Continuamos com a série especial de artigos sobre válvulas de segurança e/ou de alívio, assinados por Artur Cardozo Mathias, especialista no assunto, aprofunda sobre detalhes e características destas válvulas e suas aplicações.
No artigo de hoje, falaremos sobre a tubulação de entrada das válvulas de segurança e/ou alívio, abordando detalhes do projeto, tanto para as válvulas de segurança que protegem caldeiras, quanto as de válvulas de segurança e/ou alívio que protegem vasos de pressão e tubulações.
—
Podemos considerar que, aproximadamente, 75% de todos os problemas operacionais que ocorrem com as válvulas de segurança (e/ou alívio) estão diretamente relacionados com a instalação incorreta.
Por isso, existem alguns detalhes que devem ser respeitados para o projeto da tubulação de entrada dessas válvulas, como, por exemplo:
- Diâmetro interno igual ou maior que a conexão de entrada da válvula;
- Comprimento dessa tubulação igual a 5 vezes o seu diâmetro nominal ou 200 mm, o que for menor;
- Queda de pressão limitada a 3% da pressão de ajuste para válvulas, protegendo os vasos de pressão;
- 2% da pressão de ajuste ou 2 psi, o que for maior (para válvulas protegendo caldeiras);
- Instalação sempre na posição vertical (até 1° fora da vertical é aceitável);
- Onde permitido, utilizar somente válvulas de bloqueio do tipo passagem plena, gaveta ou esfera, por exemplo. Mas atenção, em caldeiras é expressamente proibido o uso de válvulas de bloqueio ou qualquer acessório entre a caldeira e a válvula.
A queda de pressão que ocorre na conexão de entrada dessas válvulas reduz sua capacidade de vazão nominal a um valor menor do que aquele originalmente estampado em sua plaqueta, com isto, aumentando a pressão dentro do vaso.
Esta queda de pressão é a pressão diferencial existente entre a saída do equipamento protegido e a entrada da válvula, no momento em que ela está completamente aberta e aliviando.
Ela é produzida pelo atrito do fluido em escoamento com a parede do tubo.
Quanto maior for seu valor significa que maior será a pressão dentro do vaso (e menor será o valor da pressão na saída pelo bocal da válvula). Enquanto ela estiver fechada, a pressão dentro do vaso e na entrada da válvula será a mesma.
A queda de pressão que ocorre numa tubulação é diretamente proporcional ao pico da velocidade de escoamento do fluido e ao comprimento da tubulação, sendo inversamente proporcional ao diâmetro da tubulação.
Uma queda de pressão maior que 3% nessa tubulação pode provocar um fenômeno operacional que é denominado chattering (traduzido como “batimento”) do disco contra o bocal, podendo danificar esses componentes, devido ao contato físico entre eles, além de danificar componentes de guia, causar fadiga da mola e ainda impedir que a válvula alivie o excesso de pressão.
Durante a ocorrência desse fenômeno, o disco não alcança o curso total, pois há somente pressão suficiente para abrir a válvula, porém, não há pressão (e força) embaixo do suporte do disco suficientes para sustentar a válvula completamente aberta e aliviando.
O chattering é uma ciclagem muito rápida (aproximadamente 20 ciclos por segundo!) dos componentes móveis da válvula e que ocorre (principalmente, quando o fluido é compressível), sempre no mesmo valor da pressão de ajuste.
Outra causa comum para o chattering ocorre quando a taxa de fluxo liberada pelo processo é menor que 30% da capacidade de vazão máxima pela válvula (ou menor que 10%, se o fluido for líquido). Porém, ainda há outras causas para este fenômeno.
A taxa de fluxo utilizada no cálculo da queda de pressão deve ser a capacidade de vazão nominal estampada na plaqueta da válvula.
Uma queda de pressão excessiva no tubo de entrada pode ser ainda mais prejudicial para uma válvula balanceada com fole; ou uma válvula com sede resiliente, esta última independentemente de ser convencional ou balanceada.
O limite de 3% de queda de pressão é um valor recomendado tanto pelo código ASME Seção VIII (Apêndice M6 (a)) e API Std. 520 parte II.
E atenção, pois ao instalar válvulas de segurança e/ou alívio, evite também:
- A entrada de materiais estranhos na tubulação de saída do vaso ou caldeira. Esta é uma região onde normalmente não há fluxo, até que a válvula abra.
- Se este cuidado acima não for tomado durante a instalação da válvula, ela será danificada logo na primeira vez que atuar.
- Portanto, em aplicações nas quais podem acumular particulados sólidos nessa região, é recomendado reduzir os prazos entre inspeções.
- Instalar essas válvulas em trechos horizontais longos de tubulação, onde normalmente não ocorre fluxo.
- Esta falta de escoamento do fluido nessa região pode provocar o acúmulo de resíduos ou até mesmo de condensado que tendem a aumentar o valor de sua pressão de abertura, além de limitar ou restringir a capacidade de vazão efetiva das válvulas, tornando-as subdimensionadas ou até mesmo inoperantes!
- Quando não for possível seguir essa recomendação, deverá ser previsto um número maior de intervenções para inspeção e manutenção da válvula.
- Instalar uma válvula de segurança e/ou alívio no espaço líquido de um vaso contendo vapor e líquido.
- Se ela foi dimensionada para vapor e for instalada no espaço líquido, ela estará superdimensionada para esta posição.
- Por outro lado, se ela foi dimensionada para líquido e for instalada no espaço vapor, ela estará agora subdimensionada para esta posição.
- Se ela foi dimensionada e especificada para líquido, então instale-a no espaço líquido.
