TÉCNICO(A) DE MANUTENÇÃO JÚNIOR -

CALDEIRARIA
Desenho técnico. Sistemas da qualidade.
Organização do trabalho e normas técnicas.
Tubulações e Acessórios; - Equipamentos
Estáticos –
Vasos de Pressão, Fornos, Caldeiras, Tanques,
Trocadores de Calor. Soldagem. Metalurgia,
metalografia e tratamentos térmicos. Ensaios
de materiais. Resistência dos materiais.
Metrologia. Tecnologia Mecânica. Materiais de
construção mecânica. Ajustagem e controle
geométrico. Segurança do trabalho.
Equipamentos Estáticos
Sumário
1 TUBULAÇÕES ACESSÓRIOS/LIGAÇÕES . 7 1.1
Tubulações . 7 1.2 Classificação dos Tubos . 7 1.3 Uso dos
Principais Tipos de Tubos . 7 1.3.1 Tubos de Aço Carbono .
7 1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável . 7 1.3.3 Tubos
de Materiais Metálicos não Ferrosos . 7 1.4 Diâmetros
Comerciais . 7 1.5 Espessuras de Paredes dos Tubos . 7
1.6 Acessórios/ligações . 8 1.6.1 Acessórios de Tubulações
. 8 1.6.2 Ligações de Tubulações . 9 1.6.3 Isolamento
Térmico de Tubulações . 10 2 VÁLVULAS . 11 2.1
Definição . 11 2.1.1 Classificação e Principais Tipos de
Válvulas . 11 2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em
apenas uma direção . 11 2.1.3 Válvulas que controlam a
pressão a montante ou Válvulas de segurança, alívio e
contra pressão . 11 2.1.4 Válvulas que controlam a pressão
a jusante ou Válvulas redutoras e reguladoras de pressão .
11 2.2 Principais Componentes das Válvulas . 11 2.2.1
Corpo de Válvula . 11 2.2.2 Castelo . 12 2.2.3 Mecanismos
Internos e Gavetas . 13 2.2.4 Meios de Operação de
Válvulas . 13 2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo e
Válvulas . 14 2.3.1 Detalhes Particulares de cada Tipo e
Válvulas . 14 2.3.1 Válvula de Gaveta . 14 2.3.2 Válvula
Macho . 15 2.3.3 Válvula Globo . 16 2.3.4 Válvulas de
Controle . 17 2.3.5 Válvula Borboleta . 17 2.3.6 Válvulas de
Diafragma . 18 2.3.7 Válvulas de retenção . 18 2.3.8
Válvulas de Segurança e de Alívio . 19 3 PURGADORES .
20 3.1 Introdução . 20 3.1.1 Remoção do Condensado . 20
3.2 Tipos . 20 3.2.1 Purgador de Bóia . 20 3.2.2 Purgador
de Panela Invertida . 21 3.2.3 Purgador Termostático de
Fole . 21 3.2.4 Purgador Termodinâmico . 21 3.3 Tabela
Comparativa para Purgadores . 22 3.4 Outros Dispositivos
Separadores . 23 3.5 Filtros para Tubulações . 23 3.5.1
Filtros Provisórios e Permanentes . 24 4 PERMUTADORES
DE CALOR . 25 4.1 Introdução . 25 4.2 Descrição Geral .
26 4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos . 26 4.2.2
Permutador de tampa flutuante . 28 4.2.3 Permutador de
Tubos em U . 28 4.3 Materiais Usados em Permutadores
de Calor . 28 4.4 Escolha do Fluido . 29 4.5 Instrumentação
do Permutador de Calor . 29 4.6 Operação . 29 4.6.1
Normas de Operação . 29 4.6.2 Causas de Perda de
Eficiência . 30 4.7 Manutenção . 30 4.7.1 Limpeza . 30
4.7.2 Testes de Pressão . 30 4. 8 Componentes dos
Trocadores . 31 4.8.1 Componentes . 31 5 TANQUES . 32
5.1 Finalidade . 32 5.2 Classificação quanto à função . 32
5.2.1 Tanques de Armazenamento . 32 5.2.2 Tanques de
Resíduo . 32 5.2.3 Tanques de Mistura . 32 5.3
Classificação quanto ao tipo de teto . 32 5.3.1 Tanques de
Teto Fixo . 32 5.3.2 Tanques de Teto Flutuante . 32 5.4
Acessórios . 33 5.4.1 Respiração . 33 5.4.2 Válvula de
Pressão e Vácuo . 33 5.4.3 Agitador . 33 5.4.4 Sistema de
Aquecimento . 33 5.4.5 Isolamento Térmico . 33 5.4.6
Sistema de Medição . 33 5.5 Diques . 33 6 TORRES . 34
6.1 Finalidades . 34 6.2 Tipos . 34 6.2.1 Torre de
Bandejas . 34 6.2.2 Bandejas com Borbulhadores . 35 6.2.3
Bandejas Valvuladas . 35 6.2.4 Bandejas Perfuradas . 35
6.2.5 Bandejas Gradeadas . 36 6.2.6 Panelas . 36 6.3
Torres Recheadas . 36 6.3.1 Recheios . 37 6.3.2 Suporte
de Recheio . 37 7 FORNOS . 38 7.1 Utilização (dos fornos
nas plantas de processo de petróleo) . 38 7.2
Características gerais dos fornos . 38 7.3 Classificação
geral dos fornos . 38 7.3.1 Quanto à utilização . 38 7.4
Fornos Reatores . 39 7.4.1 Reformadores para unidades de
hidrogênio e amônia . 39 7.4.2 Fornos de pirólise . 39 7.4.3
Quanto ao aspecto construtivo . 39 7.4.4 Cilindro vertical
em seção de convecção . 39 7.4.5 Cilíndrico vertical com
seção de convecção horizontal . 40 7.4.6 Tipo de cabine
com tubos horizontais . 40 7.4.7 Tipo Caixa com câmara de
Combustão Independente . 40 7.4.8 Tipo Caixa com
Queimadores nas Paredes . 41 7.4.9 Tipo Cabine com Altar
. 41 7.5 Estrutura e carcaça metálica . 41 7.6 Refratários .
41 7.7 Tubos . 42 7.7.1 Tubos de radiação . 42 7.7.2 Tubos
de Convecção . 42 7.8 Curvas e cabeçote de retorno . 42
7.9 Suportes dos tubos . 42 7.10 Queimadores . 42 7.11
Chaminé e abafadores . 43 7.12 Sopradores de fuligem /
ramonadores . 43 8 CALDEIRAS . 44 8.1 Considerações
gerais . 44 8.2 Classificação das caldeiras . 44 8.2.1
Caldeiras Flamotubulares . 44 8.2.2 Caldeiras
Aquotubulares . 45 8.2.3 Classificação quanto à tiragem .
45 8.2.4 Classificação quanto à circulação . 45 8.3
Elementos principais de uma caldeira . 45 8.3.1 Tubulão de
vapor . 45 8.3.2 Tubulão de água . 46 8.3.3 Feixe
convectivo . 46 8.4 Paredes de água . 46 8.5
Superaquecedores . 46 8.5.1 Generalidades . 46 8.5.2
Tipos . 46 8.5.3 Fatores de influência operacional . 47 8.6
Pré-aquecedores . 47 8.6.1 Generalidades . 47 8.6.2
Classificação . 47 8.6.3 Corrosão . 47 8.7
Economizadores . 47 8.8 Queimador . 48 8.8.1 Queimador .
48 8.8.2 Distribuidor de ar . 48 8.8.3 Queimador de óleo
combustível . 48 8.9 Ramonador (ou soprador de fuligem) .
48 8.10 Internos do Tubulão . 49 8.10.1 Separadores de
vapor . 49 8.10.2 Ciclones . 49 8.11 Válvulas . 49 8.11.1
Válvulas de Bloqueio . 49 8.11.2 Válvula de Retenção . 49
8.11.3 Válvulas de Controle . 49 8.11.4 Válvulas de
Segurança . 49 8.11.5 Válvulas de purga de superfície . 49
8.11.6 Válvulas de purga de fundo . 50 8.11.7 Válvulas de
vent . 50 8.12 Termos usuais em trabalhos de caldeiras . 50
6
Equipamentos Estáticos
Tubulações Acessórios/Ligações
1.1 Tubulações
Tubulações são condutos fechados destinados ao
transporte de fluidos. As tubulações são constituídas de
tubos de tamanhos padronizados, colocados em série.
Usam-se tubulações para o transporte de todos os fluidos,
materiais pastosos, líquidos e gasosos. Na prática, são
chamados de tubos, somente os condutos rígidos. Os
condutos flexíveis recebem a denominação de tubos
flexíveis, mangueiras ou mangotes.
1
1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável
São usados para serviços especiais tais como fluidos
corrosivos, fluidos à altas temperaturas, etc. Os elementos
de liga mais usados são: Cr e Mo, para altas temperaturas
e Ni para baixas temperaturas.
1.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não Ferrosos
São usados geralmente para fins específicos, que
envolvem pequenos diâmetros (ar de instrumento, tubos de
permutador, entre outros).
1.2 Classificação dos Tubos
Os tubos podem ser classificados em metálicos ou não
metálicos. a) Tubos Metálicos Ferrosos: Aço Carbono; Aço
Liga (à base de Cr, Mo Ni, Si); Aço inoxidável; Ferro
Fundido; Ferro Forjado. b) Tubos Metálicos não Ferrosos:
Cobre e ligas de cobre (latão, bronze); Alumínio; Chumbo;
Níquel; Outros metais; etc. c) Tubos Não Metálicos:
Cimento-amianto; PVC; Borracha; Concreto; Vidro;
Plástico; etc.
1.4 Diâmetros Comerciais
Os tubos são identificados por um número chamado
diâmetro nominal (DN). A unidade é a polegada (símbolo:
"). Uma polegada equivale a 2,54 cm. De DN 1/8" até 12",
esse valor não corresponde a nenhuma dimensão física
dos tubos; e de DN 14" a 36" o diâmetro nominal coincide
com o diâmetro externo (D. Ext.) dos tubos. Assim, o valor
fixo dos tubos de 1/8" a 12" é o diâmetro externo, sempre
maior que o diâmetro nominal. Exemplo: DN 4" DN 8"
D. Ext. = 4,5" D. Ext. = 8,6"
Acima de 30", os tubos são padronizados, fabricados com
costura, sob encomenda.
1.5 Espessuras de Paredes dos Tubos
Para cada um dos diâmetros nominais, fabricam-se tubos
com diversas espessuras de parede. Esta espessura é
padronizada e recebe o nome de Schedule (Sch). Quanto
mais alto o Sch, maior será a espessura da parede do tubo.
7 Exemplo:
DN 8" DN 8"
D. Ext. = 8,6" Sch 40 = 0,32" D. Ext. = 8,6" Sch 80 = 0,5"
1.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos
1.3.1 Tubos de Aço Carbono
Representam a maior parte das tubulações utilizadas na
refinaria. São usados para transferir hidrocarbonetos,
vapor, água, gases, etc. Suas limitações são, no que diz
respeito, a produtos químicos corrosivos e ao fator
temperatura.
Equipamentos Estáticos
Conclusão do exemplo: como o D. Ext. é fixo (8,6") para
um mesmo DN (8"), então ao aumentarmos o n. de
schedule a espessura de pareº de aumenta e
conseqüentemente o diâmetro interno diminui. (.1).
Sch. D. Ext. D. Int.
Curva 90
Curva 90 com pé
Curva 45
.2 Acessórios flangelados.
.1 Espessura de parede de tubos.
Existem tubos para outras finalidades que não
simplesmente o transporte de fluidos. São os tubos usados
em permutadores, fornos, caldeiras, etc, que servem
também para aumentar a área de troca de calor. Exigem,
na maioria dos casos especificações especiais. Para esses
tubos, o diâmetro externo corresponde ao diâmetro nominal
(DN), e a espessura de parede que varia grandemente, é
designada pela própria medida de espessura em mm,
décimo de polegada, entre outras unidades. Exemplo: Tubo
DN 3/4" Tubo DN 2"
Curva 90 Raio Longo
Curva 45
.3 Acessórios para solda do topo.
Cruzeta .4 Acessórios flangelados.
Tê
D. Ext. = 3,4" D. Ext. = 2"
Sela Tê
1.6 Acessórios/ligações
1.6.1 Acessórios de Tubulações
Os acessórios de tubulações são os meios utilizados para
conectar tubos, válvulas, outros acessórios e
equipamentos. Além de ligar, os acessórios servem
também para mudar a direção, variar o diâmetro da
tubulação, fazer derivações, interromper ligações, etc. Os
acessórios podem ser soldados, rosqueados ou
flangelados. Classificam-se conforme sua função nas
tubulações: a) Para mudar a direção em tubos, usa-se: (.2
e 1.3) Curvas de raio longo: 45º, 90º; Curvas de raio curto:
45º, 90º; Joelhos de 45º e 90º. b) Para derivação em tubos:
(.4 e 1.5) T normal; Selas; Cruzetas. c) Para variar o
diâmetro em tubos: (.6 e 1.7) Redução concêntrica;
Redução excêntrica. 8 d) Para ligações de tubos entre si:
(.8 e 1.9) Luvas; Uniões; Flanges.
.5 Acessórios para solda do topo.
Redução .6 Acessório flangelado.
Redução Concêntrica
Redução Excêntrica
.7 Acessórios para solda do topo.
Solda Luva soldada
Luva rosqueada Tubo
.8 Ligações rosqueadas e ligações soldadas.
Equipamentos Estáticos Tubo Tubo União soldada Porca
União rosqueada Porca Solda
f) Para isolar trechos de tubulações e equipamentos;
Raquetes; (.13) Figuras-Oito. (.14)
Flanges
Tubo
Porca Parafuso Tubo
Solda Junta .13
Raqueta Lado cheio Lado vazado
.9 Ligações rosqueadas e união flangelada.
e) Para fechar a extremidade de um tubo: CAP; (.10.)
Bujões; (.11.) Flanges cegos. (.12.)
.14
1.6.2 Ligações de Tubulações
a) Ligações Rosqueadas (.4) É um dos métodos mais
antigos para ligação de tubulações, pois é de baixo custo e
fácil execução. Sua utilização é limitada a tubos de
pequenos diâmetros (até 4") e para ligações de baixa
pressão. b) Ligações Soldadas (.5) É o sistema mais usado
para a ligação de tubos, acima de 2", para aços de
qualquer tipo e metais não ferrosos soldáveis. Para a
execução das soldas existem normas que regulamentam o
tipo de eletrodo, o tipo de inspeção, o tratamento térmico,
etc.
.11 Bujão (cabeça quadrada)
Cap .10 Acessório para solda do topo.
Flange cego Tubo
Junta de vedação
c) Ligações Flangeadas (.6) As ligações flangeadas
compreendem, normalmente, dois (02) flanges, jogo de
parafusos, porcas e uma junta. São ligações facilmente
desmontáveis, empregadas em uma série de situações,
tais como: acoplar tubulação a uma válvula; acoplar
tubulações aos equipamentos; permitir montagens e
desmontagens fáceis. Existem diversos tipos de flanges.
Os mais 9 usuais são: de pescoço, integral, sobreposto,
rosqueado, de encaixe, cego, etc. Quanto à face, pode-se
ter: face lisa, com ressalto, macho e fêmea, etc.
Parafuso .12 Flange cego.
Porca
Equipamentos Estáticos
Os flanges, confeccionados de material forjado, podem ser
classificados segundo a pressão nominal de projeto. As
classes de pressões para flanges são: 125, 150, 300, 400,
600, 900, 1.500 e 2.500 lbs/pol2. Os flanges mais usados
em refinaria correspondem às classes de 150 e 300
lbs/pol2. As dimensões dos flanges (espessura, n. º de
parafusos, diâmetro externo) variam com as classes de
pressão. Em todas as ligações com flanges, existe sempre
uma junta que é o elemento de vedação. O material da
junta deverá ser deformável e elástico, para compensar as
irregularidades das faces dos flanges, estratégia que
confere vedação perfeita. Deverá também ser especificado,
visando suportar as variações de temperatura e pressão.
Existem diversos tipos de juntas. As mais comuns na
refinaria são: Espirotálicas: Juntas planas com espiral
metálico recheado de amianto. São usadas para fluidos à
altas temperaturas, situação em que um vazamento torna-
se extremamente perigoso. Nitripak: Juntas planas,
fabricadas com papelão recheado de tela metálica. Usadas
para fluidos à alta pressão e a baixas temperaturas.
Papelão grafitado: Juntas planas fabricadas com papelão e
grafite. Usadas para fluídos à baixa pressão e baixa
temperatura.
Anotações
1.6.3 Isolamento Térmico de Tubulações
Os isolamentos térmicos, com freqüência, têm por
finalidade, reduzir as trocas de calor do tubo para o meio
ambiente, ou vice-versa. São constituídos, geralmente, de
material à base de cálcio ou lã de rocha. Os isolamentos
térmicos podem ser utilizados por duas razões, com
finalidades específicas diferentes: a) Motivo Econômico As
perdas de calor de um fluido para o exterior, representam
um desperdício da energia empregada no aquecimento. A
utilização de isolamento térmico resulta, portanto, em
economia de energia. b) Proteção Pessoal O isolamento
térmico pode também ser necessário para evitar
queimaduras caso o operador encoste-se na tubulação, ou
ainda, em algumas situações, para evitar o desconforto da
excessiva irradiação de calor.
10
Equipamentos Estáticos
Válvulas
2.1 Definição
Válvulas são dispositivos usados para estabelecer,
controlar e interromper a passagem de fluidos em
tubulações. Dentro deste conceito global, as válvulas
podem ter, no entanto, funções e características
específicas que permitem uma classificação segundo seu
emprego.
2
2.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusante
São também conhecidas como válvulas redutoras e
reguladoras de pressão
2.2 Principais Componentes das Válvulas
2.2.1 Corpo de Válvula
O corpo ou carcaça é a parte da válvula que se conecta à
tubulação e contém o orifício de passagem do fluido. As
válvulas são peças sujeitas à manutenção e, por isso,
devem ser, em princípio, facilmente desmontáveis. Tanto
as válvulas rosqueadas, como as flangeadas obedecem a
este conceito. No entanto, com o desenvolvimento dos
processos de solda, passaram também a ser empregadas
válvulas com extremidades para solda de soquete e para
solda de topo. A desmontagem dessas válvulas é bem
mais difícil, mas em compensação, não há riscos de
vazamentos na tubulação. São os seguintes os principais
casos de emprego de cada tipo de extremidade em
válvulas: a) Extremidades flangeadas Sistema usado em
quase todas as válvulas, de qualquer material, empregado
em tubulações industriais de mais de 2". (.1)
Volante Pino graxeiro Haste
2.1.1 Classificação e Principais Tipos de Válvulas Válvulas
que controlam o fluxo em qualquer direção
a) Válvulas de Bloqueio São aquelas que se destinam,
primordialmente, a estabelecer ou interromper o fluxo, ou
seja, devem só funcionar completamente abertas ou
completamente fechadas. Tipos mais usados: válvula
gaveta; válvula macho; válvula esfera. b) Válvulas de
Regulagem de Fluxo Destinam-se para o controle de fluxo
e podem, devido a isto, trabalhar em qualquer posição.
Tipos mais usados: válvula globo; válvula agulha; válvula
de controle; válvula borboleta; válvula de diafragma.
2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenas uma
direção
a) válvula de retenção de portinhola; b) válvula de retenção
tipo plug; c) válvula de retenção de esfera; d) válvula de pé.
Sobreposta Gaxetas Castelo Flangeado Corpo Flange
Gaveta
11
2.1.3 Válvulas que controlam a pressão a montante
São também conhecidas como válvulas de segurança,
alívio e contra pressão
Sede .1 Válvula gaveta.
Equipamentos Estáticos
b) Extremidades para solda de soquete Sistema usado,
principalmente, em válvulas de aço, de menos de 2", em
que a solda de topo é ineficiente. c) Extremidades
rosqueadas Sistema usado em válvulas menores de 4" em
tubulações que não conduzem fluidos corrosivos ou
venenosos. d) Extremidades para solda de topo Sistema
usado em válvulas de aço, de mais de 2", em serviços com
pressões muito altas ou com fluidos em que se exija
eliminação absoluta do risco de vazamento.
b) Castelo preso ao corpo por uma porca solta de união
Usado para válvulas pequenas, de alta pressão. Permite
uma vedação bem melhor que o castelo rosqueado. Esta
válvula deve ser de boa qualidade (Figuras 2.2 e 2.3).
Volante Haste c/ rosca externa Sobreposta
Castelo aparafusado Tampão Sede
2.2.2 Castelo
O castelo é a parte da válvula que suporta e contém as
peças móveis de controle de fluxo. O castelo é fixado ao
corpo de maneira a permitir rápida desmontagem e fácil
acesso ao interior da válvula. São três os meios usuais de
ligação do castelo ao corpo: a) Castelo e corpo rosqueados
É o sistema mais barato, usado apenas em pequenas
válvulas de baixa pressão (.2).
Volante Sentido de fluxo
.3 Válvula globo.
c) Castelo aparafusado Sistema usado para válvulas
grandes sob qualquer pressão, por ser mais robusto e
permitir melhor vedação (Figuras 2.4 e 2.5).
Volante
Porca de aperto Sobreposta Gaxetas Sobrecastelo Haste
com roca externa Sobreposta Castelo Rosqueado Haste c/
rosca interna Castelo aparafusado Corpo Gaveta Extremos
rosqueados Gaveta Sedes Junta Corpo Gaxetas
12
Flanges
.2 Válvula gaveta castelo rosqueado.
.4 Válvula gaveta castelo aparafusado.
Equipamentos Estáticos Alavanca de operação
c) Operação automática: pelo próprio fluido; por meio de
molas ou contrapesos. Para operação manual, empregam-
se volantes e alavancas em válvulas de até 12". Para
válvulas maiores, usam-se os sistemas de engrenagem e
parafuso sem fim, com o objetivo de suavizar a operação.
Volante Engrenagens de redução
Guia da alavanca Haste deslizante Gaxeta Castelo
aparafusado
Gaveta Flange .5 Válvula de fecho rápido. Castelo
2.2.3 Mecanismos Internos e Gavetas
O mecanismo móvel interno da válvula (haste e peças de
fechamento) e a sede chamase trim da válvula. São as
peças mais importantes da válvula, geralmente, feitas de
materiais de melhor qualidade do que os da carcaça,
porque estão sujeitas a grandes esforços e à forte
corrosão. Devem ter também uma usinagem cuidadosa
para que a válvula tenha fechamento estanque. Na maioria
das válvulas, a haste atravessa o castelo, indo para fora do
corpo. Para evitar vazamento pela haste, existem gaxetas
convencionais com porca de aperto, ou, mais raramente,
sistemas especiais de vedação como retentores, foles,
entre outros. Quando a haste é rosqueada (como acontece
na maioria das válvulas), a rosca deve, de preferência,
estar por fora da gaveta, por ser um sistema de construção
mais barato.
Flange .6 Válvula gaveta com redução de engrenagens.
Para a operação manual de válvulas situadas fora do
alcance do operador, utilizam-se volantes ou alavancas
com correntes, ou ainda hastes de extensão (.7).
a) Válvula acima do operador
Volante para corrente Volante
2.2.4 Meios de Operação de Válvulas
Há uma variedade muito grande de sistemas usados para a
operação de válvulas: a) Operação manual, por meio de:
volante; alavancas; engrenagens; (.6) parafusos sem fim;
etc. b) Operação motorizada: hidráulica; pneumática;
elétrica.
Piso de operação
Haste de extensão
b) Válvula abaixo do operador
13
.7 Válvulas com volante com corrente e com haste de
extensão.
Equipamentos Estáticos
A operação motorizada é empregada apenas nos seguintes
casos: Em válvulas comandadas à distância; Em válvulas
situadas em posições inacessíveis; Em válvulas muito
grandes, cuja operação manual seja difícil. Nos sistemas
de operação motorizada, hidráulica ou pneumática, a haste
da válvula é comandada por um êmbolo ou um diafragma,
sujeito à pressão de um líquido ou ar comprimido. O
comando hidráulico, mais raro na prática do que o
comando pneumático, é usado quase somente, para
válvulas muito grandes.
Conexões para o líquido acionador
2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas
2.3.1 Válvula de Gaveta
É o tipo de válvula mais importante e de uso mais
generalizado. São utilizadas principalmente nos serviços de
bloqueio nas linhas de água, óleos e líquidos em geral
(desde que não sejam muito corrosivos ou voláteis), para
quaisquer diâmetros, e também para o bloqueio de vapor e
ar em linhas de diâmetro acima de 8". Em todos estes
serviços, as válvulas de gaveta são usadas para qualquer
pressão ou temperatura (.1). O fechamento dessas válvulas
é feito pelo movimento de uma peça chamada gaveta, que
se desloca paralelamente ao orifício da válvula e
perpendicularmente ao sentido de escoamento do líquido.
Quando completamente abertas, a perda de carga causada
por este tipo de válvula é desprezível. Apenas devem
trabalhar completamente abertas ou completamente
fechadas, isto é, são válvulas de bloqueio e não de
regulagem. Quando parcialmente abertas, causam
laminagem da veia fluida, acompanhada de cavitação e
violenta erosão. Observa-se que as válvulas gaveta são
sempre de fechamento lento, sendo impossível fechá-las
instantaneamente: o tempo necessário para o fechamento
será tanto maior quanto maior for a válvula. Essa é uma
grande vantagem das válvulas gavetas, porque, desta
maneira, pode-se controlar o efeito dos golpes de ariete. As
válvulas gaveta dificilmente dão um fechamento
absolutamente estanque. Por outro lado, na maioria das
aplicações práticas, tal fechamento não é necessário. A
gaveta das válvulas pode ser em cunha ou paralela. As
gavetas de cunha são de maior qualidade e dão, devido a
ação da cunha, um fechamento mais seguro do que as
gavetas paralelas, embora sejam de construção e
manutenção mais difícil. Emprega-se, nas válvulas gaveta,
três sistemas diferentes de movimentação da haste:
Cilindro Hidráulico
Gaxetas Haste deslizante
Gaveta .8 Válvula comandada por cilindro hidráulico.
A operação motorizada pneumática é o sistema mais usado
nas válvulas comandadas por instrumentos automáticos. É
preciso não confundir válvulas comandadas por
instrumentos automáticos com válvulas de operação
automática. Existem dois sistemas de operação motorizada
elétrica de uso corrente: Motor elétrico, acionando o volante
da válvula por meio de engrenagens de redução. Este
sistema é usado apenas em válvulas de grande tamanho
para tornar a operação mais fácil e mais rápida.
14
Solenóide, cujo campo magnético movimenta, diretamente
por atração, a haste da válvula. Este sistema pode ser
empregado apenas para pequenas válvulas,
freqüentemente por relés elétricos ou instrumentos
automáticos.
Haste ascendente com rosca externa
É o sistema usado nas válvulas grandes e de boa
qualidade. A haste tem apenas movimento de translação e
o volante, preso ao castelo por uma porca fixa, apenas
movimento de rotação. A rosca da haste é externa à
válvula
Equipamentos Estáticos
estando, assim, livre, do contato com o fluido. A extensão
da haste acima do volante dá uma indicação visual
imediata da posição de abertura ou de fechamento da
válvula, sendo esta a principal vantagem do sistema (.4).
Variantes das válvulas gavetas
Uma variante da válvula gaveta é a válvula de fecho rápido.
Nessas válvulas, a gaveta é manobrada por uma alavanca
externa fechando-se com um movimento único da alavanca
(.5).
Haste ascendente com rosca interna
É a disposição mais usual em válvulas pequenas e também
em válvulas grandes de qualidade inferior. A haste, dentro
da válvula, juntamente com o volante, tem movimentos de
translação e rotação. Não há indicação visual da posição
de abertura ou fechamento (.2).
2.3.2 Válvula Macho
Aplica-se, principalmente, nos serviços de bloqueio de
gases para qualquer diâmetro, temperatura ou pressão e
também no bloqueio rápido de água, vapor e líquidos em
geral para pequenos diâmetros e baixas pressões (.9).
Engraxadeira Alavanca de manobra
Haste não ascendente
A haste, juntamente com o volante tem apenas movimento
de rotação. Somente a gaveta da válvula que se atarraxa
na extremidade da haste, tem movimento de translação. É
um sistema barato, de construção fácil, usado em válvulas
pequenas de qualidade inferior. Alguns problemas são
característicos durante a operação de válvulas gavetas: Em
caso de alta pressão, é difícil a operação de uma válvula
gaveta. Há casos em que se torna necessário o uso de
chaves apropriadas aplicadas ao volante, há outros em que
a válvula possui um desvio: na abertura ou fechamento da
válvula utiliza-se o desvio para evitar alto diferencial de
pressão na operação. As gaxetas requerem atenção, uma
vez que podem apresentar um pequeno vazamento com o
uso. É importante que sejam reapertadas ou trocadas em
épocas apropriadas. Ao se abrir ou fechar completamente a
válvula, ela pode se trancar. Existe uma pequena folga que
permite inverter ligeiramente o sentido de rotação do
volante sem que se altere a posição da gaveta. Quando a
válvula não está vedando completamente não é boa norma
forçar seu fechamento: as causas podem ser depósitos na
sede, defeito na sede, etc. A operação indevida pode
agravar o problema. Na maioria das vezes, ocorre a quebra
da bucha. Tanto a má lubrificação como o aperto
demasiado das gaxetas podem acarretar dificuldades na
operação da válvula.
Sobreposta Gaxetas Sedes Macho Orifício de passagem
Rasgos de Lubrificação
Válvula macho
Posição aberta
Posição fechada
Cortes em projeção horizontal .9 Válvula macho.
Nessas válvulas, o fechamento é feito pela rotação de uma
peça (macho) existente no interior do corpo da mesma. São
válvulas de fecho rápido, porque bloqueiam com 1/4 de
volta do macho ou da haste. As válvulas macho são,
fundamentalmente, válvulas de bloqueio. Quando
totalmente abertas, a perda de carga é mínima e, quando
parcialmente fechadas, a turbulência impede uma vazão
regularizada. Existem dois tipos gerais de válvulas macho:
com e sem lubrificação. Nas válvulas com lubrificação, há
um sistema de injeção de lubrificantes sob pressão, 15
através do macho, para melhorar a vedação e evitar que o
mesmo fique preso. Essas válvulas são empregadas
geralmente em serviços com gases.
Equipamentos Estáticos
As válvulas sem lubrificação, de boa qualidade, usadas
para gases, têm sedes removíveis, feitas de material
resiliente (teflon, neoprene, etc.), dando ótima vedação
estanque.
Variantes da válvula Macho
Uma das variantes da válvula macho corresponde às
válvulas de esfera. Neste caso, o macho é uma esfera que
gira sobre um diâmetro, deslizando entre anéis retentores.
As vantagens das válvulas de esfera sobre a de gaveta são
o menor tamanho, peso e custo, melhor vedação e menor
facilidade de operação (.10).
Haste Orifício de passagem Alavanca de manobra
bem melhor que as válvulas de gaveta, de forma que é
possível conseguir, principalmente em válvulas pequenas,
um fechamento absolutamente estanque (.3). As válvulas
globo devem ser instaladas de modo que o fluido entre
sempre pela face inferior do tampão. Essa disposição tem a
vantagem de poupar as gavetas, porque a pressão não fica
agindo permanentemente sobre elas e também de permitir,
em muitos casos, o reengaxetamento com a válvula em
serviço.
Variantes de válvula globo
Válvulas Angulares
Engaxetamento
Essas válvulas têm os bocais de entrada e saída a 90 .
Permite perdas de cargas menores que a válvula globo
comum. Devido à posição do orifício de passagem (.12).
Porca de aperto Gaxetas Haste com rosca
Macho (esfera oca)
Anéis retentores .10 Válvula de esfera.
Tampão
Outra variante das válvulas macho são as válvulas de 3 ou
4 vias, onde o macho nesss válvulas é furado em T em L
ou em cruz, dispondo a válvula de 3 ou 4 bocais para
ligação às tubulações (.11)
Macho
Trajetória do fluído .12 Válvula Angular.
Válvula Agulha
O tampão nestas válvulas é substituído por uma peça
cônica agulha, que permite um controle mais delicado da
vazão. É usado em linha até 2 (.13).
Posição aberta Corte em projeção horizontal .11 Válvula de
3 vias.
2.3.3 Válvula Globo
Em válvulas globo, o fechamento é feito por meio de um
tampão que se move contra o orifício da válvula, que,
geralmente, está em posição paralela ao sentido do fluxo.
As vál16 vulas globo podem trabalhar em qualquer posição
e fechamento, isto é, são válvulas de regulagem. Causam,
entretanto, em qualquer posição de fechamento, fortes
perdas de cargas. As válvulas globo dão um fechamento
Castelo de união Porca Agulha
Trajetória do fluido .13 Válvula Agulha.
Sede
Equipamentos Estáticos
Válvula sem sede
É uma variante das válvulas angulares em que o tampão
consiste de um êmbolo que desliza do corpo da válvula.
Estas válvulas são empregadas para a descarga de
caldeiras (.14).
Mola regulável (para abrir a válvula) Admissão de ar
comprimido (para fechar a válvula) Diafragma flexível
Êmbolo Haste Sobreposto
Indicador de posição de abertura
Gaxetas
Retentores Sedes .14 Válvula sem sede. Tampões duplos
balanceados
Válvulas em Y
Essas válvulas apresentam a haste a 45 com o corpo, de
maneira tal que a trajetória da corrente fluida fica quase
retilínea. Em conseqüência disso as perdas de carga ficam
reduzidas um valor mínimo. Essas válvulas são usadas
para bloqueio e regulagem de vapor (.15).
.16 Válvula de Controle.
2.3.5 Válvula Borboleta
Usada para tubulações de grande diâmetro (mais de 20' ),
sujeitas a baixas pressões, sem a exigência de vedação
perfeita. O fechamento da válvula é feio por meio de uma
peça circular que pivota em torno de um eixo perpendicular
ao sentido de escoamento do fluido (.17).
Volante
Tampão
Eixo Trajetória do fluido
Sede .15 Válvula em Y . Corpo
2.3.4 Válvulas de Controle
Essas válvulas são usadas em combinação com
instrumentos automáticos, que as comandam à distância,
para controlar a vazão ou a pressão de um fluido. A válvula
em si é quase semelhante a uma válvula globo sendo
operada, na maioria das vezes, por meio de um diafragma
sujeito à pressão de ar comprimido. Há um instrumento
automático que comada a pressão de ar, que por sua vez
faz variar a posição de abertura da válvula. A operação nas
válvulas de controle é feita, geralmente, pelo diafragma em
um sentido (para abrir ou fechar) e por uma mola regulável
no outro sentido (.16).
Disco
.17 (a) Válvula Borboleta. Alavanca
Fe ch ad o o ert Ab
Flanges da tubulação
17
Corpo da válvula Disco de (entre os flanges) fechamento .
17 (b) Válvula Borboleta.
Equipamentos Estáticos
2.3.6 Válvulas de Diafragma
Muito usadas para fluidos perigosos, corrosivos, tóxicos,
inflamáveis, etc, as válvulas de diafragma não apresentam
gaxetas. Seu fechamento é feito por meio de um diafragma
flexível apertado contra a sede. O mecanismo móvel que
controla o diafragma fica completamente fora do contato
com o fluido (.18).
Volante Haste
Flange de entrada
Tampa
Eixo Flange de saída
Sede
Tampão
.19 Válvula de retenção de portinhola.
Castelo
Tampão
Algumas válvulas desse tipo têm uma alavanca externa,
com a qual a portinhola pode ser aberta ou fechada, à
vontade, quando necessário.
Válvulas de retenção tipo plug
O fechamento da válvula é feito por meio de um tampão,
semelhante ao das válvulas globo, cuja haste desliza em
uma guia interna. Essas válvulas causam perdas de carga
muito grandes e por isso são pouco usadas em linhas de
diâmetro acima de 6' . São adequadas ao trabalho com
gases e vapores (Figuras 2.20).
Tampa Diafragma flexível (aberto) .18 Válvula de
Diafragma. Guia Pino Sede
Posição fechada Sede
2.3.7 Válvulas de retenção
Estas permitem a passagem de fluido apenas em sentido,
fechamento automaticamente, por diferença de pressões
exercidas pelo próprio fluido, se houver tendência à
inversão no sentido de escoamento. São, por isso, válvulas
de operação automática. Um caso típico do uso de válvulas
de retenção é na linha de recalque de bombas em paralelo,
para evitar o retorno do fluido através das bombas paradas.
Outro caso é do uso dessas válvulas na linha de
carregamento de um tanque para evitar um possível
esvaziamento. Existem três tipos principais de válvula de
retenção:
Entrada
Saída
Tampão .20 Válvula de retenção tipo plug.
Válvula de retenção de esfera
São semelhantes às válvulas de retenção tipo plug, sendo
porém, o tampão substituído por uma esfera. É o tipo de
válvula de retenção cujo fechamento é mais rápido. Essas
válvulas, muito boas para fluidos de alta viscosidade, são
fabricadas e usadas apenas para diâmetro de até 2 (.21).
Válvula de retenção de portinhola
É o tipo mais comum de válvula de retenção. Seu
fechamento é feito por uma portinhola articulada, que se
assenta no orifício da vál18 vula. As válvulas de portinhola
não devem ser usadas em tubulações sujeitas a freqüentes
inversões de fluxo, porque, nesse caso, têm tendência a
vibrar fortemente (.19.).
Entrada
Saída
Esfera .21 Válvula de retenção de esfera.
Equipamentos Estáticos
Variantes das válvulas de retenção
Válvulas de pé
São válvulas de retenção especiais para manter a escorva
nas linhas de sucção de bombas. São semelhantes às
válvulas de retenção tipo plug (.22).
Bocal de saída
A construção dessas válvulas é semelhante à das válvulas
globo angulares. O tampão é mantido fechado contra a
sede pela ação de uma mola, com parafuso de regulagem,
ou de um contrapeso externo de posição ajustável. Regula-
se tensão ou posição do contrapeso, de maneira a se ter a
desejada pressão de abertura da válvula (.24).
Pino Guia
Porca de regulagem Mola
Tampão
Bocal de saída
Tampão Sede Grade de entrada Bocal de entrada .24
Válvula de segurança.
.22 Válvula de pé.
Válvulas de retenção e fechamento
São semelhantes às válvulas globo, com tampão capaz de
deslizar sobre a haste. Na posição aberta, funcionam como
válvulas de retenção de levantamento e, na posição
fechada, como válvulas de bloqueio. São usadas nas linhas
de saída de caldeiras (Figuras 2.23).
Haste rosqueada Haste do tampão Tampão Saída
Guia Entrada
.23 Válvula de retenção e fechamento.
As válvulas de mola são as mais comuns. A mola pode ser
interna, dentro do castelo da válvula, ou externa,
preferindo-se esta última disposição para serviços com
fluidos corrosivos, muito viscosos, ou gases liqüefeitos que
possam congelar, prendendo a mola. Essas válvulas são
chamadas de segurança , quando destinadas a trabalhar
com fluidos elásticos (vapor, ar, gases), e de alívio, quando
destinadas trabalhar com líquidos, que são fluidos
incompressíveis. A construção das válvulas de segurança e
de alívio é basicamente a mesma, a principal diferença
reside no perfil das sedes e do tampão. Nas válvulas de
segurança, o desenho desses perfis é feito de tal forma que
a abertura total da válvula ocorra imediatamente após a
pressão de ajuste , e o fechamento repentinamente abaixo
da pressão de ajuste . Nas válvulas de alívio, a abertura é
gradual, atingindo o máximo com 110% a 125% da pressão
de ajuste . As válvulas de segurança costumam ter uma
alavanca externa com a qual é possível fazer-se
manualmente o disparo da válvula para teste.
2.3.8 Válvulas de Segurança e de Alívio
Controlam a pressão à montante, abrindose
automaticamente, quando essa pressão ultrapassa um
determinado valor para o qual a válvula foi ajustada
(pressão de ajuste).
19
Equipamentos Estáticos
Purgadores
3.1 Introdução
Purgadores são equipamentos utilizados para eliminar
condensados das tubulações que transportam vapor ou ar
comprimido. Os bons purgadores além de remover
condensado, removem também o ar e outros gases
incondensáveis que possam existir. O aparecimento de
condensado em tubulações de vapor pode se dar devido à
perda de calor para o meio ambiente, arraste de gotículas,
colocação em operação de determinado trecho de
tubulação fria ou trechos de tubulações bloqueadas. O
aparecimento de condensado em tubulações de ar
comprimido ocorre em conseqüência da condensação da
umidade do ar ou do arraste do óleo de lubrificação dos
compressores.
3
a) Purgadores de bóia; b) Purgadores de panela invertida.
Purgadores Termostáticos Agem por diferença de
temperatura. a) Purgadores de expansão metálica; b)
Purgadores de expansão líquida; c) Purgadores de
expansão balanceada (fole). Purgadores Especiais: a)
Purgadores termodinâmicos; b) Purgadores de impulso.
3.2.1 Purgador de Bóia
Consiste em uma caixa com uma entrada de vapor e uma
saída de condensado. A saída do condensado é fechada
por uma válvula comandada por bóia; quando há
condensado, a bóia flutua e abre a saída do condensado,
que é expulso pela própria pressão do vapor. É necessário
que a força de flutuação da bóia seja suficiente, através
das alavancas, para vencer a pressão do vapor, que tende
a fechar a válvula. Esse purgador tem descarga contínua e
não permite a saída de ar e de outros gases. É empregado
para baixas pressões de vapor (até 35 Kgf/cm2), quando se
deseja descarga rápida e contínua e quando não há
necessidade de eliminação de ar (.1).
Válvula termostática Entrada (vapor + condensado)
3.1.1 Remoção do Condensado
Remove-se o condensado existente nas linhas de vapor
pelas seguintes razões: Conservar a energia do vapor, pois
o condensado