TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Aula 06: 22/03/2012
Tubulações, válvulas e acessórios
6.1. Tubulações
Os tubos são dutos fechados destinados ao transporte de
fluidos, e geralmente são de seção circular.
O termo usado para denominar um conjunto de tubos e
seus acessórios é tubulação ou sistema de escoamento.
O valor da tubulação está entre 30 e 70% do valor total
dos equipamentos de uma indústria, dependendo do tipo
de processo.
Os tubos podem ser fabricados de vários materiais, mas
as tubulações sanitárias são, normalmente, fabricadas em
aço inoxidável austenístico AISI 304 ou AISI 316.
O aço inoxidável austenístico tem em sua composição
maior quantidade de cromo que os ferríticos, além de
possuir níquel na liga. A vantagem é a extraordinária
resistência à oxidação e a temperatura, o que justifica o
pagamento do seu alto preço em instalações de
processamento de alimentos.
Se for necessário, os tubos podem ter acabamento mais
liso (sanitário) que os de fabricação padrão.
Os tubos geralmente são definidos pelo diâmetro externo
e a espessura da parede é de 1,5 mm para todos os
diâmetros disponíveis no mercado, com exceção do tubo
de 4" (tabela 6.1).
Tabela 6.1. Diâmetro externo ou Bitola (em polegadas) e
espessura (mm) dos tubos disponíveis no mercado.
Bitola
(polegada)
Espessura da
parede do
tubo (mm)
1
1,5
1,5
1,5
2
2,5
3
4
1,5
1,5
1,5
2,0
Existem 4 tipos de união em tubulações
sanitárias:
a) Tri-clamp: é uma união do tipo
abraçadeira, sanitária, com acabamento
liso que dificulta a contaminação do
produto. É a mais indicada onde existe
sistema de limpeza CIP (Cleaning in
Place; Limpeza no Local). É de fácil
desmontagem e é composta de dois
encaixes iguais côncavos.
b) Flange: união não sanitária
composta por duas flanges
de face plana e anel.
c) Rosca: de tipo
sanitária de fácil
desmontagem para
limpeza e inspeção.
É composta de macho,
fêmea, porca e anel de
vedação.
d) Solda: é um sistema sanitário e
resistente à corrosão. Minimiza a
perda de carga e a contaminação.
Muito usado em instalações com
sistema de limpeza CIP.
6.2. Válvulas
São os acessórios mais importantes nas tubulações,
sem os quais estas seriam praticamente inúteis.
Destinam-se a estabelecer, controlar e interromper o
escoamento.
Em qualquer instalação deve-se usar o menor número
de válvulas possível, porque são peças caras, sujeitas
a vazamentos e que introduzem perdas de carga (que
podem ser elevadas).
Os principais tipos de válvula são:
- Válvulas de bloqueio
- Válvulas de regulagem
- Válvulas que permitem o escoamento em um só sentido
- Válvulas de controle de pressão
Há uma grande variedade de sistemas usados para a
operação das válvulas e os principais são:
1) Operação manual: por meio de volante, alavanca,
engrenagens, parafusos sem-fim,etc.
2) Operação motorizada: pneumática, hidráulica e elétrica.
3) Operação automática: pelo próprio fluido (por diferença de
pressões gerada pelo escoamento), por meio de molas e
contrapesos.
6.2.1. Válvulas de bloqueio
São as válvulas que destinam-se a estabelecer ou
interromper o fluxo e devem funcionar completamente
abertas ou completamente fechadas.
6.2.1.1. Válvulas gaveta
É a válvula de uso mais generalizado, mas que com a
aparição de válvulas mais leves e mais baratas (esfera e
borboleta, principalmente), seu uso é cada vez menor.
Não aparecem entre as válvulas sanitárias. O fechamento
nessas válvulas é feito pelo movimento de uma peça
denominada gaveta, que se desloca paralelamente ao
orifício da válvula (Figura 6.1).
Quando estão totalmente abertas, a trajetória de circulação do
fluido fica reta e desimpedida, havendo pouca perda de carga.
Quando estão parcialmente abertas causam perdas de carga
muito elevadas, cavitação e violenta corrosão e erosão.
a)
b)
Figura 6.1. Válvulas gaveta. a) Pequena com castelo rosqueado.
b) Grande com castelo parafusado.
6.2.1.2. Válvulas macho
Não é sanitária.
São aplicadas nos serviços de
bloqueio de gases (em
qualquer diâmetro,
temperatura ou pressão) e,
também, no bloqueio rápido
de água, vapor e líquidos em
geral, inclusive com sólidos
em suspensão (pequenos
diâmetros e baixas pressões).
Figura 6.2. Válvula macho.
Uma das vantagens dessa válvula sobre a válvula gaveta é
o menor espaço ocupado. O fechamento dessas válvulas
se faz pela rotação de uma peça (macho), na qual há um
orifício, no interior do corpo da válvula (Figura 6.2).
Quando o macho gira, o furo se alinha à tubulação, dando
passagem ao fluido. Quando estão totalmente abertas, a
perda de carga é bastante pequena, porque a trajetória do
fluido é reta e livre. As variantes das válvulas macho são:
A) Válvulas esfera
Figura 6.3. Válvula esfera.
a) esquema com as partes
principais.
b) válvula esfera sanitária
comercial.
a)
b)
O macho dessas válvulas é uma esfera, que também
é furada de lado a lado. O material de vedação é
bastante flexível, que no caso de válvulas sanitárias
devem ser elastômeros sanitários, de grau alimentício
(buna-N, viton), para garantir que não haja
vazamentos.
B) Válvulas de 3 vias:
O macho dessas válvulas
é furado em "T" ou "L", ou
ainda, em forma de cruz,
dispondo a válvula de 3
locais para que seja feita a
ligação a tubulações.
Figura 6.4. Válvula de três
vias
6.2.2. Válvulas de regulagem
São destinadas a controlar o escoamento, podendo
trabalhar em qualquer posição de fechamento parcial.
6.2.2.1. Válvulas globo
Nessas válvulas o fechamento é feito por meio de um
tampão que se ajusta contra uma única sede, cujo
orifício está geralmente em posição paralela ao sentido
do escoamento.
Causam, em qualquer posição de fechamento, fortes
perdas de carga, devido às mudanças de direção e
turbilhonamento do fluido dentro da válvula.
Figura 6.5. Válvula globo.
Não é sanitária!
Destina-se a serviços de
regulagem e de fechamento
estanque em linhas de água, óleos
industriais, que não sejam muito
corrosivos, e para o bloqueio e
regulagem em linhas de vapor e
de gases.
As variantes da válvula globo são:
Válvulas em "Y":
Nessas válvulas, a haste fica em um ângulo de 45 com o corpo,
o de modo que a trajetória da corrente de líquido fica quase
retilínea, com um mínimo de perda de carga.
São usadas para bloqueio e regulagem de vapor e
são preferidas para uso com produtos corrosivos.
a)
Figura 6.6. Válvula em "Y"
b)
B) Válvulas agulha:
O tampão é substituído por uma peça cônica, a agulha,
que permite um controle preciso do escoamento.
São válvulas para regulagem fina de líquidos e gases, em
diâmetros de até 2".
Figura 6.7. Esquema de uma válvula agulha.
6.2.2.2. Válvulas borboleta
São basicamente válvulas de regulagem, mas também
podem trabalhar como válvulas de bloqueio.
O emprego dessas válvulas tem aumentado por serem
leves, baratas e facilmente adaptáveis a comando remoto.
O fechamento da válvula é feito por meio de uma peça
circular que gira em torno de um eixo perpendicular ao
sentido de escoamento do fluido.
Podem ser manuais ou com controle pneumático.
A válvula borboleta, além de ser barata, provoca pequena
perda de carga e pode ser usada com líquidos de alta e
baixa viscosidade.
Figura 6.8. Válvula borboleta.
a) Esquema de funcionamento de uma válvula manual.
b) Válvula comercial de acionamento automático.
6.2.2.3. Válvulas de diafragma
São válvulas muito usadas para
regulagem ou bloqueio de fluidos
corrosivos (alimentos ácidos).
A válvula se fecha por meio de um
diafragma flexível que é apertado
contra a sede.
O mecanismo que controla o
diafragma não tem contato com o
fluido e, por isso, são recomendadas
para processamentos estéreis.
Não possuem fendas e asseguram
que não há retenção de partículas.
6.2.3. Válvulas que permitem o
escoamento em um só sentido
6.2.3.1. Válvulas de retenção
Essas válvulas permitem a passagem do fluido em apenas um
sentido, fechando-se automaticamente por diferença de pressões,
exercidas pelo fluido em conseqüência do escoamento, no caso
de haver a tendência à inversão no sentido do fluxo.
São, portanto, válvulas de operação automática. Costumam
provocar elevada perda de carga, como todas as válvulas, e só
devem ser usadas quando for imprescindível.
Existem três tipos principais de válvulas de retenção:
A) Válvula de retenção de levantamento: o fechamento
é feito por um tampão semelhante aos das válvulas globo.
Esse tampão é mantido suspenso, afastado da sede, por
efeito da pressão do fluido sobre a face inferior. Caso haja
tendência à inversão do sentido do fluxo, a pressão do fluido
sobre a face superior do tampão, aperta-o contra a sede,
interrompendo o escoamento
Figura 6.9. Válvula de
retenção de levantamento.
B) Válvula de retenção de portinhola: é o tipo mais usual. O
fechamento é feito por uma portinhola que se assenta no orifício
da válvula. Embora, a perda de carga seja elevada, costuma ser
menor que a introduzida por válvulas de retenção de
levantamento, porque a trajetória do fluido é retilínea.
a)
b)
Figura 6.10. Válvula de retenção de portinhola. a) Esquema com partes
principais. b)Escoamento vertical.
C) Válvula de retenção de esfera: são semelhantes às
válvulas de retenção de levantamento, porém, neste caso, o
tampão é substituído por uma esfera. É a válvula de retenção
de fechamento mais rápido.
a)
Figura 6.11. a) Válvula de retenção de esfera.
b)
6.2.3.2. Válvulas de pé
São instaladas na extremidade livre da linha, ficando
mergulhadas dentro do líquido no reservatório de sucção.
Elas impedem o esvaziamento do tubo de sucção da bomba,
colocada acima do reservatório, eliminando a necessidade
do escorvamento cada vez que a bomba é posta em
funcionamento.
6.2.4. Válvulas controladoras de
pressão
6.2.4.1. Válvulas de segurança e alívio
Essas válvulas abrem-se automaticamente, quando essa
pressão ultrapassa um determinado valor para o qual a válvula
foi ajustada. A válvula fecha-se em seguida,automaticamente,
quando a pressão cair abaixo do valor de abertura. Essas
válvulas são denominadas de "segurança", quando destinadas
a trabalhar com fluidos compressíveis (vapor,ar, gases) e "de
alívio" quando trabalham com líquidos, que são fluidos
incompressíveis.
Figura 6.12. Válvula de segurança.
6.2.4.2. Válvulas redutoras de
pressão
Regulam a pressão dentro de limites préestabelecidos. São automáticas e fechamse por meio de molas de tensão regulável,
de acordo com a pressão desejada. Esse
tipo de válvula mantém controle preciso de
baixas pressões, independente das
variações de vazão ou da pressão de
entrada. São muito utilizadas nas
instalações de vapor e ar comprimido, nas
redes de abastecimento de água nas
cidades e nas instalações de água em
prédios altos.
Figura 6.13. Funcionamento de uma válvula
reguladora de pressão. 1) Válvula em equilíbrio.
2) Abaixa a pressão e a válvula fecha. 3)
Aumenta a pressão e a válvula abre.
6.4. Válvulas sanitárias de duplo
assento
Figura 6.14. Válvulas
sanitárias de duplo assento.
Pode servir como válvula de
mistura ou de duplo processo.
Com essa válvula é possível
circular o produto por uma linha,
enquanto se faz a limpeza CIP
pela outra, sem haver risco de
contaminação do produto. Esse
tipo de válvula tem se tornado
norma em muitas indústrias,
substituindo duas ou três
válvulas de simples assento,
economizando espaço e custos
de instalação.
6.5. Acessórios
Os acessórios se classificam de acordo com a sua finalidade:
1) Fazer mudança da direção do fluxo (45º , 90º e 180º ):
 Curvas de raio longo
 Curvas de raio curto
 Cotovelos
2) Fazer derivações em tubos:
 Tês normais (90º )
 Tês de 45º
 Tês de redução
 Derivações em "Y"
 Cruzetas
3) Fazer mudanças de diâmetro em tubos:
4) Fazer ligações de tubos entre si ou de
equipamentos a tubos:
 Niples e luvas
 Abraçadeira: facilita a limpeza da instalação
 Flanges
 Uniões: facilita a troca de peças
5) Fazer o fechamento da extremidade de tubos
 Tampão
 Porca-tampão