Válvula de segurança (PSV): o que é, como funciona, tipos e modelos

valvula seguranca capa

Criada para aliviar a pressão interna nos equipamentos, a válvula de segurança e de alívio é obrigatória, independentemente do grau de risco dos equipamentos. Medida normatizada pela Secretaria de Segurança e Saúde do Trabalho do Ministério do Trabalho, por meio da Norma Regulamentadora NR13.

A obrigatoriedade das válvulas de segurança ou de alívio deve ser aplicada em sistemas onde a pressão positiva for maior que 15 psig (psig significa pressão manométrica medida em libras por polegadas quadradas).

Os ajustes devem estar adequados à pressão máxima de trabalho admissível (PMTA) e a capacidade de vazão semelhante ou igual ao volume de fluido fornecido.

O mercado dispõe de modelos que atendam a todas as necessidades técnicas das empresas, desde que atendam os requisitos da legislação vigente.

Esses componentes representam um grau importante quando o assunto é proteção aos riscos causados por altas temperaturas e aumento de forças geradas pelo excesso de pressão nos equipamentos.

O que é uma válvula de segurança (PSV)?

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Também conhecida como PSV (do inglês Pressure Safety Valve), a válvula de segurança e de alívio são dispositivos automáticos que limitam o grau de pressão interna dos equipamentos. Em caso de excesso ela se abre automaticamente (POP), liberando fluidos, até que a pressão seja normalizada.

Criada pelo físico francês, Denis Papin, esse tipo de dispositivo tem como principal objetivo aliviar a alta pressão durante os processos industriais, como gás, vapor saturados e fluídos de uma forma geral. Consequentemente, a proteção à vida e ao meio ambiente também estão entre as prioridades para quem usa este tipo de componente na fábrica.

As válvulas de segurança e de alívio podem ser instaladas em tubulações, vasos de alta pressão e caldeiras.

Já as válvulas de pressão são direcionadas para equipamentos, onde o fluido é capaz de diminuir o volume sob pressão, enquanto as de alicio, em sistemas de tubulações e vasos de pressão que armazenam ou deslocam fluídos líquidos, como água, querosene, gasolina ou óleo.

Razões para excesso de pressão em um vaso ou sistema

As razões mais comuns onde a pressão em vasos ou sistemas podem exceder o limite predeterminado são a descarga bloqueada, a exposição ao fogo externo, expansão térmica, reação química, ruptura do tubo de troca de calor ou falha no sistema de refrigeração.

As Normas API 521 e ISO 23251 detalham as diretrizes sobre as causas da sobrepressão. É importante lembrar que este tipo de válvula não deve ser usado como regulador de pressão e sim como dispositivo de segurança.

O cenário será determinante para uma vazão requerida de alívio. Ambientes com expansão térmica, por exemplo, geralmente resultam na liberação de pequenos fluxos de massa, enquanto em locais onde possa ocorrer algum tipo de reação química, a vazão de descarga é maior.

Como funciona a válvula de segurança?

Ferramenta automática, a válvula de segurança pode variar de modelo, tamanho e classe de operação.

As peças podem ser ½” x ¾” roscadas até a bitola de 2 ½”, soldadas ou flangeadas desde 1” x 2” até 8” x 10”, para tubulações ou vasos de pressão construídos de acordo com a primeira divisão da oitava seção da norma ASME (American Society of Mechanical Engineers) e da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).

Em relação à classe de pressão elas podem ir de 150 a 4500 na conexão de entrada e de 150 a 300 na saída, com temperaturas variando entre -268º e 538º. A válvula de segurança é um sistema que protege os equipamentos contra danos ou explosão e também a vida do trabalhador.

Seu funcionamento é automático quando a pressão na entrada de vasos ou equipamentos for maior do que o projetado. Se isso ocorrer o disco da válvula se abre e se levanta, permitindo a saída dos fluidos. Quando a pressão interna reduzir até o limite predeterminado, a força da mola fecha o disco.

Importância da válvula de segurança

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A válvula de segurança é de extrema importância na proteção de equipamentos e de instalações industriais contra o excesso de pressão de ar, água, gases, fluídos viscosos e produtos químicos em geral.

Esse aumento de pressão pode acontecer devido a causas variadas, como falha no sistema de refrigeração, incêndios ou no início de instalação de uma planta fabril.

Tipos de válvula de segurança e alívio

No mercado existem vários tipos de válvulas de segurança e de alívio, de acordo com a necessidade do equipamento e do processo industrial.

Os modelos variam entre acionamento por mola ou por piloto operada, com baixos ou altos níveis de elevação, onde a posição do disco determina ou não o volume de descarga da válvula. Entre os tipos disponíveis, destaque para as válvulas:

– De segurança de baixa elevação, quando a posição do disco determina a área de descarga;

– De segurança de elevação total, quando a área de descarga não é determinada pela posição do disco;

– De segurança de furo cheio, onde a válvula não possui saliências no furo;

– De alívio de segurança convencional, quando o local da mola é ventilado para o ponto da descarga;

– De alívio de segurança balanceada, quando a peça incorpora um jeito para diminuir o efeito da contrapressão;

– De alívio de pressão operada por piloto. Nesse tipo, o principal componente de alívio é combinado e controlado por um dispositivo de alívio de pressão;

– De alívio de segurança acionada por energia, quando a válvula de alívio de pressão tem seu principal dispositivo de alívio de pressão controlado por uma fonte externa de energia para o seu acionamento.

Válvula de segurança acionada por mola

Nesse tipo de válvula a força de fator de serviço (fs) é transmitida por meio de uma haste para o disco, que se fecha contra o bocal, cessando o processo e garantindo a total vedação.

Isso acontece desde que a força da mola seja superior ao fator de potência (fp) ocasionado pela pressão exercida na peça de entrada da válvula.

Nas válvulas fechadas acionadas por mola, a força de fechamento é exercida por uma mola helicoidal comprimida por um parafuso de ajuste. Assim a força da mola passa do eixo para o disco, que veda o bocal.  Já no caso de válvula aberta, esta se abrirá diante de uma pressão predefinida.

Ou seja, a força da mola fs age na direção de fechamento e a fp rumo à abertura. Ambas as forças são equilibradas no caso de pressão de ajuste, sem que a força mantenha o disco no assento. Assim a válvula de segurança dará vazão, se abrindo automaticamente com um “pop”.

Válvula de segurança piloto operada

Estas válvulas são controladas pelo fluido. Ou seja, quando a válvula de segurança operada por piloto estiver totalmente cheia, as pressões agem dos dois lados do disco de vedação.

Se o piloto for do tipo Leser (POSV) a válvula será controlada pelo meio do processo, quando a pressão do sistema é aplicada à válvula piloto pelo coletor de pressão.

Desta forma ela usa a cúpula acima do pistão da válvula para regular a abertura ou fechamento da válvula principal. Na operação POSV as válvulas de segurança operadas por piloto passam por diferentes estados de manobras:

– Operação normal quando está abaixo da pressão de ajuste. Aqui a pressão dos sitemas é captada na entrada principal da válvula e direcionada para o regulador de pressão domo;

– Na pressão de ajuste a válvula piloto atua automaticamente quando o fluído não é mais direcionado para o domo;

– A abertura da válvula principal depende do seu formato. Ela poderá ser rápida e completa ou gradual e parcial, dependendo do tipo de pressão exercida;

– Na pressão de fechamento a válvula piloto funciona e devolve o fluido para o domo quando a pressão do sistema cair para a pressão de fechamento.

Modelos diversos de válvula de segurança

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Para garantir processos produtivos seguros e eficientes, as válvulas de segurança e de alívio atendem a normas técnicas e são confeccionados de acordo com a tipicidade produtiva. Para elevar o grau de estabilidade das atividades, precisam ser robustas e capazes de suportar as pressões que um equipamento pode gerar sobre elas.

Seu acionamento é automático, possuindo medidas diferentes para suportar as pressões em diferentes equipamentos e ambientes.

Entre os modelos mais comuns estão as válvulas de alívio e de pressão para água; de alívio para ar comprimido; de alívio para compressor de ar; de segurança para ar comprimido e para caldeira.

Neste último caso, geralmente o equipamento exige especificações diferenciadas de acordo com sua funcionalidade, mas geralmente operam com duas válvulas de segurança. Isso amplia a segurança em casos de excesso de pressão.

No caso de vasos de pressão, a válvula de alívio mais usada é do tipo mola sob carga convencional, ou balanceada por meio de fole ou pistão. As pressões de ajuste podem variar entre 15 psig até 6000 psig, com temperaturas entre -268º e 538º.

Válvula de segurança de baixa elevação

Nesse tipo de válvula a posição do disco determina o espaço de descarga.

Válvula de segurança de elevação total

Ao contrário da válvula anterior, aqui nesse componente, a área de descarga não é definida pela posição do disco.

Válvula de segurança de furo cheio

Esse dispositivo de segurança não possui saliências no furo. Nesse modelo a válvula de segurança se eleva a uma altura ideal para a área mínima em qualquer seção.

Válvula de alívio de segurança convencional

Aqui o alojamento da mola é ventilado para o lado da descarga.Desta forma suas formas operacionais são afetadas pelas alterações na contrapressão exercida na válvula.

Válvula de alívio de segurança balanceada

É um dispositivo de segurança balanceado que incorpora um jeito de reduzir o efeito da contrapressão exercida sobre as características operacionais da peça.

Válvula de alívio de pressão operada por piloto

Nesse tipo de válvula seu principal dispositivo de alívio é combinado e controlado por um aparelho de alívio de pressão.

Válvula de alívio de segurança acionada por energia

Nesse modelo o principal dispositivo de alívio de pressão dessa válvula necessita de uma fonte externa de energia para funcionar, como eletricidade ou ar comprimido.

O que é a válvula de segurança pneumática?

São válvulas direcionadas para proteção de qualquer tipo de ocorrência em sistemas pneumáticos. As válvulas de segurança pneumática impedem o funcionamento inesperado, por exemplo, das prensas ou de cilindros.

Os solenóides em sua composição conseguem inverter o movimento do cilindro, enquanto seu pressostato faz a sinalização e bloqueia o movimento.

No caso de válvula de segurança pneumática para prensas o sistema pode ter comandos manuais, bimanuais ou sensores ligados à válvula.

A qualquer mudança na pressão interior da máquina, gera despressurização e o freio da prensa interrompe sua operação.

Prazos de inspeção da válvula de segurança dispostos na NR13

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Em um processo industrial a segurança patrimonial e das vidas de seus colaboradores, passa por um processo de gestão estrutural muito bem definido e detalhado pela Norma Regulamentadora NR 13, editada pela Secretaria de Segurança e Saúde do Trabalho, do Ministério do Trabalho.

Ela se aplica ao gerenciamento da segurança de cada equipamento e também sobre as inspeções de segurança para vasos de pressão.

A norma abrange a fiscalização de caldeiras a vapor, vasos de pressão; vasos de pressão cujo produto P.V seja superior a 8 e os que a pressão contenham fluido da classe A; recipientes móveis com P.V superior a 8 ou com fluido da classe A; tubulações ou sistemas de tubulação ligados a caldeiras ou vasos de pressão.

Esse período de inspeção varia de acordo com o perfil de cada empresa.

– De um ano para caldeiras das categorias A, B e C;

– 15 meses para caldeiras de recuperação de álcalis de qualquer categoria;

– 24 meses para caldeiras da categoria A, desde que a completar um ano as pressões de abertura das válvulas sejam testadas

– As inspeções para vasos de pressão devem ser de um ano para segurança externa, e de três anos para interna. Esse prazo pode variar entre dois e 20 anos de acordo com o grau de deterioração do equipamento em decorrência da temperatura de trabalho. Em casos extraordinários, os vasos de pressão também devem ser submetidos a teste hidrostático.

Classe A

Fluidos inflamáveis; combustíveis com temperatura superior ou igual a 200 ºC; materiais tóxicos com limite de tolerância igual ou inferior a 20 ppm; hidrogênio e acetileno.

Classe B

Fluidos combustíveis com temperatura inferior a 200 ºC e os tóxicos com limite de tolerância superior a 20 ppm. Em casos de mistura de fluidos a classificação deve considerar o seus graus de toxicidade, inflamabilidade e concentração.

Classe C

Vapor de água, gases asfixiantes simples ou ar comprimido, e demais produtos onde os vasos de pressão são agrupados de acordo com o grau de risco em função do produto P.V.

Classe D

Qualquer outro produto não descrito acima que são classificados e agrupados de acordo com a classe de fluido contido e seu grau de risco.

Garanta a segurança do ambiente de trabalho da sua empresa com a Engenharia Adequada

Prevenção é a palavra chave e principal caminho quando o tema é segurança do trabalho. Boa gestão e medidas de controle eficientes minimizam riscos, preservando a saúde dos trabalhadores, bem como o bom funcionamento dos equipamentos.

Adequação às normas técnicas, uso adequado dos aparelhos como válvulas de segurança e de alívio, inspeções e manutenções periódicas, uso de equipamentos de proteção individual (EPI), e treinamento são algumas das medidas preventivas importantes. Todos devem ter em mente a melhoria nas estatísticas de não acidentes no local de trabalho.

Para aumentar o grau na segurança laboral é necessário uma gestão em grupo, com participação e discussão sobre a implantação das medidas de segurança.

Isso pode ser feito por meio da Comissão Interna de Prevenção de Acidentes (CIPA), do Serviço Especializado em Engenharia de Segurança e em Medicina do Trabalho (SESMT) ou ainda pela assessoria de empresas como a Engenharia Adequada.

Projetando ideias e construindo soluções a Adequada garante o melhor resultado. Já são mais de 4 mil adequações das Normas Regulamentadoras NRs em 25 estados brasileiros.

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A Adequada disponibiliza soluções completas, com a preocupação do detalhamento e do volume de equipamentos que devem ser adequados de acordo com as NRs.

Conclusão

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Itens essenciais para proteção de máquinas e da vida, as válvulas de segurança e de alívio são dispositivos que impedem a sobre pressão de ar, água, vapor, gases, fluídos viscosos e produtos químicos em geral.

Elaboradas de acordo com a finalidade produtiva, devem ser instaladas onde o volume de pressão representa alto grau de risco ao ambiente e também aos trabalhadores.

O excesso de pressão pode ser causado por diferentes causas, incluindo falha do sistema de refrigeração e incêndios. Ocorrências que geram altas temperaturas, influenciando diretamente o funcionamento dos equipamentos.

Estes dispositivos devem funcionar corretamente para exercer sua função de forma eficaz. Sua instalação, uso e manutenção são regulamentadas por meio de normas técnicas. Tudo para que o ambiente de trabalho fique mais seguro e menos exposto a riscos.

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