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Válvulas Redutoras de Pressão para Vapor

Em uma planta que utiliza vapor, o mesmo é frequentemente gerado a altas pressões e reduzido localmente para fornecer calor a cada usuário do vapor. Isto é realizado geralmente para minimizar o diâmetro das tubulações de distribuição do vapor e permitir distribuição de vapor mais eficiente em termos de custo.

Reduzindo a Pressão do Vapor

Uma maneira comum de reduzir a pressão é através de estrangulamento da passagem do vapor. A redução mais básica da pressão pode ser conseguida utilizando simplesmente uma válvula de globo convencional em posição parcialmente aberta e fixa, ou inserindo uma placa com orifício na linha de fluxo do vapor. No entanto, qualquer variação na taxa de fluxo seria acompanhada por flutuação correspondente da pressão. Para evitar tais circunstâncias, válvulas redutoras de pressão (PRVs) podem ser instaladas para fornecer controle preciso da pressão de descarga. Elas ajustam automaticamente a quantidade de abertura da válvula para permitir que a pressão se mantenha inalterada mesmo quando occorer flutuação na taxa de fluxo.

Vantagens das Válvulas Redutoras de Pressão

Enquanto que é possível manter uma pressão constante utilizando a combinação da válvula de controle, sensor de pressão e um controlador; a válvula redutora de pressão oferece a vantagem de ser capaz de controlar a pressão através da operação totalmente automática, não exigindo nenhum tipo de fonte de energia externa. Além disso, ela é capaz de oferecer vantagem de acionamento por resposta extremamente rápida baseada em sensoriamento e ajuste da pressão de descarga.

Fig. 1 Processos de aquecimento geralmente exigem vapor de pressão menor em relação à fornecida pela caldeira. Válvulas redutoras de pressão são ,portanto frequentemente utilizadas para reduzir a pressão do vapor até o valor requerido pelo processo.

Tipos de Válvulas Redutoras de Pressão para Vapor

Em válvulas redutoras de pressão, o mecanismo que ajusta a pressão automaticamente utiliza o equilíbrio entre a pressão do vapor e mola de ajuste. No momento, este é o conceito universal para todas as válvulas redutoras de pressão fabricadas. No entanto, existem duas maneiras diferentes nas quais este mecanismo é implementado para controlar a quantidade de abertura da válvula:

– Válvula de Acionamento Direto, Não-pilotada: Mola de ajuste confere força de ajuste da pressão de descarga diretamente sobre a válvula principal.
– Válvula Operada por Piloto: Mola de ajuste confere força de ajuste da pressão de descarga diretamente sobre a válvula piloto, que é menor e diferente da válvula principal.

Segue uma visão geral das características de cada tipo de mecanismo de abertura da válvula redutora de pressão:

Ação Direta (Não-pilotada)

Utilizado para pequenas cargas onde um controle de pressão extremamente preciso não seja necessário.

– Prós: Tamanho compacto, baixo preço e fácil de instalar.
– Contras: Maior queda (variação a partir da pressão de ajuste) em relação à Válvula Redutora de Pressão operada por piloto.

Válvula Redutora de Pressão com Acionamento Direto

Fig. 2 Pressão do vapor entregue é regulado através das forças de equilíbrio acionadas diretamente sobre a válvula em si: a força descendente gerada pela compressão da mola de ajuste contra a força ascendente oriunda da pressão secundária acionada contra a parte inferior de um fole ou diafragma.

Nota: Os movimentos na animação estão lentos e exagerados para mostrar a abertura e fechamento da válvula.

Em válvulas redutoras por acionamento direto, a quantidade de abertura da válvula é determinada diretamente através do movimento da mola de ajuste. Se a mola é comprimida, isto cria uma força de abertura sobre a válvula que aumenta o fluxo. À medida que a pressão gera fluxo descendente, a equalização ocorre através da alimentação da pressão de descarga para o lado inferior da mola de ajuste (geralmente contra um fole ou diafragma) , onde sua força voltada para cima contra-balanceia a compressão da mola. A força compressiva da mola , que abre a válvula , é limitada para permitir a sensibilidade suficiente da mola e equalizar com a mudança da pressão de descarga. O resultado é um controle simples da pressão através de uma válvula orifício onde altas taxas de fluxo conseguem gerar redução da pressão.

Operada por Piloto

Utilizado para cargas maiores onde é exigido controle preciso da pressão.

– Prós: Controle preciso da pressão, rápida resposta à variação da carga, pode ser usado em uma ampla gama de taxas de fluxo, se comparado aos tipos acionado direto.
– Contras: Tamanho maior, alto preço.

Válvula Redutora de Pressão Operada por Piloto

Pressão do vapor entregue é regulado de uma maneira similar às Válvulas Redutoras de Pressão por acionamento direto, porém indiretamente através de uma válvula piloto. À medida que a válvula piloto é ativada, ela fornece o fluxo de abertura para a válvula principal maior que consegue suprir taxas de fluxo significativamente altas que o próprio piloto. A válvula piloto é então equalizada através da pressão secundária, na qual controla de maneira correspondente o fluxo de abertura para a válvula principal.

Nota: Os movimentos na animação estão lentos e exagerados para mostrar a abertura e fechamento da válvula.

Em válvulas redutoras de pressão operadas por piloto, uma válvula piloto é usada para carregar um pistão ou diafragma que aumenta a força descendente utilizada para abrir uma válvula principal maior. Isto possibilita capacidade de fluxo maior com menor deslocamento da pressão (queda). A abertura e fechamento da válvula piloto é controlada atavés de equilíbrio da força entre a mola de ajuste e a pressão secundária da mesma maneira que opera uma válvula de acionamento direto. No entanto, em uma válvula redutora de pressão operada por piloto, esta abertura e fechamento da válvula piloto fornece de maneira proposital a pressão para a válvula principal do pistão ou diafragma. Este fluxo de pressão do piloto , então gera uma força descendente que é ampliada através da área do pistão ou diafragma para permitir a abertura da válvula principal ainda maior, que por sua vez fornece a capacidade para taxas de fluxo muito mais altos.

Pelo fato de a força descendente ser amplificada através do uso de um pistão ou diafragma, uma pequena mudança na abertura da válvula piloto pode resultar em uma grande mudança no fluxo e pressão de descarga através da válvula principal. Como resultado, apenas uma pequena mudança é necessária sobre a força da mola de ajuste do piloto, para garantir rápida resposta em uma ampla faixa de taxas de fluxo do vapor. Rápida resposta e controle preciso da pressão entregue representam a principal vantagem deste tipo de válvula em relação ao tipo acionado direto.

Sumário

A partir das características acima, pode ser visto que a função e aplicações das válvulas redutoras de acionamento direto simples, diferem substancialmente daquelas operadas por piloto.

Em suma:

– Válvulas operadas pelo acionamento direto são usadas quando cargas são menores e alguma queda da pressão de descarga pode ser aceita. Eles são geralmente usados em serviços de carga leve.
– Válvulas redutoras de pressão operadas por piloto podem responder rapidamente às condições de cargas variáveis enquanto mantêm estáveis a pressão secundária onde controle preciso da pressão é necessário. Eles são geralmente destinados para aplicações de cargas maiores.

Aplicações Típicas em uma Planta que utiliza vapor:

– Aplicações de pequena carga, tais como esterilizadores , aquecedores unitários, umidificadores, e equipamentos de processos pequenos podem utilizar uma válvula redutora do tipo acionado direto para redução da pressão.
– No caso de fluxos maiores, tais como tubulações de distribuição do vapor, as cargas podem flutuar bastante dependendo do estado operacional do equipamento receptor. Tais variações de carga e larga capacidade ligam ao uso de uma válvula redutora operada por piloto para reduzir a pressão.
– Além disso, a quantidade de vapor usado por certos equipamentos durante a partida, podem ser significativamente diferentes em relação à quantidade requerida durante uma operação normal. Tais largas variações podem também tornar necessário o uso de uma válvula redutora operada por piloto para a redução da pressão.