seu valor depende das causas do aumento de pressão e código de construção do equipamento protegido.
Sistema de descarga aberto: sempre que a descarga da válvula ocorre diretamente para a atmosfera, como aquelas que descarregam ar comprimido, vapor d’água, gases não tóxicos (por exemplo, gás natural).
As válvulas que protegem caldeiras devem obrigatoriamente descarregar direto para a atmosfera, não podendo ter qualquer acessório ou válvula de bloqueio nessa tubulação, entre a saída da válvula de segurança e a atmosfera.
Sistema de descarga fechado: sempre que a descarga da válvula é direcionada para dentro de um coletor para reaproveitamento do fluido, ou quando esse fluido não pode ser descarregado diretamente na atmosfera por questões ambientais. O castelo e o capuz (com ou sem alavanca) devem ser fechados e vedados.
Além disso, você pode obter maiores informações sobre instalação de válvulas de segurança e/ou alívio pesquisando o código ASME Seção I, ASME Seção VIII – Divisão 1, ASME XIII (Edição 2021), além do API Std. 520 Parte 2 (instalação).
A primeira e a segunda parte do especial sobre válvulas de segurança e alívio produzido pela Axpr em parceria com Artur Cardozo Mathias você confere clicando nos links.
