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Válvulas de alívio m dispositivo automático de alívio de pressão utilizado primariamente para serviços com líquidos , que não necessariamente vaporizam quando descarregados através da válvula. mente não possuem alavanca de acionamento, principalmente quando o fluido for água numa tempe- ão inferior a 60ºC, Nos modelos mais simples ou nos mais antigos não existe o anel inferior. modelos em que o perfil da face inferior do suporte do disco é projetado de tal forma que o do fluido tem uma característica de vazão diferente dos projetos convencionais. O fluxo tem menor ) escoamento, com consequente aumento de velocidade e queda de pressão mais rápida (maior descarga), reduzindo a sobrepressão necessária para que o curso máximo do disco seja alcançado. eduz os efeitos erosivos do fluido em escoamento durante o processo de alívio pela válvula. da existência desses internos especiais, a mesma válvula utilizada para vapor exa também utilizada potém, o curso máximo de abertura e sua capacidade máxima de vazão eram alcançados somea- de sobrepressão. Essa capacidade era proporcional ao curso de abertura do disco, À sobrepressão sibilita ao disco alcançar o curso máximo e compensar as perdas de pressão causadas durante a idade de vazão da válvula é afetada pelo curso de elevação do disco para valores de sobrepressão jores a 25%, Para valores acima de 25% a capacidade de vazão é afetada somente por mudanças obrepressão, não sendo mais influenciada por mudanças naquele curso de elevaç? » eduzir a sobrepressão, O tamanho do orifício do bocal da válvula deve ser aumentado, resultando ula maior, mais cara e com maior perda de produro durante a descarga. álvulas de alívio operando em serviço com líquido atuam de forma diferente das de segurança e com fluidos compressíveis, Nas de alívio não há expansão do volume do fluido para causar a ortanto, ela abre proporcionalmente à sobrepressão do sistema c acima da pressão de ajuste. Com uído, a catacterística de abertura da válvula é do tipo modulante. Fsta característica também. ento gradual da velocidade de escoamento do líquido dentro da garganta do bocal. ças que atuam embaixo do suporte do disco das válvulas de alívio são diferentes das de segurança idas pela pressão do processo na área de vedação do bocal são as mesmas exercidas 256 Válvulas numa válvula de segurança para serviço com gás ou vapor, somente enquanto a válvula estiver fecha a pressão de ajuste ser alcançada, as forças dinâmicas exercidas pelo fluido na área do anelinferiores força são completamente diferentes. Sendo que esta força e o valor da sobrepressão são propord volume do fluido sendo descarregado pelo bocal da válvula. , com isto as forças exercidas pelo No momento do fechamento a sobrepressão é reduzid face do suporte do disco são gradualmente reduzidas. Essa redução gradual na sobrepressão e ná atuando na face do suporte do disco aumentam proporcionalmente a força exercida pela mola sobre de vedação até o fechamento completo da válvula de alívio. Esse tipo de válvula normalmente utiliza um castelo e capuz completamente vedados, pata zados em sistemas de descarga fechados. Uma válvula de alívio com o suporte do disco convencional, utilizada em serviços com líquido sobrepressão não codificada pelo ASME seção VII no valor de 25%, Este mesmo código certifica v alívio para serviços com líquido cuja sobrepressão é de 10%. Este tipo de válvula de alívio pos: especialmente projetados para o alívio de fluidos não compressíveis. À principal diferença está suporte do disco como será explicado a seguir no parágrafo 13.1. O curso de abertura de uma válvula de alívio é sempre proporcional ao aumento de pressão do acima da de ajuste, Assim, após a capacidade máxima de vazão ser alcançada, a partir deste ponto aumento na pressão do vaso é observado. A única forma dinâmica de estabelecer o ponto de ajuste de uma válvula operando com lí levantamento físico proporcional do disco, sendo que o anel inferior não tem qualquer influência sobre de ajuste. À definição da pressão de ajuste também é diferente, pois não existe a ação pop, portanto, esta da válvula. Hxistem fabricantes que definem é dada pela primeira corrente de fluxo constante atra de ajuste como sendo uma corrente de fluxo ininterrupta sendo comparada ao diâmetro de uma ca Quando a válvula de alívio é ajustada numa bancada de teste com ar compri- mido ou nitrogênio e depois é utilizada no processo com líquido, pode abrir muma pressão maior do que aquela conseguida na bancada. Por esta razão o código ASME seção VIII exige que as válvulas utilizadas com liquidos sejam testadas com água. Quando o processo exigir poderão ser utilizadas válvulas de alívio com o corpo encamnisado para ocorter a transferência de calor, seja para manter a viscosi- dade do fluido num determinado valor ou evitar seu congelamento. À camisa de vapor impede a solidificação do fluido que pode ser perigosa pata o processo, tornando a válvula inoperante. O aquecimento do corpo da válvula permite o escoamento normal do fluxo quando é atingida a pressão de abertura. Devido à densidade dos líquidos ser maior que a dos gases e vapores, o diferencial de alívio pode chegar a 20%. Para que a válvula possa operar correta- mente o diferencial de pressão entre a pressão de operação e a de ajuste deve permitir esse diferencial de alívio. Por serem projetadas para o alívio apenas de Figura 15.1 =Y alívio pata sem líquidos (8 Busges) líquidos, as conexões de entrada e saída possuem a mesma bitola. 13.1 — Internos especiais para líquidos Esses internos (figura 13.2) foram desenvolvidos e introduzidos em válvulas de alívio para :m ter desempenho operacional melhor na relação entre pressão de ajuste, curso de aberrura pude 258 Válvulas As válvulas projetadas para alívio de líquido e que utilizam esse tipo de interno alcançam sua cap; máxima de vazão com apenas 10% de sobrepressão. Válvulas com o perfil do suporte do disco projetado especialmente para líquidos são muito apzop sta é ajustada na PMTP. Assim, o valor de sua press para vasos que utilizam apenas uma única válvula, « coincidem ajuste mais a sobrepressão necessária, para que seja atingida a capacidade máxima de vazão, acumulação permitida pelo código ASME seção VIII, sem expor o vaso a uma pressão maior. Outro ponto importante quando se compara esses dois projetos é que no convencional, com sobrepressão, o anel inferior não tem influência sobre o diferencial de alívio da válvula, devendo cial de alívio, pois pode alterar a geometria da área formada em conjunto com aquele perfil. Uma válvula de segurança e alívio de projeto convencional só pode ser especificada para líquidos fificação de sua capacidade de vazão c à sobrepressão máxima pera do não há exigência quanto à ce: Com esse tipo de interno específico é possível um aumento na capacidade de vazão da válvula, mente proporcional ao curso de abertura do disco. A tentativa de se utilizar uma válvula de segurança e alívio com internos convencionais para operar líquidos, a 10% de sobrepressão, resultará sempre numa válvula com otifício maior. As válvulas de alívi segurança e alívio com 25% de sobrepressão para líquidos não são certificadas pelo código ASME. s foram desenvolvidos para atender às exigências de certificação de capa ão VHL Esses internos pe 10% de sobrepressão do código ASME, sc 13.2 — Válvulas para alívio térmico As válvulas miniararizadas são muito utilizadas onde uma pequena capacidade de vazão é requerida, tanto vapor d'água, gases e, principalmente, líquidos. Quando a válvula operando com líquido exerce à função d térmico, evita a adição de calor latente ao líquido, sendo este a causa do aumento de pressão. Ela possui a conesi saída integral ao castelo na maioria dos projetos, sendo que: castelo é normalmente fechado. O bocal é int o corpo, formando uma única peça, sendo conectado diretamente no sistema através de sua rosca, que pod macho ou fêmea, BSP (paralela) ou NPT (cônica), dependendo da pressão e temperatura e do tipo de Auido. ão depende da pressão de alívio e da temperar conexões também podem ser flangeadas e a classe de pre fluido. Conexões para soldagem de topo, tanto na entrada quanto na saída, também são fabricadas. Qua conexões são para soldagem de topo, o ponto a ser soldado fica distante das superfície: guia através de tubos de extensão, evitando distorções térmicas. Quando a válvula possui veda calor da solda não é propagado ao anel de vedação, impedindo que este seja danificado. As superfícies de vedação do disco « bocal podem ser metálicas ou resilientes, planas ou em ângulo aplicações corrosivas, diversas opções de materiais para corpo, castelo e mola são disponíveis. Para ou onde é exigido estanqueidade absoluta, existem diversas opções de materiais resilientes de acordo coma são e temperatura do fluido. Uma sobrepressão maior resulta numa válvula menor, por isso estas são muito utilizadas em tubulações am ses bloqueadas em dois pontos, transformando se num vaso de pressão de transportam líquidos c pos aumento de temperatura causado por fogo externo ou até mesmo pela ação do sol. Esse aumento dete dilara o liquido sem haver mudança de estado, ou seja, o líquido não chega a vaporizar. Em tubulações É io do fluído, Para esses tipos de aplicações (a expostas à radiação solar, a formação de gás pode elevar a pre térmico apenas) não é tequerida a cerrificação da capacidade de vazão da válvula a 10% de sobrepressão. Válvulas de alívio 259 Os fluidos compressíveis se expandem mais rapidamente do que os líquidos, porém essa expansão 4 0 volume em funç a, sem redução de volume. o do aumento de pressão. Nos líquidos a expansão ocorre por aumento de tempe- “Comparando com os líquidos, os fluidos compressíveis têm um aumento de pressão mais lento devido ão de volume compensar o aumento de pressão. Essa característica faz com que a pressão nos líquidos levada mais rapidamente pelo aumento de volume que ocorre pelo aumento de temperarura. Essa carac- tica dos líquidos de serem incompressíveis também faz com que a pressão seja reduzida mais rapidamente haver redução de volume para compensar as perdas de energia durante o aumento de pressão. Normalmente, para essas aplicações são utilizadas pequenas válvulas roscadas, como 1/2” ou 3/4”, por plo, pois uma pequena vazão da válvula causa uma grande queda na pressão do sistema. Alguns fluidos podem ter alto coeficiente de expansão por grau de aquecimento. Dependendo do calor o, a tubulação pode se romper por falta de alívio de pressão. Sempre que a temperatura ambiente for ra 35ºC e a do fluido for inferior a 25º€ é ecomendada a utilização de válvula para alívio térmico. Nos casos em que a tubulação for muito longa e o volume do líquido for siderável, uma avaliação completa do sistema e um cálculo da área de passagem a poderão ser nece: Elo de vazão maior. O diferencial de alívio dessas válvulas normalmente é fixo e pode ser determi- lém da densidade do fluido, inho e pressão em diâmetros menores, ou controlado através de um anel ajustável etros maiores, Essas características construtivas variam de acordo com o mo- eprojeto de cada fabricante, À figura 13,4 mostra uma válvula que pode ser utilizada tanto para alívio Figura 13.4 — Válvula uti- ico quanto para vasos de pressão de pequeno volume. lizada para alívio térmico o . : Hiter & Crosby “Essas válvulas são fabricadas em bitolas 1/27 x 17 até 11/27 x 21/27” com . passagem do bocal desde 0,074 pol a 0,503 pol” com pressões de ajuste 2 15 a 5000 psig para todos os fluidos (líquidos, gases e vapores) com sedes lcas, com exceção do vapor d'águ: á ão de ajuste e deve ser limitada a 2500 psig, Para sedes em P'TFE a pressão de ajuste mínima deve ser 100 psig. é limitada a 1000 psig; Com sede maci A temperatura operacional deve ficar entre 450ºF (:268ºC) a 750ºF (399ºC) para sedes em metal ou E (260ºC) para sedes em PIFE. Esse tipo de válvula de segurança e alívio só deve ser utilizado para aplicações conforme o código E seção VIII divisão 1, não sendo permitido seu uso em caldeiras conforme o código ASME seção 1. | - Válvula de alívio e vácuo Quando a pressão dentro do vaso for igual ou superior a 15 psig, utiliza-se válvula de segurança e alívio. jora 15 psig, utiliza-se válvula de alivio e vácuo com pressões de ajuste negarivas pré-estabelecidas. No um tanque que possa operar sujeito a vácuo, a função da válvula de alívio é permitir a equali ão interna com a atmosférica, evitando assim o colapso deste. Enquanto as válvulas de segurança e alívio as até aqui são utilizadas para pressões positivas e permitem que o fluxo seja aliviado para fora do de alívio e vácuo são utilizadas para pressões negativas e permitem a entrada da pressão atmosférica no À pressão atmosférica ao nível do mar é equivalente a 14,696 psi. ação de sua Mola Tem a função de anular a força resultante formada pela pr: + do fluido na área do bocal até que a de ajuste seja alcançada, compensando a força que a pressão do processo exerce embaixo do disco e itendo a válvula fechada. Após a abertura completa da válvula, a força armazenada na mola é constante, itindo que o curso de elevação do disco seja reduzido somente quando houver uma redução na pressão lo dentro da câmara de força. A mola mantém uma força constante pré-determinada atuando do lado oposto à pressão do fluido, sendo ável pela força de «cessária da válvula, Essa força pode ser alterada através do parafuso de ajuste, a pressão de ajuste da válvula pode lterada dentro de certos limites, denominados faixa de ajuste da mola. As molas são responsáveis por uma parte de todo o ciclo operacional correto das válvulas. São auto- s é todo o ciclo depende da energia armazenada na mola e da pressão do fluido que atua em áreas tes dutante o ciclo de abertura e fechamento. O valor exato do ponto de abertura e do de fechamento pode ser afetado, independente da liberdade s internas, do sistema de guia, da taxa de fluxo e do correto ajuste dos anéis, em função o incorreta do material de construção, principalmente quando so de aberturas causadas pot distúrbios operacionais, e que sivo através do disco e bocal ser responsáveis pelo relaxamento da força da mola. Um vazamento exe pode causar fadiga da mola. O excesso de aberturas também pode ser prejudicial à mola quando ada numa válvula com castelo fechado devido à pressão de operação do equipamento estar muito próxi- le sa pressão de abertura. À circulação do vapor dentro do castelo causa um rápido aquecimento da reduzindo sua carga sobre o disco de vedação. Amola nas válvulas de segurança rem as seguintes função Acumular energia para manter a válvula fechada até que a pressão de ajuste seja alcançada; m Manter os elementos móveis sob tensão controlada (pressão de ajuste); E Fazer esses elementos retornarem à sua posição inicial após a pressão do processo ter sido reduzida. 262 Válvulas 14.1 - Faixa de ajuste Toca mola utilizada nas válvulas de segurança é classificada em diferentes faixas de pressão d determinada por uma porcentagem de seu cutso máximo, ficando normalmente entre 15% a 30% de o de ajuste e não para deflexão de trabalho. Dependi o de ajuste, a mola poderá não ser lincar antes e após! porcentagem é apenas para se alcançar a pres: material, número de espiras, tamanho e press valores, ou seja, antes desses 15% a constante elástica” da mola é crítica, não havendo exatidão no pont ajuste. Após esses 30% a mola fica muito forte, podendo reduzir o curso de abertura do disco dev redução no espaco entre as espiras e aumentar a sobrepressão e o diferencial de alívio da válvula. Essa não lincaridade significa que a exatidão da pressão de ajuste só ocorre dentro daqueles val são de ajuste da válvula deve sempre estar dentro dos limites mínimo e máximo especi ata que seu desempenho operacional não seja alterado. pelo fabricante, Na prática, quando não se tem os valores dessa faixa de trabalho, uma variação de 5” para mais ou menos é aceitável para aplicações em vasos de pressão, conforme determinado pelo código ASME se no parágrafo UG 126, a partir da pressão de ajuste original marcada na plaqueta da válvula. Para as vál de segurança instaladas em caldeiras, tanto no tubulão de vapor quanto no superaquecedor, essa v do valor original marcado na plaqueta, conforme determina 06 também deve ser no máximo de 5º ASME seção 1 no parágrafo PG 7 Quando a pressão de ajuste tiver que ser alterada para um valor além desses, um novo conjunto de mol seus devidos suportes deverá ser adquirido do fabricante da válvula. Dependendo do valor da nova pressão q deseja, a válvula deverá ser redimensionada para confirmar a nova capacidade de vazão ou até mesmo ser subsiih juste maior ou menor que 5% só pode ser feito se o valor desejado estiver dentro da faixa estab nte da válvula ou [ot aceita por este. O que é recomendado quando a faixa de ajuste necessi la em 0 a +10%% da faixa de ajuste original, Por exemplo, se a mola possui uma taixa de ajuste de 4544 ela poderá ser ajustada para valores entre 45 e 67 psig, isto te que, neste exemplo, é d Essa alteração não compromete o desempenho operacional da válvula e deve ser feita somente até que mola, com a faixa de ajuste correta requerida pela aplicação, possa ser adquirida e substituída. álvula estiver abaixo da faixa de ajuste da mola, o diferencial de mais longo, causando instabilidade operacional, além de pj rare) de do ponto de ajuste, Ui excessivo na, mola, coma intenção de aumentar a pre juste da válv ula, fot diminuir o curso de quala válvula pos j tre as espiras pata que o disco possa alcançar o curso máximo sem interferir com a operação correta dayá No caso de fluidos compressíveis, pode ocorrer chaitering, pois com o aumento da pressão ov fluido diminui e a válvula fica superdimensionada para essa nova condição de processo. Se, por ou houver redução excessiva na pressão de ajuste, a válvula ficará subdimensionada, pois com a ted pressão o volume do fluido aumenta, reduzindo a capacidade de vazão e aumentando também o dife alívio, Essa condição pode levar a válvula a causar stmmering (abertura antecipada da válvula de segurança de a pressão de fechamento colidir com a de operação do processo. Issa faixa de ajuste não permite que a mola seja demasiadamente tencionada, além de correta flexibilidade e espaço entre as espiras para que o disco de vedação alcance seu curso máximo, pé do alterar a pressão de ajuste de uma válvula de segurança sem comprometer seu ciclo operacional. Os A constante elásdica de uma mola de compressão helicoidal é definida como a relação direra enrre a variação de carpa (em vatiação no curso (em mm). 264 Válvulas características mecânicas da mola; além dos aços inoxidáveis para fluidos corrosivos e temperaturas criogên (302, 304, 316, 17.4 PH e 17.7 PH). Esses dois últimos são endurecidos por precipitação. Quando o fluido de processo for corrosivo, a mola poderá ser fabricada num material compatiy poderá ser em aço-carbono quando a válvula for balanceada com fole. O fluido de processo só entr contato com a mola numa válvula convencional, após sua abertura ou devido ao fluido da contrpessi válvula balanceada esse contato pode ocorrer sob as mesmas condições, mas somente após a quebra do! Para fluidos extremamente corrosivos, outros materiais como monel ou hastelloy € também são 18 mendados. 14.3 — Forças da mola A força exercida pela mola sobre o disco de vedação tem um valor pré-determinado e de acordoe a pressão de ajuste desejada. Esta força se opõe às forças estáticas e dinâmicas exercidas pela pressão do iliando no fechamento da válvula após o excess sob o disco e suporte do disco, respectivamente, aus pressão ter sido aliviado. A mola anula a força resultante formada na área de vedação do disco e bocal devido à pressãe fluido, mantendo a válvula fechada. A mola perde essa força após o início da abertura da válvula. Sua É nunca excede a do fluido atuando na face inferior do suporte do disco quando a válvula está totalmentea e aliviando. Em função dessa área embaixo do suporte do disco ser maior que a área do bocal, a válvu fechará quando a pressão reduzir a um ponto onde a força gerada nesta área for igual à da área do bog momento da abertura. Ou seja, como essa área do suporte do disco é maior, para gerar a mesma foi momento da abertura a pressão de fechamento deverá ser menor, Quando a pressão do processo atui área de vedação do bocal gerar uma força que se equaliza à da mola, a válvula abre. E quando essa pres: processo, que está atuando na face inferior do suporte do disco, após a abertura completa da válvu equalizar com a força da mola, a válvula fecha. Esse comportamento operacional é válido tanto para as de segurança instaladas em caldeiras, quanto em vasos de pressão. A força da mola para determinar a pressão de ajuste da válvula é calculada pelas áreas internas vedação do disco e bocal, conforme serão mostrados no parágrafo 14.5. Os pontos esféricos existentes entre o parafuso de ajuste, apoios superior e inferior da mola, suporte do disco e disco, compensam algum desalinhamento na face de vedação do bocal causado peso excessivo da tubulação de descarga. Essas superfícies esféricas proporcionam auto-alinhamento d o conjunto e impedem que qualquer distorção no corpo da válvula tenha interferência sobre a veda disco e bocal ou com a exatidão do ponto de ajuste, garantindo distribuição concêntrica da força da mol centro da área de vedação do disco. Da mesma forma, a força gerada pela pressão do processo na vedação do disco e bocal deve ser transmitida à mola. Esses pontos esféricos proporcionam a mínima contato entre essas peças, resultando em mínimo atrito. A força resultante da mola fica centralizada em relação às superfícies de vedação da válvula. Por esses pontos corrigem certo desalinhamento das partes móveis e compensam as cargas laterais que possam causadas pela força da mola. As faces da mola com seus devidos suportes devem sempre ser retificadas em esquadro e ter no. 75% de área de contato entre eles. 14.4 — Curso O código ASME seção VIII, divisão 1, no parágrafo UG-136, em “requerimentos de projeto válvulas de alívio de pressão”, determina que a mola deva ser projetada para que seu curso máximo de comf Mola 265 for do que 80% de sua deflexão sólida nominal, Tiste requerimento também é exigido pelo seção 1, no parágrafo PG 73.1.2. somando- deve atender à abertura requerida pela válvula em sua capacidade máxima de vaz: essário no parafuso de ajuste para alcançar a pressão de abertura e as duas etapas de elevação do e a compressão ultrapasse 80% de seu curso total — o curso total da mola é a diferença entre a nos a altura sólida. O limite máximo da faixa de ajuste da mola deve permitir que este valor de carga sólida durante o alívio. bricantes normalmente projetam suas molas com uma reserva de carga abaixo dos 80% exigidos , À tensão necessária para ser atingida a pressão de ajuste normalmente é baixa, em mé: iso total da mola. A compressão restante é causada pelo curso de abertura do disco e conseguida (sobrepressão do sistema. Fssa compressão restante permite a mínima perda de tensão, principal- ndo o fluido de processo opera em temperaturas elevadas. nda compressão necessária para que seja atingida a pressão de ajuste, a mola ainda tem uma com- Icional após o início do curso de abertura do disco. Para as válvulas de dos compressíveis, no momento em que a válvula atinge sua capacidade máxima de vazão, esse curso é de 25% do diâmerro da garganta do bocal, Esse curso de abertura pode ser superior a 25% do do bocal em pressões inferiores a 15 psig devido à perda de carga causada durante a descarga da avés do tubo de entrada. curso máximo, operando jós ser atingida a pressão de ajuste, para que possa ocorrer esse curso máximo do di pressão que antes enas na área de vedação do disco e bocal, agora começa a atuar numa área maior também conhecida por anular secundário (a área da garganta do bocal é orifício anular primário). Essa diferença de área existe para ssa compensar o crescente aumento de força da mola durante o curso de abertura do disco. Esta força ontra a da mola é o que sustenta a válvula totalmente aberta até a redução de pressão no processo. Esta alé conseguida com um aumento na pressão do processo acima da de ajuste (sobrepressão). Calculando a pressão de ajuste pressão de ajuste de uma válvula de segurança pode ser obtida através das equações 14.1 e 14.2, , todos os dados solicitados devem estar corretos. (14.1) (14.2) Nomenclatura: S,= curso da mola (mm); G = módulo de torção de acordo com o material da mola (Kgf/mm?): Bocal e disco Existem dois tipos de bocais utilizados em válvulas de segurança e alívio: reativo integral (ul? mozsdo) e O bocal, da mesma forma que o disco, é a peça que está em contato direro com o fluido, estando a chada ou aberta e descarregando. Em conjunto com o disco, contém totalmente a pressão primária na somente enquanto a válvula estiver fechada. Bocal reativo integral Foi projetado e introduzido a partir de 1922 e é uma peça rígida em aço inox que não permite o o do fluido com o corpo da válvula enquanto esta estiver fechada. Geralmente é cônico interna- e para aumentar a velocidade de escoamento do fluído no ponto de saída. A entrada é arredonda- imitiado ao fluxo um escoamento laminar e direcionado, ajudando a reduzir a pressão de forma ápida. «lação, o orifício de descarga, uma rosca Esse tipo de bocal incorpora numa única peça a superfície de ação do anel inferior, a face de assentamento pata a junta na conexão de en trada, além da rosca para sua jo ao corpo da válvula. Sua área efetiva de descarga, ou seja, o diâmetro da garganta, normalmente é menor que o diâmetro sciclade de escoamento do fluido no ponto de conicidade formada inal na entrada da válvula. Essa diferença aumenta à ve 1 possibilitando um curso inicial maior do disco, aumentando a força de reação. ! essa diferença de diâmetros ainda impede o acúmulo de produtos na área da garganta do bocal, pois o escoamento do fluxo. A área de descarga do bocal tem que ser grande o suficiente para permitir que uma determinada atidade de fluxo seja aliviada, para ocorrer a redução de pressão de acordo com a capacidade de alívio capacidade não deve ser menor que 30% da de vazão efetiva da válvula retida pelo processo. Porém, e: ança, quando operando principalmente com fluidos compressíveis, pois pode cansar chaitering, que xorre em uína válvula superdimensionada, pois não há fluxo suficiente para mantê-la com- mente aberta. 268 Válvulas 15.2 — Semibocal O semibocal ou bocal parcial é roscado e às vezes até soldado ao corpo da válvula, principalmente: de alta pressão. A soldagem de selagem evita vazamentos entre a rosca do bocal e a do corpo, além de imj desalinhamentos da superfície de vedaç O causados por distorções no corpo que podem ser originadas? peso da tubulação de descarga quando mal suportada ou pela força de reação no momento da abertui “Tem uma grande desvantagem em relação ao bocal reativo integral: o fluido de processo além de ent em contato com o disco e bocal quando a válvula está fechada, também entra em contato com parte do coff da válvula. É utilizado em válvulas flangeadas para pressões de ajuste mais elevadas, cujas condições de es mento do fluido sejam mai »nexão de entrada da válvula é do tipo soldagem de to) também é utilizado esse tipo de bocal. everas. Quando : 15.3 - Disco Em conjunto com o bocal o disco é a peça móvel responsável pela vedação da válvula de seg sendo mantido contra a superfície de vedação do bocal através de uma força constante exercida pela mé da). Flurua livremente em qualquer posk dentro do suporte do disco devido à superfície de contato em forma de raio entre essas peças, fazendo a que este seja auto-ajustável, permitindo que seu posicionamento seja comandado somente pela superfície vedação do bocal e pelo sistema de guia da válvula. Esta característica construtiva permite, portanto, queh exatidão no valor da pressão de ajuste, ex Pode ter superfície de vedação em ângulo ou plana (a mais urih lente vedação e correto posicionamento dos componentes interz (móveis) após o ciclo operacional da válvula. O disco de vedação também tem a função de controlar a taxa de fluxo através do bocal, enquant mola controla sua posição em relação ao bocal, principalmente com fluidos incompressívei: Tanto a face de vedação do dis :o quanto a do suporte do disco não devem ser usinadas (some quando aceito pelo fabricante), pois alteram as dimensões da câmara de força, o perfil de esco e, consequentemente, todo o ciclo operacional da válvula. A substituição do disco reduz o custo com m ão, principalmente quando seu suporte é fabricado em material nobre. Normalmente, é construído com a menor espessura possível exigida, pata que as distorções térmica superfície de vedação causadas pelo diferencial de temperatura entre a temperatura do fluido (enguani válvula estiver fechada) e a temperatura ambiente exercida sobre o disco tenham a mínima influência sol estanqueidade da válvula. Para aplicações mais severas e que exigem estanqueidade sob menores difereni pressão entre a de operação e a de ajuste são utilizados discos [lexíveis. 15.3.1 - Disco flexível Válvulas de segurança quando operam sob pressões elevadas (tanto em caldeiras quanto em procs ial, no qual a própria pressão e temperatura do fluido auxilia vedação, A superfície de vedação desse tipo de disco possui certa Flexibilidade, causada pela pressão ex +atara do fluido de processo. Ela aumenta o grau de vedação da válvula, pois além da flexibilidade térmi a flexibilidade mecânica, causada pela pressão do fluido que atua a favor da força de fechamento da mi oúltimo instante, no momento em que ambas as forças são equalizadas, sendo diferente dos projetos cionais em que a pr podem empregar disco com projeto esp da válvula mesmo quando a pressão de ope: estangueidade proporcionalmente ao aumento c de segurança de caldeira pode operar com a pres diferencial de alívi pressão c temperatura do fluido. Dessa forma, uma ão de operaç o 5% abaixo da pressão de ajuste desdes aldei com disco convencional seja compatível com este valor. Outras válvulas de c: 270 Válvulas fatores mai pté-determinados para o corpo e castelo da válvula, devendo suportar que os materi utilizados para o corpo e castelo. O disco e o bocal podem sofrer processo de corrosão acentuado mé quando operando com vapor d'água saturado ou superaquecido se o tratamento de água não tor adequa Muitas vezes essas pecas são feitas do mesmo material, mas podem também ser feitos em m: diferentes, proporcionando valores diferentes de dureza nas superfícies de vedação. Neste disco deve ser mais duro, devido a este ficar totalmente exposto ao fluido em escoamento. Essa dureza ser conseguida através de tratamento térmico ou um revestimento de solda específico com material duri Tanto o bocal quanto o disco normalmente são feitos de materiais resistentes ao desgaste por é peças ficarem expostas à temperatura ambiente, propore tencial de temperatura também é encontrado em aplicações criogênicas. Dependendo do projeto do disco de temperatura pode imaterial utilizado em sua construção e na construção do bocal, esse diferencial vazamentos, independente do perfeito paralelismo e acabamento da superficie de vedação, além do resul conseguido numa bancada de teste. Esses materiais podem ser laminados ou forjados no caso dos discos, bocal, esses materiais poderão ser fundidos, forjados ou laminados. Os bocais laminados são utilizados nas las de pequeno porte pata alívio térmico ou nas válvulas flangeadas até o orifício “E”, dependendo da proj cada fabricante. Os otilícios maiores que este sempre utilizam bocais fundidos, sendo que bocais forj encontrados nas válvulas de segurança para aplicações com vapor Págua em altas pressões e altas temperam para aplicações severas. As principais ocorrem em pr causados pelas altas velocidades de escoamento do vapor nessa região e à tensão sobre as superíidies vedação causadas por súbitas vatiações de pressão e temperatura, além de evitar a deformação dessas 3 cies devido às propriedades dos materiais do disco e bocal. Outras aplicações também muito utilizadas para fluídos contendo particulados sólidos e aplicações em que a válvula opera com frequentes abe bitola da válvula, pressão e temperatura do fluído impedem a aplicação de vedação resiliente. Os materiais mais utilizados na fabricação dessas peças são: bronze, inox 304, 316, 420, 422, 174] Nas aplicações com vapor d'água em pressões e temperaturas elevadas o disco pode ser fabrica material tratado termicamente, proporcionando superfícies de vedação mais duras e reduzindo os imas velocidades de escoamento desenvolvidas na garganta do bocal dura erosivos caus ciclo de abertura « fechamento da válvula, e que nessa região pode alcançar a velocidade sônica. ados pelas alrís À experiência do nsuário com ourras aplicações pode auxiliar o fabricante a Fornecer materiais col tíveis com as características particulares de cada fluido para aplicações específicas. As variações térmicas causadas nas dimensões do disco, suporte do disco e guia, sejam em aple criogênicas ou em temperaturas elevadas também são fatores que devem ser considerados na sele materiais desses componentes. Todos os materiais selecionados devem garantir o movimento dessas o da válvula quando exposta a fluidos específicos por longos períodos. À sele reta do material do disco em relação ao material utilizado na fabricação do suporte do disco pode imped oscilação natural após a abertura, « desta forma, impedindo a vedação deste com o bocal mesmo funcionamento corre pressão de operação ter sido atingida novamente. A seleção incorreta do material do disco em rel material do bocal também pode proporcionar um elevado dif superfícies de vedação após as primeiras operações da válvula. cial de dureza, podendo danificaf Bocal e disco 271 Todos os materiais aplicados em válvulas de segurança e alívio para a construção do disco e bocal ser resistentes à corrosão e estar listados nas especificações da ASTM. Os materiais do corpo e castelo ém devem estar listados nas especificações da ASTM e devem estar também no código ASME seção II, me exigido no código ASME seção 1 em PG. 73.2.3 e seção VI em UG. 136 (b) (3). As seções Ie VIII digo ASME não permitem que o disco e bocal sejam fabricados em ferro fundido. - Superfície de vedação À superfície de vedação do disco pode ser em metal ou resiliente. A superfície de vedação do bocal mente é fabricada apenas em metal. Quando metálica, é parte integral com o disco ou com o bocal. 15.5.1 — Metálica E mais utilizada para vapores, pois a temperatura elevada afeta os anéis de vedação em elastômeros ou Asválvulas com vedação metálica têm as superfícies de contato lapidadas para se obter o maior grau de eidade com pouco diferencial de forças atuando entre a área de vedação do disco e a força exercida nola. Normalmente esse diferencial de forças é 10% acima da pressão de operação normal do processo anter a válvula fechada e vedando. Esse pequeno diferencial exige excelente acabamento das superfícies ca vedação seja mantida por longo período, mesmo depois de repetidos ciclos de abertura e fechamen- to melhor for o acabamento e o paralelismo das superfícies de vedação, maior precisão e exatidão ão de aju: À lapidação das superfícies de vedação do disco e bocal é necessária para compensar a redução de que ocorre conforme a pressão de operação se aproxima da de ajuste. O diâmetro interno da superfície de vedação do bocal normalmente é maior que o de sua garganta. ta diferença de diâmetros é formado um ângulo de 45º cuja função é reduzir os efeitos erosivos do fluido oamento sobre aquela superfície em função da alta velocidade desenvolvida neste ponto, além de facili- irecionamento do fluxo. A velocidade de escoamento do fluido na superfície de vedação do bocal praticamente não varia, ido o curso máximo é alcançado, comparando-se com a velocidade na face de vedação do disco, pois este enta durante o momento da abertura e do fechamento da válvula. Quanto mais próximo da super- vedação do bocal estiver o disco, maior será a velocidade de escoamento do fluido nessa região, pentando os efeitos erosivos. A lapidação deve ser feita com abrasivos à base de diamante para se obter um ótimo acabamento e to paralelismo. O acabamento está relacionado com o abrasivo utilizado. O paralelismo da vedação ende do paralelismo da superficie utilizada como base para lapidação. À pressão de operação deve ser mantida 10% abaixo da de ajuste quando o valor desta for igual ou ta 50 psig. Para as válvulas em que os valores da pressão de ajuste são inferiores a 50 psig a pressão de ão deve ficar sempre num valor de 5 psi abaixo da de ajuste. 15.5.2 - Resiliente Nas válvulas de segurança e/ou alívio que possuem sedes metálicas a vedação é reduzida conforme ssão de operação se aproxima da pressão de ajuste. Nas que possuem sede resiliente, através de um Bocal e disco 273 idos, pois quanto maior a área da superfície de vedação, maior será a força exercida pela mola sobre bring, Essas limitações impedem que pressões de ajuste maiores possam danificar este anel. om sedes resilientes de acordo com a área do ela 15.1 — T imites de pressão de ajuste para válvulas ado bocal (Cortesia: Hiter & Crosby do Brasil) Limites de máxima pressão de ajuste o de ajuste Ofifício 1000 68,9 1100 75,8 1000 68,0 1000 68,9 600 41,3 300 20,6 300 20,6 300 20,6 alalaiep=a|ziz|-ia—mjo =|mjo xálvulas que utilizam sede resiliente podem ter um diferencial de pressão menor entre a de operação ste, porém, sempre respeitando o valor do diferencial de alívio. A pressão de ajuste e a estanqueidade ja não são afetadas pelas variações na pressão de operação. Numa válvula com sede resiliente, a força exercida pela mola sobre o anel que é reduzida quando a de operação se aproxima da pressão de ajuste não afeta a vedação. Exita a ocorrência de erosão na superfície de vedação do bocal quando a pressão de opera liza próxima da de ajuste, impedindo também a ocorrência de simimering quando a válvula opera com os ses. Quando a válvula é instalada próxima de uma fonte de calor, a temperatura irradiada Xe “rial do O-ring, reduzindo sua estanqueidade. A montagem da sede resiliente no disco de vedação é uma característica construtiva que varia de acordo o projeto de cada fabricante. O disco de uma válvula que possui sede resiliente para uma vedação com- imente estanque, a área deste ancl exposta ao fluido de processo fica teduzida pelo retentor do O-ring, ste valor em aproximadamente 15% da área máxima. Assim, os 85% restantes são protegidos por “retentor absorve parte da força exercida pela mola além de manter a integridade da sede leate, não alterando o grau de estanqueidade da válvula. A própria pressão do fluido, em alguns projetos, cida pela mola e aumentando essa estanqueidade até que o valor da pressão de A sede resiliente pode fornecer uma vedação primária ou secundária, nbém dependendo do projeto icante. Ela será secundária quando as superfícies de vedação do disco e bocal forem lapidadas. Nesse o é contida pelas sedes metálicas, se corretamente lapidadas, até 90% da pressão de álvula fechada ),a pressão do proce: Conforme a pressão de ope cão ultrapassa essa porcentagem as forças que mantêm a sede resiliente, melhorando a estanqueidade. O contato mc lico luzídas e o vazamento é impedido pel 274 Válvulas entre disco e bocal também absorve parte da força exercida pela mola sobre a sede resiliente quando pressão no processo ou quando esta é hem inferior à pre: ão de ajuste da válvula. Quando a válvula possui vedação composta por anel O-ring e metal/ metal, um período adicional operação da válvula pode ser dado após o O-rixg ter sido danificado, até que este possa ser substituído. fluido for compressível e contiver particulados sólidos, a velocidade de escoamento dessas partículas acé nha a mesma velocidade do fluido. Superfície de vedação em elastômeros também protege as faces de ved do impacto com esses particulados presentes no fluído, reduzindo os danos causados principalmente na su ie de vedação do bocal. À vedação da válvula é mantida mesmo quando a superfície de vedação do ho danificada por esses particulados. Às válvulas com anel O-rixg são mais tolerantes à presença de partici fluido quando comparadas com as que utilizam sedes metálicas. Em relação ao custo, a manutenção das válvulas que possuem sede resiliente é mais barata e mais do que naquelas com sede metálica, principalmente quando o O-ring proporciona uma vedação primá não há a necessidade de lapidação das sedes metálicas. Os próprios fabricantes permitem uma com rápida da sede metálica em resiliente apenas pela substituição do disco, retentor, parafusos de fix: retentor e anel O-ring, As válvulas que possuem esse tipo de vedação permitem manter sua estanqueidade mesmo aj operação, assim que sua pressão de fechamento é alcançada. Naquelas com sedes metálicas, a vedação somente abaixo de sua pressão de fechamento. O ajuste do anel inferior, nas válvulas que possuem sede resiliente, só deve ser finalizado após a pi de ajuste requerida pelo processo ter sido calibrada. Alguns dos fatores que limitam a seleção de uma válvula de segurança e/ou alívio, independente dave ser metálica ou resiliente, são: a pressão, a temperatura, o volume, o tipo e o grau de corrosão do fluido. A figura 15.2 mostra o conjunto de internos de uma válvula de segurança e/ou alívio com w resiliente no disco. 12 Parafuso trava do retentor / A 1 Parafuso do anel 2 10 Anel O-ring Figura 15.2 — Internos com vedação resiliente (Cortesia: Hiter & Crosby do Brasil) d 
