Unidade 1. 2 - Válvulas

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VálvulasVálvulas
ão dispositivos destinados a estabelecer/interromper o fluxo em uma
tubulação e também a controlá-lo se desejado. São os acessórios de tu-
bulação mais importantes, merecendo cuidados especiais na sua locali-
zação, seleção e especificação, e também os mais caros, devendo por isso
haver o menor número possível, ou o estritamente necessário à opera-
ção da planta.
Classificação quanto à finalidade e ao tipo
São utilizadas apenas para estabelecer/interromper o fluxo (on/off), fun-
cionando completamente abertas ou completamente fechadas. Quando
totalmente fechadas, devem garantir o bloqueio do fluxo, com um grau de
vazamento adequado ao sistema e ao fluido. Quando totalmente abertas,
devem promover a mínima restrição à passagem do fluido, sendo quase
sempre do mesmo diâmetro nominal da linha e com passagem interna
compatível com o diâmetro interno da linha.
Tipos
VÁLVULA GAVETA (gate valves)
VÁLVULA MACHO (plug, cock valves)
VÁLVULA ESFERA (ball valves)
VÁLVULA DIAFRAGMA (diaphragm valves)
VÁLVULA DE COMPORTA (slide, blast valves)
Unidade 1
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VÁLVULAS DE BLOQUEIO
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São utilizadas com o objetivo de controlar o fluxo que passa pelo trecho
de tubulação onde estão instaladas, podendo trabalhar em qualquer po-
sição de abertura parcial. O fluxo é controlado através da variação da res-
trição imposta pela válvula à passagem do fluido, com variação da aber-
tura da válvula (área entre o obturador e a sede). Normalmente com diâ-
metros menores do que a linha.
Tipos
VÁLVULA GLOBO (globe valves)
VÁLVULA AGULHA (needle valves)
VÁLVULA BORBOLETA (butterfly valves)
VÁLVULA DE 3 OU 4 VIAS (three or four way valves)
São utilizadas com o objetivo de permitir o fluxo em um único sentido.
Tipos
VÁLVULA DE RETENÇÃO (check valves)
VÁLVULA DE RETENÇÃO E FECHAMENTO (stop-check valves)
VÁLVULA DE PÉ (foot valves)
Tipos
VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO (safety, relief valves)
VÁLVULA DE EXCESSO DE VAZÃO
VÁLVULA DE CONTRAPRESSÃO (back-pressure valves)
Tipos
VÁLVULAS REDUTORAS E REGULADORAS DE PRESSÃO
VÁLVULA DE QUEBRA-VÁCUO
VÁLVULAS DE CONTROLE OU REGULAGEM (control valves)
VÁLVULAS DIRECIONAIS OU DE RETENÇÃO
VÁLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSÃO A MONTANTE
VÁLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSÃO A JUSANTE
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Construção das válvulas
O corpo é a parte principal, contendo a sede (área de passagem do flui-
do) e as extremidades que serão conectadas à tubulação. As válvulas são
peças sujeitas à manutenção e, por isso, devem ser, em princípio, facilmen-
te desmontáveis, a não ser quando se exija eliminação absoluta do risco
de vazamento. Os meios de ligação para válvulas são os seguintes:
EXTREMIDADES FLANGEADAS
Para válvulas maiores que 2" de qualquer material
EXTREMIDADES ROSQUEADAS
Para válvulas menores que 4" em tubulações em que não se exija elimi-
nação absoluta do risco de vazamentos
EXTREMIDADES PARA SOLDA DE TOPO
Para válvulas de aço maiores que 2", em servi-
ços com pressões elevadas ou em que se exija
eliminação absoluta do risco de vazamentos
EXTREMIDADES PARA SOLDA DE SOQUETE
Para válvulas de aço menores que 2" em que a
solda de topo é ineficiente
Veja a Figura 7.
Nas válvulas com corpo fino, como as gui-
lhotinas, borboletas e algumas de retenção e es-
fera, estas são montadas entre os flanges da
própria tubulação, sendo que os parafusos de
união dos flanges podem passar por fora do
corpo da válvula (wafer), ou por “orelhas” no
entorno do corpo (lug).
O corpo é normalmente forjado para diâme-
tros até 2” e fundido para diâmetros maiores.
Pode também ser fabricado por usinagem de
barras (para diâmetros pequenos e pressões
FIGURA 7 VÁLVULA DE AGULHA
CASTELO
DE UNIÃO
PORCA
AGULHA
SEDE
TRAJETÓRIA
DO FLUIDO
CORPO E CASTELO (formam a “carcaça” da válvula)
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altas). Pode ser bipartido, encamisado (para a passagem de fluido quente
que garante a não-solidificação do fluido no seu interior), ou aletado (para
dissipação de calor).
O castelo é montado sobre o corpo e fecha a parte superior deste, su-
portando e interligando as partes móveis que controlam a abertura da
válvula: o mecanismo interno e o mecanismo de acionamento.
Tipos de fixação do castelo ao corpo
ROSQUEAMENTO DIRETO
Corpo e castelo rosqueados. Para válvulas pequenas e baixa pressão
ROSQUEAMENTO POR PORCA SOLTA DE UNIÃO
Montagem com sobrepostas. Para válvulas pequenas e alta pressão, per-
mitindo melhor vedação
MONTAGEM POR PARAFUSOS
A base do castelo é aparafusada no corpo (como flanges). Utilizado para
válvulas de grande diâmetro
Existem vários tipos de mecanismos internos, sendo o que normalmente
diferencia os tipos de válvula. Os mais comuns são compostos de uma haste
que se conecta a um obturador na sua extremidade. O obturador se assenta
na sede para promover o fechamento, ou se movimenta (sobre ou através
da sede), proporcionando a variação da área de passagem do fluido e, com
isto, o controle do fluxo.
A haste pode ter um movimento de subida e descida, ou um movimento
giratório.
A haste atravessa o castelo, havendo assim a necessidade de um siste-
ma de vedação. O principal sistema utilizado é a caixa de gaxetas con-
vencional, com sobreposta e parafusos ou com porca de aperto.
Em aplicações específicas com maior preocupação com vazamentos,
pode-se usar engaxetamento de fole ou anéis retentores.
MECANISMO INTERNO
SISTEMA DE VEDAÇÃO
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Os principais meios de operação são os seguintes:
Operação manual
Em uma operação manual, empregam-se volantes e alavancas em válvu-
las de até 12”. Para válvulas maiores, usam-se os sistemas de engrenagem
e parafuso sem fim, com o objetivo de suavizar a operação.
Em uma operação manual de válvulas situadas fora do alcance do ope-
rador, utilizam-se volantes e alavancas com correntes, ou ainda haste de
extensão. Esta última também para válvulas muito quentes ou frias.
Operação motorizada
A operação motorizada é empregada para válvulas comandadas a distân-
cia (para controle, intertravamento ou em locais perigosos), situadas em
posições inacessíveis e muito grandes (que impossibilitam a operação
manual). Gradativamente, vem sendo cada vez mais utilizada nas unida-
des de processo, devido ao alto grau de automação exigido atualmente
pela indústria do petróleo.
Nos sistemas de operação motorizada hidráulica ou pneumática, a haste
da válvula é comandada por um êmbolo ou um diafragma, sujeito à pres-
são de óleo ou ar comprimido. O comando hidráulico é usado quase que
somente para válvulas muito grandes. O comando pneumático é o siste-
ma mais empregado nas válvulas comandadas por instrumentos automá-
ticos (válvulas de controle). É preciso não confundir as comandadas por
instrumentos automáticos com as de operação automática.
Nos sistemas de operação motorizada elétrica, a haste da válvula é
comandada por um motor elétrico, acionando o volante da válvula por meio
de engrenagens de redução; ou por solenóide, cujo campo magnético
movimenta a haste da válvula diretamente por atração. Este último éempregado apenas para pequenas válvulas, acionado por relés elétricos
ou instrumentos automáticos.
Operação automática (auto-operadas)
Podem ser comandadas pela pressão de molas ou pela pressão do próprio
fluido, ou seja, uma conexão na entrada ou na saída da válvula leva o fluido
até o sistema do acionador, para que estas pressões sejam mantidas no
nível ajustado. Observe a Figura 8 na página a seguir.
MEIOS DE OPERAÇÃO E MECANISMOS DE ACIONAMENTO
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Particularidades
dos principais
tipos de válvulas
São as válvulas de uso mais
generalizado, por serem ba-
ratas, de operação e manu-
tenção simples. Elas são uti-
lizadas principalmente nos
serviços de bloqueio para lí-
quidos em geral (desde que
não sejam muito corrosivos
ou voláteis), para quaisquer
diâmetros e também para o
bloqueio de vapor e ar em
linhas de diâmetro acima de
8”. Em todos estes serviços,
as válvulas de gaveta são
usadas para qualquer pres-
são e temperatura. As válvulas gaveta não têm um fechamento absoluta-
mente estanque. Porém, na maioria das aplicações práticas, tal fechamento
não é necessário.
O obturador (chamado de gaveta) se desloca perpendicularmente ao
sentido de escoamento do fluido, bloqueando o orifício da válvula. Quan-
do completamente aberta, a perda de carga causada por este tipo de vál-
vula é desprezível.
Elas devem trabalhar totalmente abertas ou totalmente fechadas, isto
é, são válvulas de bloqueio e não de regulagem. Quando parcialmente
abertas, causam laminagem da veia fluida, acompanhada de cavitação e
violenta erosão.
As válvulas gaveta são sempre de fechamento lento, sendo impossível
fechá-las instantaneamente. Esta é uma grande vantagem deste tipo de
válvula, porque se pode controlar o efeito dos golpes de ariete.
A “gaveta” pode ser em cunha ou paralela. A gaveta em cunha é de
melhor qualidade e proporciona um fechamento mais seguro do que a
gaveta paralela, embora esta última seja mais simples.
FIGURA 8 ACIONADOR PNEUMÁTICO
VÁLVULAS GAVETA
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Algumas particularidades
Sistemas de movimentação da haste
HASTE ASCENDENTE COM ROSCA EXTERNA
A haste tem apenas movimento de translação, e o volante, preso ao cas-
telo por uma porca fixa, apenas movimento de rotação. A rosca da haste é
externa à válvula, estando assim livre do contato com o fluido.
HASTE ASCENDENTE COM ROSCA INTERNA
É a disposição mais usual em válvulas pequenas e também em válvulas gran-
des de qualidade inferior. O volante é preso à haste, e a rosca da haste está
no castelo. A haste e o volante têm movimentos de translação e rotação.
HASTE NÃO-ASCENDENTE
A haste e o volante têm apenas movimento de rotação. A haste possui rosca
na extremidade da parte de dentro da válvula, que gira dentro da rosca
da gaveta, proporcionando seu movimento de translação.
Problemas característicos durante a operação de válvulas gaveta
Em caso de alta pressão, é difícil a operação de uma válvula gaveta.
Pode-se usar chaves apropriadas aplicadas ao volante, ou instalar um
desvio na válvula: na abertura ou fechamento da válvula utiliza-se o des-
vio para evitar alto diferencial de pressão na operação
As gaxetas requerem atenção: tanto a má lubrificação como o aperto
demasiado podem acarretar dificuldades na operação. Pouco aperto pode
provocar um pequeno vazamento com o uso
A abertura ou o fechamento total da válvula
pode trancá-la na posição
Depósitos e defeitos na gaveta ou na sede po-
dem fazer com que a válvula perca a vedação.
Não se deve forçar seu fechamento
ATENÇÃ0
Uma variante da válvula
gaveta é a válvula de fecho
rápido. Nelas, a gaveta é
manobrada por uma
alavanca externa,
fechando-se com um
movimento único
da alavanca
ATENÇÃ0
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Nas válvulas globo o fechamento é feito por meio do obturador em forma
de tampão, que se move contra o orifício (sede) da válvula. Essas válvulas
podem apresentar excelente vedação e trabalhar em qualquer posição
intermediária, sendo utilizadas como válvulas de regulagem.
Devido à sua forma construtiva, geram mais perda de carga que os
outros tipos, mesmo estando totalmente abertas.
Possuem dois obturadores em forma de tampão na mesma haste, que se
movem contra duas sedes (dividindo o fluxo na entrada da válvula).
São as variantes das válvulas globo, onde o tampão é substituído por uma
peça cônica fina (denominada agulha), com sede também cônica, que
permite um controle mais delicado da vazão. É usada em linhas de até 2”.
São as variantes das válvulas globo, em “Y”. Apresentam uma haste a 45°
com o corpo, e em conseqüência disso as perdas de carga ficam bastante
reduzidas. Essas válvulas são muito utilizadas para bloqueio e regulagem
de vapor.
Nas angulares os bocais de entrada e saída fazem 90° entre si. Permi-
tem perdas de cargas menores que a válvula globo comum e evitam o
acúmulo de sólidos em suspensão.
São as variantes das válvulas globo em que o obturador tem a forma de
um copo invertido perfurado (como uma gaiola), que se movimenta den-
tro da passagem da sede. Essas válvulas são empregadas para reduzir
cavitação e ruído.
Muito usadas para fluidos perigosos, elas fazem o bloqueio através do
fechamento de um diafragma flexível sobre a sede. A haste e o sistema
de acionamento ficam fora de contato com o fluido. Têm sua utilização
limitada pelo material do diafragma.
VÁLVULAS GLOBO
VÁLVULAS GLOBO SEDE DUPLA
VÁLVULAS AGULHA
VÁLVULAS EM “Y” E ANGULAR
VÁLVULAS GAIOLA
VÁLVULAS DIAFRAGMA
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Nas válvulas macho o obturador é cônico e possui um furo oblongo na
vertical: o furo alinhado com a tubulação permite a passagem do fluido.
A operação se dá pela rotação em 1/4 de volta da haste, girando o obtura-
dor. Esse tipo de válvula é, fundamentalmente, de bloqueio para fecha-
mento rápido. Quando totalmente abertas, a perda de carga é mínima.
São utilizadas principalmente nos serviços de bloqueio de gases
para qualquer diâmetro, temperatura ou pressão, bem como no blo-
queio rápido de vapor e líquidos em geral para pequenos diâmetros e
baixas pressões.
São variantes da válvula macho, onde os obturadores têm furos em forma
de “T”, “L” ou em cruz, com o corpo de 3 ou 4 bocais para ligação às tu-
bulações. São empregadas para manobras com vários alinhamentos do
fluido, simplificando a operação e diminuindo o número de válvulas co-
muns necessárias.
É possível conseguir, em especial em válvulas pequenas, um fechamen-
to absolutamente estanque.
Definidas como variantes das válvulas macho, o macho cônico é subs-
tituído por um obturador esférico, deslizando na sede entre anéis re-
tentores. O obturador comum possui um furo do mesmo diâmetro das
conexões da válvula. As vantagens dessas válvulas sobre as de gave-
ta são o menor tamanho e peso, além de melhor vedação. São bastan-
te empregadas e também possuem obturadores especiais para funções
de controle.
As válvulas borboleta possuem um obturador em forma de disco. A operação
se dá pela rotação em 1/4 de volta da haste. Quando o disco se posiciona
perpendicularmente à tubulação, bloqueia o fluxo. São válvulas de regu-
lagem, mas com construção especial podem ser empregadas como blo-
queio. São usadas em tubulações de grande diâmetro, sujeitas a baixaspressões e temperaturas moderadas, para líquidos e gases, corrosivos e
com sólidos em suspensão.
VÁLVULAS MACHO
VÁLVULAS DE 3 OU 4 VIAS
VÁLVULAS ESFERA
VÁLVULAS BORBOLETA
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São válvulas dos tipos adequados para regulagem (globo, borboleta
etc.), com acionamento motorizado (atuadores), usadas em combinação
com instrumentos automáticos que as comandam a distância. São uti-
lizadas principalmente em acionadores pneumáticos, existindo uma
gama enorme de diferentes tipos de acionadores, que se aplicam a di-
ferentes necessidades.
Permitem a passagem de fluido apenas em um sentido, fechando-se au-
tomaticamente se houver tendência à inversão no sentido de escoamen-
to, por diferença de pressões exercidas pelo próprio fluido. São, por isso,
válvulas de operação automática, usadas, por exemplo, em linhas de re-
calque de bombas em paralelo, para evitar o retorno de fluido através das
bombas paradas, em linhas de carregamento de tanques para evitar um
possível esvaziamento etc.
Tipos principais de válvulas de retenção
VÁLVULA DE RETENÇÃO DE PORTINHOLA
Seu fechamento é feito por uma portinhola articulada, que se assenta
no orifício da válvula. Essas válvulas não devem ser usadas em tubu-
lações sujeitas a freqüentes inversões de fluxo, devido à tendência a
vibrar fortemente.
VÁLVULA DE RETENÇÃO TIPO PLUG
O fechamento da válvula é semelhante ao da válvula globo, feito por meio
de um tampão cuja haste desliza em uma guia interna. Essa válvula cau-
sa perdas de carga muito grandes e por isso é pouco usada em linhas de
diâmetros acima de 6”. Adequada ao trabalho com gases e vapores.
VÁLVULA DE RETENÇÃO DE ESFERA
É semelhante à válvula de retenção tipo plug, havendo porém uma esfe-
ra em lugar do tampão e da haste. Apresenta fechamento mais rápido e é
muito boa para fluidos de alta viscosidade. É fabricada apenas para diâ-
metros de até 2”.
VÁLVULAS DE CONTROLE
VÁLVULAS DE RETENÇÃO
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VÁLVULA DE RETENÇÃO “DE PÉ”
Tipo especial usado para manter a escorva nas linhas de sucção de bom-
bas. É semelhante à válvula de retenção tipo plug.
VÁLVULA DE RETENÇÃO E FECHAMENTO
Semelhante à válvula globo, com tampão capaz de deslizar sobre a haste.
Na posição aberta, funciona como válvula de retenção tipo plug e, na
posição fechada, como válvula de bloqueio. Utilizada em linhas de saída
de caldeiras.
Controlam a pressão a montante, abrindo-se automaticamente quando esta
pressão ultrapassa um determinado valor para o qual a válvula foi ajusta-
da. Resumidamente, podemos dizer que a construção dessas válvulas é
semelhante à das válvulas globo angulares. O tampão é mantido fechado
contra a sede pela ação de uma mola, com parafuso de regulagem. Regu-
la-se a tensão da mola, de maneira que se tenha a pressão de abertura da
válvula desejada.
A mola pode ser interna, dentro do castelo da válvula, ou externa, pre-
ferindo-se esta última disposição para serviços com fluidos corrosivos,
muito viscosos, ou gases liquefeitos que possam congelar.
Essas válvulas são chamadas de “válvulas de segurança”, quando des-
tinadas a trabalhar com fluidos compressíveis (vapor, ar, gases), e de “vál-
vulas de alívio”, quando destinadas a trabalhar com fluidos incompressí-
veis (líquidos).
A construção das válvulas de segurança e de alívio é semelhante. Nas
de segurança a abertura total da válvula ocorre imediatamente quando o
fluido atinge a pressão de ajuste, e o fechamento ocorre repentinamente
quando o fluido volta a uma pressão abaixo da pressão de ajuste. Nas de
alívio, a abertura é gradual, atingindo o máximo com 110% a 125% da
pressão de ajuste.
Elas têm um tratamento diferenciado em relação às válvulas de blo-
queio, retenção e controle, pois são instaladas com o objetivo de proteger
os equipamentos da unidade de sobrepressões.
Há muitas causas possíveis de sobrepressão (descargas bloqueadas,
ruptura de tubos de permutadores, incêndios etc.), que são analisadas
durante o projeto.
VÁLVULAS DE SEGURANÇA E DE ALÍVIO
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FIGURA 9 VÁLVULAS: OPERAÇÃO MANUAL E MOTORIZADA
Conjunto de válvulas de segurança
AtuadoresOperação manual
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FIGURA 10 ALGUNS TIPOS DE VÁLVULAS
Válvula globo angular Válvula globo reto Válvula de gaveta
Válvula em Y Válvula sem gacheta Válvula globo de agulha
Válvula reguladora
de pressão (com piloto)
Válvula globo
de operação rápida
Válvula reguladora
de pressão (automática)
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VÁLVULAS E SUAS CARACTERÍSTICAS
DEFINIÇÃO
Válvulas são dispositivos destinados a estabelecer/interromper o fluxo em uma tubulação e tam-
bém a controlá-lo se desejado.
11
RESUMO
FUNÇÕES DAS
VÁLVULAS
Válvulas de bloqueio – Utilizadas para
estabelecer/interromper o fluxo (on/off)
Válvulas de controle ou regulagem –
Utilizadas para controlar o fluxo
Válvulas direcionais ou de retenção –
Permitem o fluxo em um único sentido
Válvulas que controlam a pressão
a montante
Válvulas que controlam a pressão a jusante
1 CONSTITUIÇÃO DAS
VÁLVULAS
Corpo – Conexões e sede
Castelo – Suporte da haste/obturador e
acionador, vedação
Mecanismo interno – Haste e obturador
Sistema de vedação – Caixa de gaxetas
com sobreposta, engaxetamento de fole,
anéis retentores
Meios de operação – Manual; motorizada;
auto-operadas
2
PRINCIPAIS TIPOS DE
VÁLVULAS DE BLOQUEIO E CONTROLE
VÁLVULAS GAVETA
Bloqueio
Uso generalizado, são baratas e de operação
e manutenção simples
Obturador em forma de gaveta (cunha ou paralela)
Fechamento lento
VÁLVULAS GLOBO
Controle
Uso generalizado
Obturador em forma de tampão, que se move
contra a sede
Alta perda de carga
VÁLVULAS GLOBO SEDE DUPLA
Controle
Possui dois obturadores em forma de tampão
na mesma haste
VÁLVULAS AGULHA
Controle fino
Plug cônico fino com sede também cônica
VÁLVULAS EM “Y” E ANGULAR
Controle
Hastes a 45° e 90° com a entrada
Perdas de carga reduzidas e evitam o acúmulo
de sólidos em suspensão
3
VÁLVULAS GAIOLA
Controle
Obturador em forma de gaiola
Reduz cavitação e ruído
VÁLVULAS DIAFRAGMA
Bloqueio de fluidos perigosos
Diafragma flexível se fecha sobre a sede
VÁLVULAS MACHO
Bloqueio
Obturador cônico com furo oblongo
Fechamento rápido
VÁLVULAS DE 3 OU 4 VIAS
Controle e alinhamento
Obturadores com furos em forma de “T”,
“L” ou em cruz, com 3 ou 4 bocais
VÁLVULAS ESFERA
Bloqueio e controle
Obturador esférico
Boa vedação
VÁLVULAS BORBOLETA
Controle e bloqueio
Obturador em forma de disco
Abertura rápida
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VÁLVULAS E SUAS CARACTERÍSTICAS 22
RESUMO
PRINCIPAIS TIPOS DE
VÁLVULAS DE RETENÇÃO
VÁLVULAS PORTINHOLA
Portinhola articulada
VÁLVULAS TIPO PLUG
Tampão cuja haste desliza em uma guia interna
VÁLVULAS DE ESFERA
Semelhantes às do tipo plug, havendo uma
esfera em lugar do tampão e da haste
VÁLVULAS “DE PÉ”
Tipo plug especial para manter a escorva na
sucção de bombas
VÁLVULA DE RETENÇÃO E FECHAMENTO
Aberta funciona tipo plug e fechada, como
válvula de bloqueio
VÁLVULAS DE SEGURANÇA E DE ALÍVIO
Controlam a pressão a montante,
abrindo-sequando esta pressão ultrapassa
um valor ajustado
Semelhantes às válvulas globo angulares
Mantidas fechadas contra a sede pela ação
de uma mola, com parafuso de regulagem
VÁLVULAS DE SEGURANÇA
Para fluidos compressíveis (vapor, ar, gases)
Abertura imediata
VÁLVULAS DE ALÍVIO
Para fluidos incompressíveis (líquidos)
Abertura gradual
Protegem os equipamentos da unidade de
sobrepressões
4
Tome NotaTome Nota
Tome NotaTome Nota