TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I (Transferência de quantidade de movimento)

1. TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I (Transferência de quantidade de movimento) Aula 06: Tubulações, válvulas e acessórios

2. 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.

3. 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).

4. Tabela 6.1. Bitola (polegada) e espessura (mm) normalmente encontrada para tubos mantidos em estoque.

5. Existem 4 tipos de união em tubulações sanitárias: • Tri-clamp:é uma união tipo abraçadeira, sanitária, que oferece meio liso e não contaminante para o 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.

6. c)Rosca:É sanitária e deve ser de fácil desmontagem para limpeza e inspeção. É composta de macho, niple, porca e anel. d)Solda: é o sistema mais sanitário e é resistente à corrosão. Minimiza a perda de carga e a contaminação. Muito usado em instalações com sistema de limpeza CIP.

7. 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).

8. 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: • 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.

9. 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).

10. 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.

11. 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).

12. 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 a) b)

13. 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

14. 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.

15. 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.

16. São usadas para bloqueio e regulagem de vapor e são preferidas para uso com produtos corrosivos. a) b) Figura 6.6. Válvula em "Y"

17. 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.

18. 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.

19. Figura 6.8. Válvula borboleta. • Esquema de funcionamento de uma válvula manual. • Válvula comercial de acionamento automático.

20. 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 aperta do 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.

21. 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:

22. 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.

23. 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.

24. 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) b) Figura 6.11. a) Válvula de retenção de esfera.

25. 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.

26. 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.

27. 6.2.4.2. Válvulas redutoras de pressão Regulam a pressão dentro de limites pré-estabelecidos. São automáticas e fecham-se 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.

28. 6.4. 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. Figura 6.14. Válvulas sanitárias de duplo assento.

29. 6.5. Acessórios • Os acessórios se classificam de acordo com a sua finalidade: • Fazer mudança da direção do fluxo (45º , 90º e 180º ): • Curvas de raio longo • Curvas de raio curto • Cotovelos

30. 2) Fazer derivações em tubos: • Tês normais (90º ) • Tês de 45º • Tês de redução • Derivações em "Y" • Cruzetas

31. 3) Fazer mudanças de diâmetro em tubos:

32. 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

33. 5) Fazer o fechamento da extremidade de tubos • Tampão • Porca-tampão