Válvula de Alívio de Pressão: Como Protege Sistemas Industriais

Descobrindo o dispositivo de segurança usado na maioria das indústrias para controle de fluxo de pressão: a válvula de alívio de pressão. É equipamento obrigatório na indústria para controlar vasos superpressurizados.

Uma válvula de alívio de pressão é um dispositivo de segurança projetado para proteger sistema pressurizado durante ocorrência de superpressão na operação. O sistema está amplamente disponível hoje como sistema eletrônico, pneumático e hidráulico. Os diversos tipos servem ao mesmo propósito em diferentes aplicações: válvula de alívio de pressão, válvula de alívio ou válvula de segurança.

Dependendo do tipo de sistema, a fonte de energia pode ser eletricidade ou ar comprimido para operação. Como seu propósito é controlar pressão para que vidas e propriedades estejam seguras, uma válvula de alívio deve ser capaz de servir por longo período e operar em todos os momentos. Um operador profissional com experiência deve estar a cargo para garantir funcionamento adequado, pois não há margem para erro.

Hoje veremos definição, funções, aplicações, funcionamento, tipos, componentes, considerações, benefícios e limitações da válvula de alívio de pressão.

O que é Válvula de Alívio de Pressão?

Válvula de alívio de pressão ou válvula de alívio é tipo especial de sistema de válvula de segurança usado para controlar ou limitar pressão em sistema. Pode ser controlada manual ou automaticamente a partir de vaso pressurizado ou sistema de tubulação. O fluido ou gás pressurizado é descarregado para reservatório ou atmosfera para aliviar pressão acima da pressão máxima de trabalho admissível (MAWP - Maximum Allowable Working Pressure).

O propósito primário é proteger vasos de pressão ou sistema de falha catastrófica. Falha catastrófica pode ser desastrosa durante evento de superpressão, podendo ser líquido ou gasoso.

Este dispositivo é amplamente usado em indústrias petroquímica, refino de petróleo, fabricação química. Indústrias de processamento de gás natural, geração de energia e abastecimento de água também fazem bom uso. Embora geralmente conhecida como válvula de alívio, dependendo da aplicação pode ser chamada: válvula de alívio de pressão (PRV), válvula de segurança de pressão (PSV) ou válvula de segurança. Note que projeto e operação destas válvulas são ligeiramente diferentes.

Princípio de Funcionamento

O funcionamento é complexo mas compreensível. Consiste de esfera, poppet ou carretel (spool) opostos por mola colocados em cavidade ou corpo portado. Sistema hidráulico frequentemente usado para limitar pressão do fluido na parte do circuito onde instalados.

O poppet é disco ou objeto cônico montado em assento de máquina oposto. Se forçado fechado pela pressão da mola, vazamento muito baixo. O carretel (spool) é haste cilíndrica de aço usinado com ranhuras de medição, também parado por pressão da mola. Vaza mais que válvula poppet mas oferece efeitos de medição superiores.

Válvula de alívio frequentemente instalada em sistema hidráulico após a bomba pois fornece resposta direta, eficaz e rápida quando abre para drenar fluido excedente ao reservatório. Fluido pode ser líquido, gás ou mistura. Reduz pressão igual ao ajuste da mola. O dispositivo abre quando pressão causada por contrapressão ou downstream é alta o suficiente para forçar poppet ou carretel contra sua mola.

No funcionamento, fluido excessivamente pressurizado tem caminho aberto para tanque para reduzir pressão na porta de trabalho. Assim que pressão do fluido começa a subir, força é aplicada ao fundo do carretel ou poppet. Permite válvula abrir modestamente no início, drenando pouco fluido conforme necessário para manter pressão downstream. Se pressão downstream continuar subindo, força sobre poppet ou carretel empurra-o mais contra a mola até equilíbrio entre força da mola e força hidráulica.

Vídeo: Como Funciona Válvula de Alívio

[Vídeo demonstrativo]

A subida de pressão resulta de combinação de pressão de carga, contrapressão e energia para fluir através da própria válvula. A força inicial do fluido vence a força de assento da mola pela pressão de abertura (cracking pressure). Conforme válvula flui mais fluido ao tanque, taxa de subida de pressão é segura pois forças do fluido pressurizado contrapõem taxa de compressão da mola. Se válvula quase totalmente aberta, subida de pressão aumenta novamente pois válvula abre totalmente devido a forças de fluxo.

À medida que operação ou contrapressão diminui, válvula começa a fechar. Fechamento ocorre em taxas diferentes da abertura. Diferença entre curvas de abertura e fechamento é chamada histerese, indicativa da qualidade de construção. Válvulas de alta qualidade com construção avançada permitem menor subida de pressão com melhor histerese.

Tipos de Válvula de Alívio de Pressão

Três tipos básicos:

Convencional a Mola (Conventional Spring Loaded)

Contém capô, mola e guia no fluido liberado. Sua pressão de alívio: contrapressão diminui pressão de ajuste se capô ventilado à atmosfera. Se capô ventilado internamente à saída, contrapressão do sistema aumenta pressão de ajuste. Usado em serviços não corrosivos e onde contrapressão < 10% do ponto de ajuste.

Balanceado a Mola (Balanced Spring Loaded)

Projetado para proteger capô, mola e guia do fluido liberado e reduzir efeitos de contrapressão. Área do disco ventilada à atmosfera e outro disco exposto à contrapressão. Disco ventilado igual ao exposto. Usado em serviços corrosivos/sujos e contrapressão variável.

Operado por Piloto (Pilot Operated)

Controlado por piloto de pressão auxiliar. Força de resistência no pistão na válvula principal alcançada pela pressão durante operação através de orifício. Força líquida de assento no pistão aumenta conforme pressão do processo aproxima-se do ponto de ajuste.

Outros Tipos com Design Diferente:

Válvula de Segurança (Safety Valve)

Válvula de alívio que opera por pressão estática de entrada e projetada para abrir rapidamente com ação pop. Amplamente usada para ar e vapor. Duas formas:

• Baixo levantamento: disco levanta automaticamente de forma que posição determina área de descarga real
• Pleno levantamento: disco também levanta automaticamente mas área de descarga não determinada pela posição do disco

Válvula de Alívio (Relief Valve)

Dispositivo de alívio de pressão com pressão estática de entrada. Elevação gradual geralmente proporcional ao aumento de pressão sobre pressão de abertura. Adequada para sistema de descarga fechada pois enclausurada em carcaça de mola.

Válvula de Segurança e Alívio (Safety Relief Valve)

Caracterizada por abertura rápida ou ação pop. Também abre proporcionalmente ao aumento de pressão sobre pressão de abertura baseada na aplicação. Usada para líquido ou fluido compressível. Tipos comuns: convencional e balanceado (explicados acima).

Válvula de Alívio Atuada por Potência (Power-Actuated PRV)

Contém dispositivo de alívio unido e controlado por dispositivo requerendo fonte externa de energia.

Válvula de Alívio Atuada por Temperatura (Temperature-Actuated PRV)

Pode ser atuada por temperatura externa/interna ou por pressão no lado de entrada.

Válvula de Alívio de Vácuo (Vacuum Relief Valve)

Dispositivo que admite fluido para evitar vácuo interno excessivo. Projetada para fechar novamente para evitar fluxo adicional após condições normais restauradas.

Componentes de uma Válvula de Alívio

[Lista de componentes principais: corpo, tampa, mola, poppet/carretel, assento, haste, alavanca de teste, etc.]

Considerações na Seleção de Válvula de Alívio

• Considerações de projeto: tamanho, material, produto, complexidade
• Carga de alívio individual determinada
• Causas de superpressão
• Tipos de dispositivos de alívio e características para melhor opção
• Seleção de dispositivos apropriados para cargas impostas: pressão de ajuste, contrapressão, válvula dual, múltiplas válvulas
• Considerações de instalação
• Tubulação de entrada e descarga
• Forças reativas
• Considerações de tubulação de cauda
• Ciclagem rápida
• Chatter ressonante (perda excessiva na tubulação de entrada na entrada da válvula)
• Considerações de descarga líquida

Em conclusão, válvula de alívio de pressão é dispositivo de segurança no mundo industrial para salvar vidas e propriedades. Vimos tipos, componentes, funcionamento e considerações de seleção.

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