Hidráulica Hidrodinâmica

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Hidráulica
Hidrodinâmica
Formação sob Medida para Empresas
Pneumática
© SENAI-SP, 2003
Trabalho elaborado pela Escola SENAI “Hermenegildo Campos de Almeida”
Coordenação geral Adilson Augusto Lázaro
Coordenação do projeto Gerencia Regional 2
Conteúdo Núcleo de Automação Hidráulica e Pneumática (NAHP) –
UFP1.06
Edição de conteúdo Vagner Assumpção Peixoto
Robson Paes Guedes
Diagramação Susane Schmieg
colaboração Núcleo de Automação Industrial UFP 1.06
SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
Escola SENAI “Hermenegildo Campos de Almeida”
Av. Dr. Renato de Andrade Maia, 601 – Jd. Paraventi
Guarulhos-SP
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Sumário
Temperatura 5
Pressão 7
Cavitação 11
Trabalho e Potência 15
Vazão 17
Golpe de Ariete 23
Tubulações 25
Válvulas industriais 27
Gaxeta 29
Acessórios 31
Seleção de válvulas 37
Questionário de estudos 80
Hidrodinâmica
SENAI 5
Temperatura
Modificações físicas
Tanto o que está contido nas tubulações como ele própria sofrem modificações com as
mudanças de temperatura.
Quando desejamos curvar uma peça ( tubos por exemplo ) costumamos aquecê-lo
para facilitar o trabalho.
Este fator mostra que a resistência do material se modifica pela temperatura.
Hidrodinâmica
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Hidrodinâmica
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Pressão
Pressão numa coluna de fluido
O peso de um fluido varia em função de sua densidade em líquidos tais como a água,
óleos, etc.. Um fato importante relacionado ao peso de um fluido é o efeito causado
pelo mesmo em diferentes profundidades.
O peso da água, por exemplo, cria uma pressão em todas as direções (Lei de Pascal)
de 0,010 Kg/cm², no fundo de uma coluna de 1 metro de água.
Assim, para calcular a pressão no fundo de uma coluna de água, basta multiplicar a
altura da coluna de água, em metros, por 0,010 Kg / cm², ou essa altura, em
decímetros por 1,0 Kg / dm³
Aplicando este princípio, consideremos, agora, as condições em que o reservatório
esta localizado.
Hidrodinâmica
SENAI8
Acima ou abaixo da entrada da bomba
Quando o nível da água esta acima da entrada da bomba, uma pressão positiva força
a água para dentro da bomba.
O nível da água acima da entrada alimenta a bomba
Por outro lado, se o nível da água estiver localizado abaixo da entrada da bomba, um
vácuo equivalente a 0,010 Kg/cm², por metro, será necessário para levantar a água até
a entrada da bomba.
Na verdade, a água não é levantada pelo vácuo, mas é forçado pela pressão
atmosférica no vão criado no orifício de entrada, quando a bomba está em operação.
 O nível da água abaixo da bomba requer um vácuo para que a água seja succionada.
Observação
A água e os vários fluidos hidráulicos que resistem ao fogo são mais pesados que o
óleo e, portanto, requerem mais vácuo por metro de levantamento.
Hidrodinâmica
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A pressão atmosférica alimenta a bomba
A bomba é normalmente alimentada pela água proveniente da diferença de pressão
entre o reservatório e sua entrada. Normalmente, a pressão do reservatório é a
pressão atmosférica, ou seja, 1 Kg / cm².
É necessário criar um vácuo parcial ou uma pressão reduzida para que haja fluxo.
A figura seguinte demonstra um típico macaco hidráulico, ou seja, um simples pistão
alternado. Puxando-se o pistão, cria-se um vácuo parcial na câmara de bombeamento.
A pressão atmosférica no reservatório empurra a água, enchendo o vão.
A pressão atmosférica nada mais é que a pressão exercida pelos gases que estão
acima da superfície do líquido. A pressão atmosférica varia com a altitude e esta
variação de pressão acaba por afetar diretamente a temperatura de ebulição da água.
Como exemplo, ao nível do mar, a temperatura de ebulição da água é 100 °C; a uma
altitude de 800 m. acima do nível do mar, a pressão atmosférica é menor e
consequentemente a temperatura de ebulição da água será menor, cerca de 96 °C.
Este aspecto se relaciona diretamente ao fenômeno de cavitação que examinaremos
a seguir, e que acontece por ocasião da ebulição da água. Tal fenômeno ocorre tanto
em altas como em baixíssimas temperaturas em função da variação da pressão.
Hidrodinâmica
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Hidrodinâmica
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Cavitação
É a situação em que o líquido não preenche inteiramente o espaço existente,
geralmente, a cavitação está associada à entrada de ar na bomba.
A maioria dos fabricantes de bombas recomenda um vácuo máximo de 0,85 Kg/cm²,
absoluto na entrada da bomba.
Assim, com uma pressão de 1 Kg/cm², resta uma diferença de 0,15 Kg/cm² a empurrar
a água para dentro da bomba. Evitando-se um altura, as linhas de sucção permitem a
suavidade do fluxo com o mínimo de atrito.
Cavitação associada a diminuição da área de filtragem
Com o entupimento dos filtros, a conseqüente diminuição da área de passagem do
fluído, ocorre um aumento na velocidade das partículas do fluído. Com o aumento da
velocidade ocorre a diminuição da pressão no local, podendo ocorrer vácuo e
conseqüente ebulição do fluído, ocasionando assim o fenômeno de cavitação.
Ocorrem problemas de cavitação e conseqüente corrosão mecânica dos componentes
hidráulicos, quando se diminuem a área de filtragem, ou por falta de limpeza dos filtros
ou mesmo por substituição inadequada.
Cavitação associada a ebulição da água
A cavitação ocorre no momento de ebulição da água, ocasionando corrosão dos
componentes da tubulação e bombas.
Com a ebulição da água, ocorre a formação de bolhas gasosas no meio do líquido, que
são carregadas pelo líquido até uma região de maior pressão, onde implodem
(desaparecem por implosão), originando uma forte onda de pressão causadora do
ruído e de danos no interior do equipamento.
Corrosão – É o ataque químico ao equipamento, pelos líquidos corrosivos como
ácidos, cáusticos e sais.
Erosão – É o desgaste sofrido pelas partes do equipamento, devido ao atrito com o
líquido.
Recomendações
• Se possível formar um vácuo completo na entrada, haverá então 1,00 Kg / cm² de
pressão para empurrar a água para dentro da câmara.
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• A diferença de pressão deve ser a menor possível na tubulação de sucção da
bomba, principalmente quando estas instalações estão em lugares altos e nestes
locais a Pressão atmosférica é menor.
• Mesmo que a água tenha boas características de vaporização, uma pressão muito
baixa na entrada ( alto índice de vácuo ) permitirá que escape ar misturado com água .
Portanto evite esta condição na sua instalação.
• A mistura de ar com água pode causar cavitação . Quanto mais rápido a bomba girar,
menor será a pressão, aumentando, assim, a possibilidade de cavitação.
• Manter as conexões de entrada bem vedadas, o ar à pressão atmosférica concentra-
se na área de baixa pressão e entra na bomba. Essa mistura também é inconveniente
e barulhenta, mas é diferente da que provoca a cavitação . O ar, quando exposto à
pressão de saída, é comprimido, formando um amortecedor, e não cede violentamente.
Não se dissolve no fluido, mas entra nos sistemas como bolhas compressíveis, que
causam operações irregulares.
Aeração
É o ar existente no fluido hidráulico . Aeração excessiva faz com que o fluido tenha
aparência leitoso e que os componentes operem irregularmente devido à
compressibilidade do ar retido no fluido.
Como é criada a pressão
A pressão resulta da resistência oferecida ao fluxo do fluido. A resistência ocorre em
função de :
• Carga de um atuador.
• Restrição ou orifício na tubulação.
Pressão e carga de trabalho
Pressão
A pressão é proporcional à carga, e a leitura do manômetro indica, em Kg / cm² a
carga do trabalho a qualquer momento.
A pressão é igual a força dividida pela área do pistão . É expressa pela fórmula :P = _ F .
 A
Onde :
P = pressão, em Kg / cm²
F = força, em Kg
A = área, em cm²
Hidrodinâmica
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Observação
O aumento ou decréscimo na carga resultará num aumento ou decréscimo na pressão
de operação.
A força é proporcional à pressão e a área.
Quando se utiliza um cilindro hidráulico para fechar ou prensar, a força gerada pode
ser calculada por :
F = P . A
Como exemplo, suponhamos que uma prensa hidráulica tenha uma regulagem de 100
Kg/cm² de pressão e essa pressão seja aplicada numa área de 20 cm² .
A força gerada será de 2.000 Kg, como se vê na figura seguinte :
Hidrodinâmica
SENAI14
Computando a área do pistão
Calcula-se a área de um pistão pela fórmula :
A = 0,7854 . d″
Onde :
A = área em cm″
D = diâmetro do pistão, em cm
Da fórmula básica P = F / A deduzem-se : F = P . A e :
A = _ F .
 P
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Trabalho e Potência
Trabalho
Quando se movimenta uma força por determinada distância, efetua-se um trabalho.
Trabalho = Força . Distância
Expressamos o trabalho em quilogrâmetros ( KGM ).
Por exemplo, se um peso de 10 quilos for levantado 10 metros, o trabalho será :
10 quilos x 10 metros = 100 quilogrâmetros ( KGM )
A fórmula acima não considera a velocidade em que o trabalho é feito.
Potência
O trabalho realizado por unidade de tempo chama – se potência .
Potência = Força . Distância ou Trabalho
 Tempo Tempo
A unidade padrão de potência é o cavalo-vapor ( CV ), que eqüivale a levantar 75 Kg a
um metro de altura em um segundo .
Também existe o equivalente em potência elétrica e calor.
1 cv = 0,986 HP
1 cv = 4 500 KGM/min ou 75 GM/s
1 cv = 736 W ( POTÊNCIA ELÉTRICA )
1 cv = 41,8 BTU/min = 10,52 KCAL/s
1 hp = 33 000 lb . pé por minuto
1 hp = 746 W
1 hp = 42,4 BTU/min
A potência necessária para movimentar 1 l / min a uma pressão de 1 KG/cm2 é
equivalente a 0,0022 cv .
Portanto:
CV = Vazão (1/min) . Pressão (KG/cm2) . 0,0022
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Todavia, a potência requerida para girar a bomba deverá ser um pouco maior, desde
que o sistema não tenha 100 % de eficiência.
Na prática usa-se a seguinte fórmula:
CV = 1/min . KG/cm2
 426
Para o sistema Inglês, a equivalente é expressa pela seguinte fórmula :
HP = 0,0007GPM . PSI
Onde :
HP = CAVALO – FORÇA
GPM = GALÕES POR MINUTO
PSI = LIBRAS POR POLEGADA QUADRADA
Potência e torque
Se for necessário converter cv em torque ou vice – versa, em qualquer equipamento
rotativo, sem computar pressão e fluxo, teremos :
Torque = 725 . CV ou CV = Torque . rpm
 Rpm 725
O Torque nesta fórmula será dado em KGM .
Tambëm:
HP = Torque (lb/pol) . rpm No sistema inglês.
 63025
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Vazão
Vazão é a quantidade de fluido que escoa por uma tubulação e seus acessórios
durante um intervalo de tempo considerado. O tempo pode ser dado em segundos,
minutos, horas, dias, etc. A quantidade pode ser dada em volume ou em massa.
Vazão volumétrica
Q = volume transferido = V .
 tempo de transferência T
Principais unidades de vazão volumétrica:
ƒ m3 / seg
ƒ m3 / min
ƒ m3 / h
ƒ m3 / d
ƒ Bpd = ( Barris por dia )
Vazão em massa
W = massa transferência = M .
 tempo de transferência T
Principais unidades de vazão em massa:
ƒ KG / min
ƒ KG / hora
ƒ Ton / hora ( mais utilizada )
Exemplos
1) VOLUME TRANSFERIDO = 2 m3
 TEMPO = 2 h
 VAZÃO = 2 m3 / 2 h = 1 m3/h
2) VOLUME TRANSFERIDO = 2 ton
 TEMPO = 2 h
 VAZÃO = 2 ton / 2 h = 1 ton/h
Hidrodinâmica
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Velocidade de escoamento
Velocidade de escoamento é a vazão que passa por uma tubulação ou equipamento
por unidade de área (fig. 1).
Velocidade linear
Consideramos as condições abaixo ( fig. 2 ) .
Dados:
Diâmetro menor = 0,5 m 2
Diâmetro maior = 1 m 2
Q = 100 m 3 /h
Para calcular a velocidade linear temos que considerar o seguinte:
A vazão, tanto na tubulação de maior área transversal, é a mesma. De onde
concluímos que a velocidade linear de escoamento na tubulação de menor diâmetro
será diferente da velocidade de escoamento na tubulação de maior diâmetro.
Na tubulação Menor:
VEL = 100 m2/h = 200 m / h
 0,5 m2
Na tubulação Maior:
VEL = 100 m2/h = 100 m / h
 1 m2
Se D1 > D2 => V1 < V2, porém, Q1 = Q2
A unidade normalmente utilizada é: “metro / segundo” (m/s)
Hidrodinâmica
OBS : A velocidade linear representa a velocidade com que as moléculas do fluido se
deslocam na tubulação ( fig. 3 ) .
A = Posição inic
B = Posição fina
∆S = Deslocame
Velocidade em m
Obtém-se a veloc
transversal.
Q = vazão trans
 secção tran
Obs.: A velocida
varia bastante e 
Pressão em esc
Para termos um
devemos conside
Pressão estática
É aquele que oco
Pressão dinâmi
É aquela que oc
de velocidade (fig
SENAI 19
ial da molécula
l da molécula
nto
assa
idade em massa dividindo-se a vazão em massa pela área da secção
versal = ton/h
sversal m2
de em massa é muito utilizada para gases, pois o volume dos gases
a massa não.
oamento de fluidos
a idéia exata da pressão que exerce um fluido em uma tubulação,
rar dois tipos de pressão, que são:
rre quando o fluido está parado.
ca
orre com o fluido em movimento. É também conhecida como pressão
. 4)
Hidrodinâmica
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Notamos que no indicador de pressão (manômetro) indica 1 Kg / cm 2. Este valor mede
a pressão estática que uma coluna de 10 metros de água está exercendo no ponto
onde se fez a medição.
A válvula está completamente fechada, por isso não há movimentação do líquido. Se
ao contrário, a válvula estiver totalmente aberta, vamos notar uma diferença na
indicação, conforme o esquema abaixo (fig. 5).
Como vemos, o PI assinala 0,95 KG/cm2, que é a pressão de velocidade (ou pressão
de escoamento) exercida naquele ponto, no momento em que o líquido se encontre em
movimento. Normalmente, esta velocidade é menor que a velocidade estática
correspondente. Para aumentar esta pressão e, consequentemente, sua velocidade,
existem os compressores e as bombas. Os compressores são usados para gases e as
bombas para os líquidos.
Tipos de escoamento
Escoamento laminar
As partículas do fluido deslocam-se
paralelamente uma às outras, ou seja, é
como se formassem camadas de
deslocamento com sentido preferencial de
fluxo, praticamente sem se misturarem (fig.
6).
Deslocamento tu
As partíc
direções e pro
redemoinhos (fig.
SENAI
rbulento
ulas fluem em todas as
vocam turbilhonamento e
 7).
Hidrodinâmica
Fatores que influenciam no tipo de escoamento
ƒ Velocidade do fluido
ƒ Diâmetro da tubulação
ƒ Viscosidade do fluido
ƒ Densidade do fluido
Velocidades elevadas associadas a viscosidades baixas tendem ao escoamento
turbulento. O escoamento da água e dos gases é do tipo turbulento. A turbulência
favorece as trocas de calor e a mistura do próprio fluido no interior da tubulação,
tornando-o mais homogêneo.
Perda de carga
Chama-se perda de carga à queda de pressão que um fluido sempre sofre quando
escoa para uma tubulação ou equipamento, devido ao atrito do fluido com essa
tubulação ou equipamento (fig. 8).
Exemplos:
1) Suponhamos que uma bomba centrífuga fornece uma pressão constante de 10
Kg/cm2.
À medida e o fluido se afasta da descarga ao longo da tubulação, a sua pressão
cai. A perd
mais adian
2) Após o fluid
Fatores que in
Característica
ƒ comprimen
ƒ rugosidade
ƒ diâmetro
ƒ número e ti
Característica
ƒ viscosidade
ƒ densidade
qu
SENAI 21
a de cargaé a diferença de pressão entre um ponto A e um ponto B
te.
o ter passado por um trocador de calor a pressão obtida foi 6 Kg/cm2.
fluenciam na perda de carga
s da tubulação
to
pos de acidentes (acessórios)
s do fluido
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Hidrodinâmica
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Golpe de Ariete
Ariete é a peça que faz o papel de martelo nas máquinas usadas para fincar estacas
na fundação das construções.
Quando se muda bruscamente o sentido de escoamento de um líquido que corre
dentro de uma calha , ele sobe de nível na calha, escoamento de um líquido que corre
dentro de um calha, ele sobe de nível na calha, escorrendo pêlos lados. O que
acontece dentro de um tubo, quando se muda bruscamente a direção de escoamento
de um líquido, é idêntico. Como o líquido não tem para onde ir, aumenta de forma
rápida a força contra as paredes do tudo e demais componentes da tubulação.
Esta é a causa principal do “GOLPE DE ARIETE” também conhecido como pressão de
choque e que pode inutilizar uma tubulação.
Golpe de ariete é o nome adotado para explicar a força que aparece toda vez que se
cria uma mudança repentina na direção da circulação de um líquido.
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Hidrodinâmica
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Tubulações
O termo tubulações é usado na planta industrial para designar um conjunto de tubos e
seus acessórios. Os tubos são utilizados para transportar todos os tipos de fluido de
processo, sejam fluidos limpos ou com sólidos em suspensão, pastosos. O transporte
pode ser feito numa gama de pressões e temperaturas usuais nos processos
industriais.
Materiais para tubos
Os tubos são feitos de materiais apropriados para cada fluido e suas condições no
processo, tais como: temperatura de operações, pressão de trabalho, grau de
corrosão, etc. Distinguem-se duas classes de materiais para tubulação: materiais
metálicos e materiais não-metálicos.
Aços ao carbono
Aços liga
Aços inox
Ferro forjado
Ferro fundido
Ferro ligado
Ferrosos
Ferro nodular
Cobre
Latões
Bronzes
Metal monel
Cromo-níquel
Níquel
Chumbo
Alumínio
Materiais metálicos
Não-ferrosos
Titânio
Cloreto de polivinil (PVC)
Acetato de celulose
Teflon
Poliestireno, polietileno
Materiais plásticos
Epoxi, poliester, etc.
Vidro
Cerâmica
Barro vidrado
Porcelana
Concreto armado
Borrachas
Materiais não-metálicos
Outros materiais
Cimento amianto, etc.
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Válvulas industriais
As válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar, e interromper o fluxo.
São os acessórios mais importantes na tubulação, para tanto devem ser tratados com
cuidados especiais na sua especificação. (obs.: Representam em média de 8% a 10%
do custo de uma instalação de processos).
Classificação das válvulas
1) Válvulas de bloqueio - Destinam-se especificamente a fluxo, funcionam
normalmente aberta ou fechada.
• Válvula de gaveta
• Válvula de macho
• Válvula de esfera
• Válvula de comporta
2) Válvulas de regulagem - Destinam-se especificamente a estabelecer o controle
do fluxo, permitindo fechamento parcial ou total do fluxo.
• Válvula globo
• Válvula agulha
• Válvula de controle
• Válvula de borboleta
• Válvula diafragma
3) Válvulas de único sentido - Válvulas que permitem sentido único no fluxo.
• Válvula de retenção
• Válvula de retenção e fechamento
• Válvula de pé
4) Válvulas controladora de pressão
• Válvulas de segurança e alivio
• Válvulas de contra pressão
• Válvulas redutora e reguladora de pressão
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Acionamento correto de válvulas manuais
As válvulas devem ser operadas com técnica correta de modo correto a facilitar o
trabalho do operador. Uma válvula adequadamente lubrificada e engraxada dificilmente
oferecerá dificuldades para sua movimentação.
Para abertura e fechamento o limite do esforço físico despendido será dado pela
própria dimensão da válvula.
Chaves de válvulas
Seu uso se justifica no caso de válvulas de grande dimensão em que o esforço físico
aplicado torna-se multiplicado pelo auxílio da chave, esta atuando como mão-de-força.
Obs.: Não se deve utilizar artifícios, tais como alavancas, chaves de encanador, golpes
ou pancadas, uma vez que isso poderá causar danos à sua válvula.
Movimentação de válvulas manuais se brusca alteração no processo
Ao movimentar a válvula para a posição de abertura ou fechamento o operador deve
estar ciente das alterações que esta operação poderá provocar. Assim logo sendo, o
movimento de abertura e fechamento deverá ser lento, ordenado e com a mesma
intensidade de movimentos, procurando minimizar a influencia do diferencial existente
à montagem e à jusante desta válvula. Dessa forma, o equilíbrio é atingido sem causar
interferência significativas ao processo.
O limite de abertura e fechamento é dado pelo próprio curso da haste ; deve-se deixar
ao final da abertura uma folga de aproximadamente 1/8 de volta, a fim de facilitar a
movimentação quando houver necessidade de fecha-la. No fechamento, ao final,
deverá apenas ser dado um pequeno esforço adicional a fim de certificar-se de que o
fechamento fez-se integralmente. Também a fim de preservar a válvula, não deverão
ser feitos apertos no fechamento.
Observação
1. Em qualquer caso não se deve forçar o volante em demasia, seja na abertura ou
no fechamento, para não danificá-lo.
2. As demais partes componentes das válvulas também estarão a salvo de danos se
as válvulas forem corretamente operadas.
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Gaxeta
É um material de vedação, que serve para impedir o vazamento do fluido pelo espaço
entre a haste e o castelo de uma válvula, juntas de expansão, eixo de bomba e o corpo
da mesma etc.
Constituição
As gaxetas podem ser de fibra torcida ou trançada com algodão, asbestos, náilon, juta,
teflon, cobre, alumínio, chumbo, aço, amianto etc. As gaxetas para válvulas ou bombas
contêm material lubrificante para reduzir o atrito entre elas e a haste da válvula ou eixo
de uma bomba.
Aplificação ou função
As gaxetas são usadas em engraxamentos de válvulas, bombas e jutas de pensão;
seu uso depende da especificação técnica, bem como da temperatura, pressão e grau
de corrosão do produto.
VAPOR (alta pressão)
Amianto, asbestos , metálica, semi-metálica, cobre e aço.
VAPOR (baixa pressão)
Amianto, asbestos , metálica, semi-metálica.
ÁGUA QUENTE
Asbestos, lona e borracha, semi-metálica, algodão ou plásticos.
ÁGUA FRIA
Asbestos, semi-metálicos, plásticos.
AR
Asbestos, lona e borracha, semi-metálica.
AMONIA
Asbestos, lona e borracha, semi-metálica.
ÁCIDOS
Asbestos, teflon, plásticos.
Os tipos mais comuns de gaxetas são: quadrada (fig. 1) e redonda (fig. 2).
1
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Observação
As gaxetas devem ser cortadas em forma de arruelas e da maneira ilustrada nas
figuras 3, 4 e 5.
21
3
4 5
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Acessórios
São componentes auxiliares usados nas tubulações e equipamentos do processo, com
a finalidade de auxiliar e garantir o bom funcionamento dos mesmos.
Filtros
São acessórios instalados nas tubulações, com a finalidade de reter poeiras, sólidos
em suspensão e corpos estranhos no fluxo de liquido ou gases.
Classificação
Industrialmente, existem duas classes mais comuns de filtros: Permanentes e
Provisórios.
Filtros permanentes
São acessórios instalados definitivamente na tubulação.
Os principais empregos dos filtros permanentes são:
- em tubulações com fluidos que sempre apresentarão corpos estranhos;
- em caso de necessidade de purificação rigorosa e controlado do fluido;
- em tubulações de entrada de equipamentos tais como, bombas de engrenagens,
medidores volumétricos etc.
Esses filtros são. geralmente, construídos em caixa de aço, de ferro fundido do ou
bronze,com bocais de conexões as tubulações de entrada e saída (figs. 1 e 2).
Os elementos filtrantes e os materiais de construção dos mesmos, variam de
acordo com as características do fluido, o grau de filtragem desejado e a dimensão da
impureza a filtrar
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Hidrodinâmica
SENAI32
Filtros provisórios
São intercalados nas tubulações, próximo dos bocais de entrada dos equipamentos
(bombas, compressores, turbinas, etc.), para evitar que sujeiras e corpos estranhos
deixados nas tubulações durante a montagem penetrarem nesses equipamentos
quando o sistema for posto em funcionamento. Após certo tempo de funcionamento, os
filtros provisórios podem ser removidos da tubulação. Os filtros provisórios mais
comuns são os discos de chapa ou anéis de chapa fina com um cone de tela. São
introduzidos e fixados entre dois flanges da tubulação.
Medidas das telas
Malhas (cm) N.º da malha Abertura (mm) Abertura (microns)
20.61 50 0,297 297
28.52 70 0,210 210
39.76 100 0,150 150
56.24 140 0,105 105
78.74 200 0,075 75
106.40 270 0,053 53
127.16 325 0,044 44
Peneira
Peneira é um dispositivo de arame (malha) que tem funções semelhantes às do filtro.
Filtro de sucção feito de malha de arame fino
Hidrodinâmica
Tamanho comparativo das partículas micrônicas
Tamanhos comparativos
limite de visibilidade (a olho nu) 40 microns
células brancas do sangue 25 microns
células vermelhas do sangue 8 microns
bactéria 2 microns
Equivalência linear
1 milímetro 0,394- polegada 1 000 microns
1 mícron 3,94 x 1~-~ polegada 0,001 milímetro
1 polegada 25,4 milímetros 25.400 microns
Os elementos filtrantes mais comuns tanto para filtros provisórios como para filtros
permanentes são os seguintes:
- Grades metálicas, chapas perfuradas e telas metálicas para filtragem grosseira.
- Telas finas, filtros, nylon, porcelana, papel para filtragem fina de líquidos.
- Folhas metálicas, feltro, camurça, elemento cerâmico poroso para filtragem de gases.
Filtros de ar
São dispositivos destinados a eliminar água, partículas solidas em suspensão, óleo e
umidade do ar comprimido, para poder utiliza-lo em equipamentos pneumáticos.
Funcionam pelo princípio de alta centrifugação do ar, que projeta as partículas de
impurezas, lateralmente, de encontro ao corpo, pelo qual descem as mesmas,
acumulando-se na parte inferior, onde são eliminadas facilmente pelo dreno.
Tipos
Os filtros de ar, apresentam-se em 3 tipos:
- com dreno manual;
- com dreno automático e
- higroscópio.
SENAI 33
Hidrodinâmica
SENAI34
Componentes (fig. 3):
1) Defletor
Dirige o fluxo de ar no sentido
circular para que o liquido se já
extraindo pela força centrífuga.
2) Elemento filtrante
Serve para remover partículas
solidas. Os materiais mais usa dos
nesses elementos são: bronze
sintetizado; papel - filtro; laminas
de fibra.
Recomendações de instalação
Uma instalação apropriada é essencial para evitar vazamentos, contaminação do
sistema e operação barulhenta.
Algumas recomendações gerais de instalação seguem:
Limpeza
A maior causa de falhas em sistemas hidráulicos é o óleo sujo. Os componentes de
precisão estão especialmente sujeitos a danos devido a resíduos na instalação do
encanamento. Portanto é necessário limpar bem o encanamento na instalação.
Quando são feitas as operações tais como cortar. afunilar e mosquear, verifique
sempre se os cavacos de metal não se depositaram em lugares onde o óleo possa ser
contaminado. Os métodos recomendados para o tratamento de canos e tubos antes de
instalação são: jatos de areia, eliminação de graxa e decapagem química.
Mais informações sobre estes processos podem ser obtidas dos fabricantes de
componentes e dos distribuidores de equipamentos de limpeza.
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Hidrodinâmica
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Suportes
As linhas hidráulicas longas são sujeitas a vibrações e choques quando o óleo que
nelas flui é parado repentinamente ou tem seu sentido invertido.
O vazamento pode ocorrer pela fadiga das juntas ou quando elas se soltarem.
As linhas devem ter apoios a intervalos regulares. com braçadeiras ou grampos, sendo
melhor colocá-los afastados das conexões para facilitar a montagem e desmontagem.
Materiais moles tais como madeira ou plástico são melhores para este fim.
Funções das linhas hidráulicas
Há numerosas considerações especiais relativas às funções das linhas (tubulações)
que devem ser mencionadas:
1) O pórtico de entrada da bomba é normalmente maior que o da saída para
acomodar uma linha de bitola maior. É recomendável manter esta bitola pôr toda a
linha de sucção, e fazê-la tão curta quanto possível. As curvas devem ser evitadas
e a quantidade de conexões deve ser reduzida ao mínimo.
2) Como sempre há um vácuo na entrada de uma bomba, as conexões na linha de
entrada precisam ser apertadas de modo a não permitir a entrada de ar no sistema.
3) Nas linhas de retorno, as restrições são responsáveis pela contra pressão,
resultando em desperdício de energia. Usar bitolas adequadas para assegurar a
velocidade baixa. Aqui também deve-se evitar curvas e multas conexões.
4) As linhas de retorno soltas podem também admitir ar no sistema pela aspiração.
Estas linhas precisam ser apertadas e devem terminar abaixo do nível do óleo para
que não haja aeração nem turbulência.
5) As linhas entre os atuadores e válvulas de controle de fluxo devem ser curtas e
rígidas para um controle de fluxo preciso.
Hidrodinâmica
SENAI36
Hidrodinâmica
SENAI 37
Seleção de válvulas
Generalidades
Em muitos casos, defeitos apresentados em válvulas são evidenciados por má
instalação, ou pela falta de manutenção, ou também pelo uso inadequado num
determinado serviço, decorrentes de erros na seleção, por ocasião da compra.
A seleção de válvulas começa com conhecimento da função desejada e dos fatores
que poderão afetar o seu desempenho, assim como conhecer as propriedades dos
fluídos que passarão pelas válvulas, condições de operação, materiais de construção e
tamanho das mesmas.
Os modelos de cada tipo de válvula, suas variações, vantagens e desvantagens de
cada uma são igualmente importantes para que se possa eleger uma válvula
condizente com a função requerida.
Fatores importantes para seleção de válvulas de bronze
Funções da válvula
Para selecionar válvulas é muito importante que se conheça as funções que elas terão
numa rede de condução de fluídos, sendo estas funções definidas em serviços para
bloqueio, regulagem ou estrangulamento, prevenção de um refluxo, ou outros, como
definidos na tabela 1.
Hidrodinâmica
SENAI38
Tabela 1: Recomendações de serviços mais usuais para válvulas
Serviços
Válvula B
lo
q
u
e
io
R
e
g
u
la
g
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m
O
p
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p
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ss
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o
Gaveta X - - X X - X - -
Gaveta fecho rápido X - X X X X X - -
Globo reta X X X - - - - X* -
Globo Angular X X X - - - - X* -
Globo Oblíqua X X X - - - - - -
Globo Agulha - X X - - - - - -
Macho X - - X X X X - -
Esfera X - X X X X X - -
Retenção portinhola - - X X - X X X -
Retenção horizontal - - X - - X - X -
Retenção vertical - - X - - X - X -
Fundo de poço - - X - - X - X -
Alívio - - - - - X - - X
*Quando dotado de recurso (mecanismo) para não retorno (retenção).
Características dos fluídos em contato com a válvula
As características dos fluídos precisam ser bem conhecidas, principalmente quanto a
aspectos relacionados a propriedades de abrasão e corrosão ocasionadas pelos
mesmos quando em contato com válvulas.
Os fluídos em questão podemser líqüidos ou gasosos e devem ser compatíveis com
os materiais empregados na construção das válvulas.
Relação pressão e temperatura
Para se determinar a faixa de pressão apropriada durante a seleção de uma válvula,
deve-se conhecer tanto pressões quanto temperaturas máximas e mínimas.
A Tabela 2 classifica a relação “pressão-temperatura” para as válvulas de bronze nas
diferentes classes de pressão existentes.
Hidrodinâmica
SENAI 39
Tabela 2: Relação “pressão-temperatura” para válvulas de bronze
Classe 125 150 200 300
Material ASTM-B 62 3) ASTM-B 61 4)
Extremidade Rosca Flange Rosca
Temperatura 2)
ºC
Pressão admissível 1)
PSI
-30 à 65 200 300 225 400 600
100 185 270 210 375 560
125 170 240 195 350 525
150 155 210 180 325 490
175 140 180 165 300 450
200 - - - 275 410
210 125 150 150 - -
225 - - - 255 378
250 - - - 230 345
275 - - - 208 315
290 - - - 200 300
Notas:
1) As pressões admissíveis são consideradas na condição de não haver choque
(golpe de ariete).
 2) As temperaturas consideradas são as do fluído que passa na válvula.
 3) As válvulas classe 125 e 150 são fabricadas com liga ASTM-B 62 para
operações até 210 ºC.
 4) As válvulas classe 200 e 300 são fabricadas com liga ASTM-B 61 para
operações até 290 ºC.
 5) Válvulas com elementos de vedação não metálicos tem limitações de
temperatura em função dos mesmos.
 6) Sob consulta, as hastes das válvulas poderão ser fabricadas com liga ASTM-B
62 ou ASTM-B 61.
Conceitos envolvendo os tipos de válvulas
Válvulas de bloqueio
São as válvulas que trabalham geralmente em condições de abertura ou fechamento
total da passagem do fluído.
A operação para abertura ou fechamento ocorre manualmente por meio de volante
(válvulas globo e gaveta) ou por meio de alavanca (válvulas de esfera e macho).
Válvulas de regulagem e/ou estrangulamento
São também válvulas de bloqueio, porém permitem operar em condições
intermediárias para melhor controle da passagem do fluído através das mesmas. (Ex.:
válvulas tipo globo).
Hidrodinâmica
SENAI40
Válvulas auto operadas
São as válvulas que apresentam um elemento sensor (obturador) internamente ao
corpo.
Apresentam-se em diversos tipos construtivos, específicos para cada finalidade, onde
a operação é feita através do próprio elemento de controle do fluxo, deslocando-se sob
o efeito direto da ação do fluído. (Ex.: válvulas de retenção e de alívio).
Válvulas combinadas
São as válvulas que devido sua forma construtiva apresentam durante o seu
funcionamento características relativas ora a um grupo, ora a outro (Ex.: válvula globo
com retenção).
Extremidades das válvulas
Entende-se por extremidades das válvulas as regiões onde se fazem os acoplamentos
destas aos tubos, conexões ou diretamente aos equipamentos.
Estas extremidades podem ser concebidas com formas construtivas mais diversas, em
função de características próprias de projeto de uma tubulação ou equipamento, onde
fatores como o diâmetro nominal (DN), a pressão nominal, (PN), o tipo de fluido,
facilidades de manutenção, custos, investimentos e outros fatores específicos, devem
ser considerados.
As extremidades mais comuns para válvulas de bronze, são:
Roscadas
• São aquelas cujo acoplamento é feito por roscas padronizadas, internas ou
externas.
• É um sistema econômico, de fácil instalação e muito usado em válvulas de
pequeno e médio portes, até DN 100.
• Válvulas maiores até DN 200, também podem ter extremidades roscadas, porém,
face ao peso e volume desfavoráveis, extremidades com flanges são mais
aconselháveis.
• As roscas utilizadas obedecem os padrões da Norma Mercosul NM ISO 7.1.,
(origem ISO-7.1 e BS 21), normalmente conhecidas como roscas Whitworth Gás ou
BSP.
• Roscas da norma americana ANSI B 21 (NPT) também são largamente aplicadas,
principalmente nas áreas de petroquímica e indústria do petróleo.
• No caso específico das roscas internas das válvulas as roscas BSP normalmente
são paralelas, com roscas cônicas (BSPT) somente sendo produzidas sob
encomenda.
Flangeadas
• São aquelas cujo acoplamento é feito por meio de flanges padronizados, unidos
por parafusos.
• Existem vários tipos de flanges para os diferentes tipos de materiais da válvula.
• No caso de válvulas de bronze a superfície de vedação do flange dever ser sempre
lisa, e as normas mais usuais são a ANSI B 16-24 (americana) e DIN (alemã).
Hidrodinâmica
SENAI 41
• Válvulas flangeadas normalmente têm um custo mais alto, porém, as facilidades de
instalação, manutenção e reposição justificam o investimento, sendo disponíveis a
partir DN 15.
Nas tabelas 3 e 4 são apresentadas as dimensões básicas de flanges ANSI e DIN,
respectivamente.
Tabela 3: Perfil e dimensões básicas de flanges ANSI B 16-24
Dimensões
mm
DN
(Bitola)
A B C D E
Número
de Furos
15 ( ½ ) 88,9 60,3 12,7 7,9
20 ( ¾ ) 98,4 69,8 19,0 8,7
25 ( 1 ) 107,9 79,4 25,4 9,5
32 ( 1 ¼ ) 117,5 88,9 31,8
15,9
10,3
38 ( 1 ½ ) 127,0 98,4 38,0 11,1
50 ( 2 ) 152,4 120,6 50,8 12,7
65 ( 2 ½ ) 177,8 139,7 63,5 14,3
80 ( 3 ) 190,5 152,4 76,2 15,9
4
100 ( 4 ) 228,6 190,5 101,6
19,0
17,4
125 ( 5 ) 254,0 215,9 127,0 19,0
150 ( 6 ) 279,4 241,3 152,4 20,6
200 ( 8 ) 342,9 298,4 203,2
22,2
23,8
8
Encaixe para solda
São aqueles cujo acoplamento se faz com tubos específicos, próprios para este fim,
que penetram em encaixe padronizado.
Uma solda de estanho ou de latão preenche as folgas existentes, formando um colar
nas extremidades, sendo a solda de estanho recomendada para maiores
temperaturas.
A norma mais utilizada para este tipo de acoplamento, é a ANSI B 16 –18.
Na tabela 11 são apresentadas as dimensões básicas de encaixe para solda conforme
ANSI.
Hidrodinâmica
SENAI42
Tabela 4 : Perfil e dimensões básicas de encaixes para solda conforme ANSI B 16 – 18
Dimensões da bolsa
mm
Diâmetro interno
DN
(Bitola)
Mínimo Máximo
Profundidade
mínima
Espessura
mínima de
parede
6 (¼) 9,58 9,68 8,0
10 (3/8) 12,75 12,85 9,5
15 (½) 15,93 16,03 12,5
1,3
20 (¾) 22,28 22,38 19,0 1,5
25 (1) 28,65 28,75 23,0
32 (1 ¼) 35,00 35,10 24,5
1,8
38 (1 ½) 41,35 41,48 28,0 2,0
50 (2) 54,05 54,18 34,0 2,3
65 (2 ½) 66,75 66,88 37,5 2,5
80 (3) 79,45 79,58 42,0 2,8
Tamanho de válvulas-diâmetro nominal-dn.
As válvulas de bronze são fabricadas normalmente nos DN 6 à 200, onde DN é
designação numérica de tamanho das válvulas, se relacionando tão somente com o
acoplamento das mesmas à tubulação.
Nota: Os DN 6, 10, 15, 20, 25, 32, 38, 50, 65, 80, 100, 125, 150 e 200 correspondem,
respectivamente, às bitolas em polegadas de ¼, 3/8, ½, ¾, 1, 1 ¼, 1 ½, 2, 2 ½, 3, 4, 5,
6 e 8 definidas pela ANSI.
Classe de pressão de válvulas-pressão nominal-pn.
As válvulas de bronze são fabricadas geralmente para as classes 125, 150, 200 e 300
da ANSI, onde a classe de pressão corresponde à pressão nominal-PN ISO-que é uma
designação numérica relativa à capacidade de trabalho de uma válvula à temperatura
de vapor.
Nota: As classes de pressão 125, 150, 200 e 300 da ANSI correspondem,
respectivamente, às pressões nominais PN ISO 16, 20, 25 e 50.
Dentificações e marcações de válvulas
As válvulas de bronze trazem as seguintes identificações gravadas em alto relevo no
corpo: DN, classe de pressão ou PN e seta indicativa de fluxo, no caso específico de
válvulas unidirecionais.
Hidrodinâmica
SENAI 43
A identificação de DN e PN podem ser conforme ANSI e/ou pelo sistema ISO,
geralmente ambos.
Independentemente destas identificações, as válvulas de bronze trazem uma plaqueta
de identificação que permite caracterizar o código de referência do produto. Referida
plaqueta pode ser vermelha para identificação de válvula com extremidades com
flangesou com roscas BSP, ou pode ser verde para identificação de válvula com
extremidades com roscas NPT.
As válvulas com extremidades com roscas NPT trazem ainda um sulco nas faces
correspondentes.
Principais tipos de válvulas de bronze
Os principais tipos de válvulas de bronze são apresentados à seguir, de forma bastante
elucidativa, mostrando-se o princípio de funcionamento de cada tipo, o comportamento
do fluído ao passar através de válvulas, principais formas construtivas, bem como sua
vantagens e desvantagens.
Válvulas gaveta
Generalidades
 Considerada, como uma das válvulas mais utilizadas para fins de bloqueio, as
válvulas gaveta têm uma forma construtiva tal que, como se pode observar na figura 1,
o fluído ao passar em linha reta através do corpo com o obturador na posição
totalmente aberta, sofrerá uma resistência mínima e consequentemente terá uma baixa
perda de carga.
 O obturador, que pode ter a forma de disco ou de cunha, atua através de uma haste
que fica montada na tampa da válvula, promovendo por meio de um rosca própria,
movimentos de translação do disco ou cunha, em sentidos ascendente e descendente,
perpendiculares à trajetória do fluído, abrindo ou fechando, respectivamente, a válvula.
 As válvulas gaveta são indicadas para operar em serviços onde não haja
necessidade de operações freqüentes, visto que o movimento de translação do
obturador é muito lento e portanto deve-se utilizá-las de preferência nas condições de
totalmente aberta ou totalmente fechada. Recomenda-se ainda, não se utilizar as
válvulas gaveta em serviços de regulagens e/ou estrangulamentos, pois nestes casos
o impacto do fluído com o obturador parcialmente aberto, fatalmente causará vibrações
e ruídos indesejáveis, como também poderá ocasionar erosão nas superfícies das
sedes e do obturador (ver figuras 1, 2 e 3).
Hidrodinâmica
SENAI44
Figura 1: Válvula gaveta-forma básica
Características das válvulas gaveta
• Passagem totalmente desimpedida quando totalmente aberta.
• Estanques para quase todos os tipos de fluídos.
• Construção em ampla gama de tamanhos.
• Permitem fluxo nos dois sentidos.
• Não são indicadas em operações freqüentes.
• Não se aplicam em regulagens e/ou estrangulamento de fluxo.
• Ocupam grande espaço (altura) devido ao movimento de translação do obturador,
no caso de ser do tipo haste ascendente.
Comportamento do fluído através de válvulas gaveta
a) com o obturador totalmente aberto
Com o obturador totalmente aberto, o fluído não sofre restrições na passagem (ver
figura 2).
Hidrodinâmica
SENAI 45
Figura 2: Válvula gaveta-detalhe da passagem do fluído com obturador totalmente aberto
b) com o obturador semi aberto
Com o obturador semi-aberto, o fluído aumenta sua velocidade provocando ruídos e
vibrações que são indesejáveis e prejudiciais ao bom desempenho da válvula (ver
figura 3).
Figura 3: Válvula gaveta-detalhe da passagem do fluído com o obturador semi-aberto
Hidrodinâmica
SENAI46
Principais formas construtivas
Válvula gaveta com haste não-ascendente - HNA
Tipo de válvula em que quando se gira a haste, esta não se desloca longitudinalmente
e sua altura do centro ao topo permanece sempre constante, esteja o obturador na
posição aberta ou fechada.
Esse fator possibilita sua instalação mesmo com espaços limitados porém, com a
inconveniência de não se poder observar à distância a posição em que estará o
obturador no interior da válvula (ver figuras 4, 5 e 6).
Figura 4 : Válvula gaveta de haste não ascendente – vista em corte
Hidrodinâmica
SENAI 47
Figura 5 : Válvula gaveta de haste não ascendente aberta – detalhe distância centro a
topo constante
Figura 6 : Válvula gaveta de haste não ascendente – forma construtiva básica até DN 4
Hidrodinâmica
SENAI48
Válvula gaveta com haste ascendente
Tipo de válvula gaveta onde a altura do centro ao topo é variável para mais ou menos,
de acordo com o sentido de giro que se dá à haste, podendo-se assim, observar
mesmo à distância, a posição em que estará o obturador no interior da válvula.
Dois tipos básicos de hastes ascendentes são normalmente utilizados para este tipo de
válvula, a saber:
a) válvula gaveta com haste de rosca interna ascendente
Neste tipo de válvula a rosca da haste permanece sempre no interior da mesma, e
quando acionada por meio do volante preso na sua extremidade, desloca-se
longitudinalmente (ver figuras 7 e 8).
Este manuseio poderá ficar prejudicado se o espaço (altura disponível) não for
considerado, isto em razão da grande extensão de deslocamento do conjunto haste e
 volante (ver figura 8).
Figura 7 : Válvula gaveta com haste de rosca interna ascendente – forma construtiva
básica
Hidrodinâmica
SENAI 49
Figura 8 : Válvula gaveta com haste de rosca interna ascendente – vista em corte,
aberta e fechada.
b) Válvula gaveta com haste de rosca externa ascendente
Neste tipo de válvula a haste permanece sempre fora da válvula, não ficando assim em
contato com o fluído que passa pela mesma (ver figuras 9, 10 e 11).
O deslocamento da haste neste tipo de válvula é apenas longitudinal, ocasionado pelo
movimento rotativo do volante encaixado no castelo da válvula.
Válvulas gaveta com esse tipo de haste são indicadas para operar com qualquer tipo
de fluido, mesmo agressivo, pois permitem lubrificação da rosca da haste.
Hidrodinâmica
SENAI50
Figura 9 : Válvula gaveta com haste de rosca externa ascendente – vista em corte
Hidrodinâmica
SENAI 51
Figura 10: Válvula gaveta com haste de rosca externa ascendente-detalhe da distância
centro a topo variável
Válvula gaveta de fecho rápido
É um tipo de válvula (ver figura 11) onde o sistema de vedação é composto de dois
discos independentes montados à uma alavanca que se desloca radialmente em torno
de um eixo comandado externamente por outra alavanca.
Neste tipo de válvula as ações de abertura e fechamento são extremamente rápidas e
portanto são somente indicadas para usos em linhas de baixa pressão com os mais
diversos fluidos, tais como: água, óleo e derivados de petróleo.
Hidrodinâmica
SENAI52
Figura 11 : Válvula gaveta de fecho rápido – forma construtiva básica
Válvulas globo
Generalidades
Válvulas globo têm esse nome universalizado devido a forma globular concebida
inicialmente no projeto de seu corpo.
Estas válvulas têm como função principal efetuar operações de bloquear, de regular ou
estrangular a passagem de fluídos em uma tubulação.
Seu funcionamento para abrir ou fechar é feito manualmente por um volante fixo à
extremidade da haste provida de uma rosca alojada na tampa da válvula e quando
girada, promoverá um movimento de translação em sentido ascendente ou
descendente do obturador acoplado a outra extremidade da haste que atuará na sede
localizada no corpo da válvula, abrindo, fechando ou regulando a passagem do fluxo.
Existem quatro versões deste tipo de válvula, todas elas com características comuns
quanto ao funcionamento, mas com projetos de disposição do corpo de forma tal que
as diferenciam, proporcionando assim melhores opções aos projetistas e instaladores
em montagens de tubulações.
Hidrodinâmica
SENAI 53
Características das válvulas globo
• Permitem controle parcial do fluxo.
• Abertura e fechamento mais rápido do que as válvulas gaveta.
• As características construtivas do conjunto sede-obturador permitem estanqueidade
total.
• Manutenção favorecida pelo fácil acesso aos componentes internos da válvula sem
a necessidade da sua remoção da linha.
• Admitem fluxo em um só sentido.
• Perda de carga mais elevada que outros tipos de válvulas de bronze.
• Indicadas para operações (acionamentos) freqüentes.
Formas construtivas de válvulas globo
Válvula globo reta
Mais conhecida simplesmente pelo nome de válvula globo, têm as extremidades de
entrada e saídacoaxiais admitindo fluxo pela extremidade de entrada (sempre
determinada por uma seta indicativa de fluxo), que ao adentrar na câmara inferior fará
uma curva de 90 graus em relação ao seu eixo, ultrapassando a região de passagem
onde está localizada a sede, envolvendo a câmara superior onde se localiza o
obturador, (que neste caso está na posição aberta) saindo pela extremidade oposta,
sendo novamente desviada a 90 º (ver figuras 12, 13 e 14).
Este percurso em “S” através da válvula, faz com que o fluído tenha uma perda de
carga maior do que as válvulas que têm passagem livre, (válvulas gaveta, macho,
esfera, etc.) porém excelentes quando utilizadas para aquilo que foram projetadas ou
seja: bloqueio, regulagens e/ou estrangulamento.
Hidrodinâmica
SENAI54
Figura 12 : Válvula Globo com extremidades flangeadas
Figura 13 : Válvulas Globo com extremidades roscadas
Hidrodinâmica
SENAI 55
Figura 14 : Válvulas Globo – detalhes da forma do bloqueio do fluído e passagem em “S”
Válvula globo angular
Mais conhecida como válvula angular (ver figura 15) diferencia-se da válvula globo
reta, apenas na configuração do corpo onde as extremidades de entrada e saída estão
dispostas a 90 graus entre si.
Este arranjo possibilita duas vantagens interesssantes que devem ser levadas em
conta principalmente pelos projetistas, pois neste caso a perda de carga é menos
acentuada em relação às válvulas globo reta, como também propícia diminuição do
número de conexões na instalação (ver figura 16 e 17).
Hidrodinâmica
SENAI56
Figura 15 : Válvula globo angular com extremidades roscadas
Figura 16 : Válvula Angular – detalhes da passagem do fluído e vedação
Hidrodinâmica
SENAI 57
figura 17 : Válvulas globo reta e angular – detalhes típicos de instalação (na 1ª com
uso de 4 junções, 1 niple e 1 cotovelo e na 2ª somente 2 junções)
A vista em corte (figura 16) evidencia a passagem do fluído mais livre se confrontada
com as válvulas globo reta e através da figura 17 se evidencia a economia de
conexões.
Válvula globo oblíqua
Conhecida também, embora inadequadamente, como válvula globo de passagem reta,
ou simplesmente válvula tipo “Y” (ver figura 18), possui as mesmas características de
funcionamento das válvulas globo reta, inclusive com as extremidades de entrada e
saída coaxiais, porém todo o conjunto que engloba o mecanismo de abertura e
fechamento e consequentemente a região de vedação ficam numa posição oblíqua ao
eixo de entrada e saída, o que possibilitará desta forma, o uso de menor espaço
(altura) em uma instalação.
Esta válvula tem ainda a vantagem de propiciar uma perda de carga compatível com
as válvulas angulares (ver figura 19).
Hidrodinâmica
SENAI58
Figura 18 : Válvula globo oblíqua
Figura 19 : Válvula globo oblíqua – detalhe da passagem do fluído
Hidrodinâmica
SENAI 59
Válvula globo de agulha
Ou simplesmente válvula de agulha, é uma variação das válvulas globo e portanto de
funcionamento semelhante. Ela difere basicamente no seu elemento de vedação
(obturador) que se caracteriza pelo seu formato cônico extremamente agudo,
normalmente construído na própria extremidade da haste que promove os movimentos
de abertura, fechamento e principalmente regulagens (ver figuras 20 e 21).
Este tipo de válvula tem o orifício de passagem bastante reduzido em relação à bitola
da válvula para obter-se assim uma maior sensibilidade nas regulagens de vazão.
As válvulas de agulha são indicadas para serem utilizadas em aparelhos de
instrumentação para ar comprimido, gases e líquidos em geral com baixa viscosidade.
Figura 20 : Válvula globo de agulha – tipo monobloco para DN ¾ e menores
Hidrodinâmica
SENAI60
Figura 21 : Válvula globo de agulha – com tampa roscada ao corpo e sede postiça,
para DN 1 e maiores
Válvulas de retenção
Pertencentes ao grupo de válvulas auto operadas e conhecidas também como válvulas
de não-retorno, elas têm como característica principal a propriedade de permitir a
direção do fluxo em um só sentido, retendo-o automaticamente quando houver a
tendência de refluxo.
Uma seta gravada na parte externa do corpo indica o sentido de fluxo.
Válvula de retenção horizontal
Este tipo de válvula tem o corpo com características idênticas ao corpo das válvulas
globo, e portanto com o mesmo comportamento de passagem do fluxo do fluído que,
ao adentrar a válvula, levantará o obturador, normalmente guiado na sua parte inferior
pelo orifício de passagem e na parte superior pelo orifício localizado na tampa, saindo
pela extremidade oposta (Ver figuras 22, 23 e 24).
O efeito retenção (bloqueio de refluxo) se dá quando a pressão do fluído à montante
da válvula for menor que a pressão à jusante da mesma, com o obturador se fechando
automaticamente quando houver refluxo (ver figura 24).
Hidrodinâmica
SENAI 61
As válvulas de retenção horizontal são indicadas para serviços em linhas de fluídos,
tais como: ar, gases, líquidos em geral e vapor, e normalmente utilizadas em conjunto
com as válvulas globo, sempre em tubulação horizontal.
Os obturadores de válvulas de retenção horizontal têm as mesmas características dos
obturadores das válvulas globo na região de contato com a sede, e também com as
mesmas finalidades de uso, em relação aos diversos tipos de fluídos.
Figura 22 : Válvula de retenção horizontal – vista em corte
Hidrodinâmica
SENAI62
Figura 23 : Válvula de retenção horizontal – detalhe da passagem do fluído
Figura 24 : Válvula de retenção horizontal – detalhe do efeito retenção (bloqueio no refluxo)
Hidrodinâmica
SENAI 63
Válvula de retenção com portinhola
Tipo de válvula que consiste de um obturador em forma de disco (portinhola) preso a
um braço articulado, pivotado superiormente por um eixo transversal, apoiado no
interior do corpo da válvula (ver figura 25). Seu funcionamento é automático.
O fluído ao adentrar na válvula transpassa a região da sede, levantando o obturador
articulado, saindo pela extremidade oposta, e o efeito retenção (bloqueio no refluxo) se
dá quando o fluído tiver uma pressão à montante menor que a pressão à jusante da
mesma, com tendência de refluxo (ver figuras 26 e 27).
Este tipo de válvula por ter uma passagem livre, oferece perda de carga mínima, e
pode ser instalada tanto em tubulações horizontais como verticais.
Recomenda-se o uso de válvulas de retenção com portinhola, sempre em conjunto
com válvulas de bloqueio do tipo gaveta, macho, esfera, etc., e não se recomenda usar
em linhas que tenham fluxos pulsantes ou com altas velocidades de escoamento, que
poderão ocasionar ruídos e vibrações indesejáveis, como também diminuição de sua
vida útil. Os obturadores de válvulas de retenção de portinhola têm sempre a forma de
 um disco, podendo ser totalmente metálicos ou insertados, com anéis feitos de
elastômero (buna N ou neoprene).
Figura 25 : Válvula de retenção com portinhola – vista em corte
Hidrodinâmica
SENAI64
Figura 26 : Válvula de retenção com portinhola – detalhe da passagem do fluído
Figura 27 : Válvula de retenção com portinhola – detalhe efeito retenção (bloqueio de refluxo)
Hidrodinâmica
SENAI 65
Válvula de retenção vertical
É o tipo de válvula que se aplica tão somente em fluxos ascendentes, e portanto
concebida, para operar sempre na posição vertical.
Seu corpo tem formato cilíndrico, com extremidades de entrada e saída coaxiais, tendo
internamente o obturador, que na região de contato com a sede, tem formato de um
tronco de cone dotado de um eixo guia (ver figuras 28 e 29).
Seu funcionamento é automático.
O fluxo (sempre ascendente) eleva o obturador, abrindo a válvula, que se fecha
automáticamente quando houver tendência de refluxo.
Figura 28 : Válvula de retenção vertical – vista em corte
Hidrodinâmica
SENAI66
Figura 29 : Válvula de retenção vertical – modelo básicoVálvula de retenção para fundo de poço
Também conhecida como válvula de “pé”, com funcionamento idêntico à válvula de
retenção vertical, possuindo na extremidade de entrada (lado inferior) uma grade de
proteção (crivo) para impedir a entrada de materiais mais grosseiros (ver figura 30).
Esta válvula é utilizada em fundo de poços ou de reservatórios, acoplada verticalmente
ao tubo de sucção de um sistema de recalque, que quando em funcionamento,
mantém o obturador suspenso, permitindo a passagem do fluído aspirado.
Quando cessa a sucção do fluído, o obturador retorna para a posição normalmente
fechado, impedindo o retorno do líqüido, mantendo desta forma, a tubulação e a
bomba sempre cheias, para posteriormente, permitir um novo ciclo de funcionamento
do sistema de recalque, sem a necessidade de escorva.
Hidrodinâmica
SENAI 67
Figura 30 : Válvula de retenção de fundo de poço – modelo básico
Válvula macho
Historicamente é uma das mais antigas válvula de bloqueio conhecida.
Seu mecanismo consiste de um obturador (macho cônico) que funciona rotativamente
dentro do corpo, necessitando de apenas ¼ de volta para abrir ou fechar.
Ambos, macho e corpo têm orifícios de passagens ajustados de forma a coincidir um
com o outro, para permitir a passagem do fluído.
As válvulas macho são recomendadas como válvulas de bloqueio, não sendo
entretanto recomendadas para serviços de regulagem e/ou estrangulamento e em
serviço de operações freqüentes de abertura e fechamento da válvula, pois o filme de
graxa aplicado entre o corpo e o macho, que tem as funções de diminuir o atrito entre
as partes e vedação, poderá se escoar, ocasionando vazamentos.
Os dois tipos mais usuais de válvulas macho construídos em bronze são:
Hidrodinâmica
SENAI68
Válvula macho passante
É um tipo de válvula muito simples, recomendada para uso no bloqueio de líqüidos,
não sendo, entretanto, recomendada para uso em vapor ou outras condições com
variações acentuadas de temperatura, que possam ocasionar o emperramento da
mesma, na dilatação térmica dos materiais.
Sua forma construtiva consiste de um macho cônico (obturador) que se auto-ajusta ao
corpo, transpassando-o, de forma a admitir, em sua extremidade inferior, uma arruela
de arrasto e uma porca, utilizadas para ajustes e regulagens necessárias para o bom
funcionamento do sistema de giro da válvula (ver figura 31).
Figura 31 : Válvula de macho passante – modelos básicos
Hidrodinâmica
SENAI 69
Válvula esfera
Basicamente, válvula esfera é uma variação da válvula macho que, ao invés de um
obturador cônico, tem um obturador esférico vazado, que atua entre dois anéis (sedes)
resilientes que requer igualmente apenas ¼ de volta para abertura ou fechamento da
passagem do fluído, porém com um baixo torque de acionamento (ver figura 32).
As válvulas esfera podem ser do tipo bipartido ou tripartido (ver figuras 33 e 34).
Podem ainda ser de passagem plena ou de passagem reduzida (ver figura 35).
As válvulas esfera tripartidas, em relação às bipartidas, oferecem maiores facilidades
de manutenção, pois para esta finalidade não requerem a sua retirada da linha.
As válvulas esfera proporcionam sempre ótima estanqueidade tanto em baixas como
em altas pressões e quando totalmente abertas ocasionam baixa perda de carga,
principalmente aquelas de passagem plena.
As válvulas esfera são recomendadas para uso como válvula de bloqueio de líquidos,
ar comprimido ou vapor, a temperaturas até 208 ºC, compatíveis com o bronze,
gaxetas e sedes de PTFE, empregadas nas válvulas tripartidas, ou a temperaturas até
90 ºC, compatíveis com as gaxetas de VITON, empregadas nas válvulas bipartidas.
Assim como as válvulas macho, as válvulas esfera não são recomendadas para
regulagens e/ou estrangulamento, pois caso contrário o fluído, ao passar pela região
da esfera parcialmente fechada, poderá danificá-la com o aumento de velocidade do
fluído.
Os obturadores (esfera) das válvulas são construídos em aço inoxidável microfundido
ou em latão revestido com cromo, apropriados para diversas aplicações, compatíveis
com as características da grande maioria dos fluídos.
Figura 32 : Válvula esfera – vista em corte
Hidrodinâmica
SENAI70
Figura 33 : Válvula esfera – modelos corpo bipartido
Figura 34 : Válvula esfera – modelo corpo tripartido
Figura 35 : Esferas – modelo de esferas : passagem plena e reduzida
Hidrodinâmica
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Válvula de alívio
Generalidades
Inicialmente faz-se necessário conhecer as diferenças entre válvulas de alívio e de
segurança.
As funções básicas para ambas são 3, apresentadas a seguir:
– abrir a uma pressão pré-determinada;
– descarregar todo o volume previsto no seu dimensionamento, na sobrepressão
prevista;
– fechar dentro do diferencial de alívio previsto.
Estas funções devem ocorrer de forma confiável e precisa.
Embora as funções básicas de ambas sejam as mesmas, existem diferenças
fundamentais entre ambas, no que se refere à forma de descarga e tipos de fluídos
admissíveis.
As válvulas de alívio são recomendadas para uso com líqüidos, ar comprimido ou
mesmo alguns gases inertes, quando se deseja realizar de forma automática e
gradativa, pequenas compensações (alívio) de pressão, com a válvula se abrindo ou
fechando gradativamente, na medida em que a pressão do sistema aumenta ou
diminui, respectivamente.
As válvulas de alívio, são recomendadas para baixas vazões de descarga e,
preferencialmente, para fluídos não compressíveis, como por exemplo a água, onde
pequenas descargas resultam sempre em grande redução de pressão.
Por outro lado, as válvulas de segurança são recomendadas para uso com vapor e
gases, quando se deseja um dispositivo capaz de aliviar a pressão de forma
automático e instantânea.
Geralmente as válvulas de segurança são dotadas de efeito “POP ACTION”-ação de
abertura instantânea, recurso não disponível em válvulas de alívio.
A existência de recurso “POP ACTION” nas válvulas de segurança permite que as
mesmas atuem de forma eficaz mesmo com fluídos compressíveis ou sejam aqueles
fluídos que requerem sempre grandes descargas, até mesmo para pequenas reduções
de pressão
Características da válvula de alívio
Concebida no grupo de válvulas autoperadas, a válvula de alívio como pode ser visto
nas figuras 36 e 37 tem características funcionais baseadas numa sede onde o fluído
fica permanentemente em contato com o obturador que se abre (eleva-se) caso a força
resultante da pressão do fluído vença a força da mola que o suporta.
O fechamento da válvula (obturador) se dá em sentido contrário sempre que a força
resultante da pressão do fluído for menor que a força exercida pela mola.
Hidrodinâmica
SENAI72
Por opção do usuário, a descarga do excesso de pressão é feita diretamente para a
atmosfera ou para um reservatório que no caso deverá estar conectado à extremidade
de saída do corpo da válvula.
O corpo da válvula que é conectado com a sede, além do obturador e da mola,
comporta na sua parte superior o mecanismo de regulagem da válvula constituído pelo
parafuso de ajuste e porca de trava que permitem ajustar a tensão da mola em
correspondência com as necessidades do usuário numa faixa de pressão para
abertura da válvula (descarga).
Figura 36 : Válvula de alívio – vista em corte
Hidrodinâmica
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Figura 37 : Válvula de alívio – modelo básico
Regulagem de válvulas de alívio
Exceto quando previamente solicitada pelo cliente uma regulagem numa pressão
previamente definida, as válvulas de alívio são fornecidas reguladas para 100 PSI.
Assim sendo, caso a necessidade do usuário seja de operação em pressão diferente
de 100 PSI, cabe a este proceder a conveniente regulagem por ocasião da instalação
da válvula, respeitando-se sempre os limites permitidos de regulagem para as válvulas
que vão de uma pressão de cerca de 10 até 150 PSI,bem como todos os
procedimentos e condutas necessárias para uma correta regulagem de válvulas de
alívio.
A regulagem de válvulas de alívio em princípio é uma operação muito simples com a
aplicação de uma pressão em que se deseja que a válvula seja aberta (início de
descarga), sendo assim o parafuso de ajuste fixado em posição correspondente
através da porca de trava.
Neste caso, o controle da pressão de regulagem deve ser feito através de um
manômetro instalado em linha com a válvula, admitindo-se como ideal o início da
abertura da mesma à exata pressão de regulagem desejada, sua abertura total
(descarga plena) com cerca de 25% de sobrepressão e fechamento com cerca de 90%
da pressão de regulagem desejada.
Para execução de regulagem de válvulas de alívio o executante deve dispor de chave
de fenda para aumentar ou diminuir a tensão da mola (pressão de regulagem) através
do parafuso de ajuste e um sistema como por exemplo uma bomba para gerar a
pressões requeridas.
Com o acionamento (rosqueamento) do parafuso de ajuste no sentido horário
aumenta-se a tensão da mola, reduzindo-se a mesma com acionamento em sentido
contrário.
Hidrodinâmica
SENAI74
Para prevenir possíveis problemas em regulagens de válvulas de alívio é
recomendável que a porca de trava esteja sempre solta no acionamento do parafuso
de ajuste.
Capacidade de descarga de válvulas de alívio
A capacidade de descarga é dado imprescindível na seleção de válvulas de alívio
através do qual se determina o tamanho (DN) da válvula requerida, que no caso deve
ter uma capacidade de descarga igual ou superior à geração do sistema, acrescida da
descarga desejada.
Nas tabelas 3, 4 e 5 são apresentados dados de referência para a capacidade de
descarga das válvulas de alívio para água, ar e vapor respectivamente, com valores
intermediários podendo ser obtidos por interpolação, ressaltando-se entretanto que
dados reais obtidos por medições e/ou verificações diretas nas instalações são sempre
recomendáveis para maiores segurança e precisão.
Tabela 3: Válvulas de alívio-capacidade de descarga de água, em litros por minuto
Descarga de água com 25% de sobre pressão
(l / min)
DN
Pressão
de
abertura
(PSI) ½ ¾ 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3
25 4,6 7,9 18,9 25,0 32,9 47,3 106,0 220,0
50 7,6 12,5 32,9 50,3 60,6 94,9 140,0 291,0
75 10,2 17,0 45,4 68,5 91,6 136,0 174,0 348,0
100 13,2 21,6 57,5 80,3 121,0 170,0 208,0 401,0
125 16,6 26,5 68,5 91,5 150,0 205,0 242,0 454,0
150 20,4 30,3 79,0 100,0 179,0 240,0 276,0 507,0
Tabela 4: Válvulas de alívio-capacidade de descarga de ar livre, em m3 / min
Descarga de ar livre com sobre pressão de 10%
(m3 / min)
DN
Pressão
de
abertura
(PSI) ½ ¾ 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3
25 0,90 1,36 1,89 3,65 4,41 6,34
50 1,39 2,15 3,59 6,37 8,15 10,47
75 1,95 2,69 4,44 8,89 10,93 14,01
100 2,49 3,11 5,35 10,33 12,40 17,27
125 2,97 3,45 6,08 11,49 14,46 19,90
150 3,43 3,94 6,82 12,48 16,82 23,13
Não
recomen
dado o
uso com
ar.
Não
recomen
dado o
uso com
ar.
Hidrodinâmica
SENAI 75
Tabela 5: Válvulas de alívio-capacidade de descarga de vapor, em kg/hora
Descarga de vapor com sobre pressão de 10%
(kg / hora)
DN
Pressão
de
abertura
(PSI) ½ ¾ 1 1 ¼ 1 ½ 2 2 ½ 3
25 40,8 61,2 85,3 163,0 202,0 285,0
50 62,4 96,2 162,0 287,0 366,0 470,0
75 87,5 121,0 200,0 400,0 492,0 630,0
100 112,0 139,0 241,0 465,0 557,0 776,0
125 134,0 155,0 274,0 509,0 650,0 895,0
150 154,0 177,0 307,0 561,0 756,0 1041,0
Não
recome
ndado o
uso com
vapor.
Não
recomend
ado o uso
com
vapor
Indicador de nível para líquidos
O indicador de nível para líqüidos (ver figura 38) é constituído basicamente por 2
válvulas tipo agulha, interligadas na instalação por um tubo de vidro e 2 varetas de
proteção. É dotado ainda de torneira para dreno DN 1/8.
O tubo de vidro cujo diâmetro deve ser de 5/8” normalmente não é fornecido com o
conjunto.
As varetas de proteção são fornecidas no diâmetro 5/32” e 420 mm de comprimento,
podendo entretanto, por conveniência e responsabilidade do usuário, ser substituída
na instalação por outra equivalente, com o mesmo diâmetro e comprimento adequado
às necessidades.
O indicador de nível para líqüidos é recomendado para uso em reservatórios,
caldeiras, autoclaves e outras instalações similares e compatíveis com os materiais
empregados na construção do mesmo, quais sejam torneiras de dreno de bronze, com
gaxetas de teflon e anel de neoprene empregado na junta de fixação do tubo de vidro.
Figura 38 : Indicador de nível para líqüidos
Hidrodinâmica
SENAI76
Visor
O visor de bronze (ver figura 39), que tem o corpo de bronze e visor de vidro
temperado, é recomendado para uso em linha de condensado de vapor até a pressão
máxima de 50 PSI, bem como para líqüidos até 60 ºC e pressão máxima de 100 PSI.
Em linhas de condensado, o visor permite verificar a saída do condensado da
instalação e, por extensão, verificar a eficiência de purgadores, de forma individual
quando instalado um visor para cada purgador, ou de diversos purgadores
simultaneamente, quando instalado em tubo coletor.
Figura 39 : Visor
Hidrodinâmica
SENAI 77
Válvula de fecho rápido com mola
A válvula de fecho rápido com mola (ver figura 40) é uma válvula do tipo normalmente
fechado recomendada para uso em comando de acionamento de elevadores
hidropneumáticos e para outros serviços correlatos com líqüidos.
Figura 40 : Válvula de fecho rápido com mola
Hidrodinâmica
SENAI78
Válvula solenóide
Os solenóides são bobinas eletromagnéticas que, quando energizadas, geram um
campo magnético capaz de atrair elementos com características ferrosas,
comportando-se como um imã permanente.
Numa eletroválvula, hidráulica ou pneumática, a bobina do solenóide é enrolada em
torno de um magneto fixo, preso à carcaça da válvula, enquanto que o magneto móvel é
fixado diretamente na extremidade do carretel da válvula. Quando uma corrente elétrica
percorre a bobina, um campo magnético é gerado e atrai os magnetos, o que empurra o
carretel da válvula na direção oposta a do solenóide que foi energizado. Dessa forma, é
possível mudar a posição do carretel no interior da válvula, por meio de um pulso
elétrico.
Hidrodinâmica
SENAI 79
Em eletroválvulas de pequeno porte, do tipo assento, o êmbolo da válvula é o próprio
magneto móvel do solenóide. Quando o campo magnético é gerado, em conseqüência
da energização da bobina, o êmbolo da válvula é atraído, abrindo ou fechando
diretamente as passagens do fluido ou ar comprimido no interior da carcaça da válvula.
Hidrodinâmica
SENAI80
Hidrodinâmica
SENAI 81
Questionário de estudos
1) Nas mudanças de temperatura, tanto para mais como para menos graus Cº, o que
pode ocorrer com os condutores de fluído ou gases? (pág. 5)
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2) Qual é o peso aproximado de um décimo cúbico? (pág. 7)
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3) O que é pressão positiva de sucção? (pág. 8)
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4) O que é pressão negativa de sucção? (pág. 8)
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5) Explique o que você entende por vácuo. (pág. 9)
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6) Qual é a temperatura de ebulição da água ao nível do mar? Por quê? (pág. 11)
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Hidrodinâmica
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7) O que é cavitação? (pág. 11)
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8) O que deve ser feito para evitar a cavitação? (pág. 11, 12)
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9) Explique o que você entende por corrosão? (pág. 11)
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10) Explique o que você entende por aeração? (pág. 12)
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11) Explique o que é pressão. (pág. 12)
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12) Explique o que é vazão. (pág. 17)
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13) O que é velocidade de escoamento? (pág. 18)
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Hidrodinâmica
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14) O que é velocidade cimiar (pág. 18)
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15) O que é pressão estatística? (pág. 19, 20)
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16) O que é pressão dinâmica? (pág. 19, 20)
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17) O que é viscosidade de um fluído? (pág. 19, 20, 21)
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18) O que é perda de carga? (pág.21)
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19) A perda de carga é influenciada por quais fatores? (pág. 21)
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20) O que você entende por Golpe Ariete? (pág. 23, 24)
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21) Como são classificados os tipos de materiais para os tubos ou condutores de
fluídos ou gases? (pág. 25)
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22) Descreva o que são válvulas industriais. (pág. 27)
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23) Descreva a classificação das válvulas. (pág. 27)
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24) O que é gaxeta? (pág. 29)
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25) Descreva os materiais que constituem uma gaxeta. (pág. 29)
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26) Descreva as aplicações e funções das gaxetas. (pág. 29)
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27) O que são e para que servem os filtros provisórios? (pág. 32)
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Hidrodinâmica
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28) O que é peneira? (pág. 32)
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29) O que é filtro de ar ? (pág. 33)
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30) Cite algumas funções de uma linha hidráulica. (pág. 35)
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31) Explique o que são válvulas de bloqueio. (pág. 39)
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32) O que é extremidade de válvula? (pág. 40)
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33) Quais os tipos de extremidades de válvulas? (pág. 40)
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34) Descreva suas aplicações. (pág. 40)
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35) Descreva as características das válvulas de gaveta. (pág. 43)
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36) O que é válvula de gaveta com haste não ascendente? (pág. 43)
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