Apostila Equipamentos Estáticos Petrobrás

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Equipamentos Estáticos
1
CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA
EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS
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Equipamentos Estáticos
Equipamentos Estáticos
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CURITIBA
2002
EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS
CARLOS V. REIS
COLABORADOR: RUI FERNANDO COSTACURTA
Equipe Petrobras
Petrobras / Abastecimento
UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap
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Equipamentos Estáticos
Módulo
Equipamentos Estáticos
Ficha Técnica
UnicenP – Centro Universitário Positivo
Oriovisto Guimarães
(Reitor)
José Pio Martins
(Vice Reitor)
Aldir Amadori
(Pró-Reitor Administrativo)
Elisa Dalla-Bona
(Pró-Reitora Acadêmica)
Maria Helena da Silveira Maciel
(Pró-Reitora de Planejamento e Avaliação
Institucional)
Luiz Hamilton Berton
(Pró-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa)
Fani Schiffer Durães
(Pró-Reitora de Extensão)
Euclides Marchi
(Diretor do Núcleo de Ciências Humanas e
Sociais Aplicadas)
Helena Leomir de Souza Bartnik
(Coordenadora do Curso de Pedagogia)
Marcos José Tozzi
(Diretor do Núcleo de Ciências Exatas e
Tecnologias)
Antonio Razera Neto
(Coordenador do Curso de Desenho Industrial)
Maurício Dziedzic
(Coordenador do Curso de Engenharia Civil)
Júlio César Nitsch
(Coordenador do Curso de Eletrônica)
Marcos Roberto Rodacoscki
(Coordenador do Curso de Engenharia
Mecânica)
Carlos V. Reis
(Autor)
 Rui Fernando Costacurta
(Colaborador)
Marcos Cordiolli
(Coordenador Geral do Projeto)
Iran Gaio Junior
(Coordenação Ilustração, Fotografia e
Diagramação)
Carina Bárbara R. de Oliveira
(Coordenação de Elaboração dos Módulos
Instrucionais)
Juliana Claciane dos Santos
(Coordenação dos Planos de Aula)
Luana Priscila Wünsch
(Coordenação Kit Aula)
Angela Zanin
Leoni Néri de Oliveira Nantes
Érica Vanessa Martins
(Equipe Kit Aula)
Carina Bárbara Ribas de Oliveira
(Coordenação Administrativa)
Cláudio Roberto Paitra
Marline Meurer Paitra
(Diagramação)
Cíntia Mara Ribas Oliveira
(Coordenação de Revisão Técnica e Gramatical)
Contatos com a equipe do UnicenP:
Centro Universitário do Positivo – UnicenP
Pró-Reitoria de Extensão
Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza 5300
81280-320 Curitiba PR
Tel.: (41) 317 3093
Fax: (41) 317 3982
Home Page: www.unicenp.br
e-mail: mcordiolli@unicenp.br
e-mail: extensao@unicenp.br
Contatos com a Equipe da Repar:
Refinaria Presidente Getúlio Vargas – Repar
Rodovia do Xisto (BR 476) – Km16
83700-970 Araucária – Paraná
Mario Newton Coelho Reis
(Coordenador Geral)
Tel.: (41) 641 2846 – Fax: (41) 643 2717
e-mail: marioreis@petrobras.com.br
Uzias Alves
(Coordenador Técnico)
Tel.: (41) 641 2301
e-mail: uzias@petrobras.com.br
Décio Luiz Rogal
Tel.: (41) 641 2295
e-mail: rogal@petrobras.com.br
Ledy Aparecida Carvalho Stegg da Silva
Tel.: (41) 641 2433
e-mail: ledyc@petrobras.com.br
Adair Martins
Tel.: (41) 641 2433
e-mail: adair@petrobras.com.br
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Apresentação
É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.
Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-
renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos de
você e de seu perfil empreendedor.
Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o
Centro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada
pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicos
que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.
Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos
de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-
nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-
dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um
processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado
pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da
Petrobras.
Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras
fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar
seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na
Petrobras.
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Equipamentos Estáticos
Sumário
1 TUBULAÇÕES – ACESSÓRIOS/LIGAÇÕES............................. 7
1.1 Tubulações ............................................................................ 7
1.2 Classificação dos Tubos ........................................................ 7
1.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos ....................................... 7
1.3.1 Tubos de Aço Carbono .............................................. 7
1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável ........................ 7
1.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não Ferrosos ............... 7
1.4 Diâmetros Comerciais ........................................................... 7
1.5 Espessuras de Paredes dos Tubos .......................................... 7
1.6 Acessórios/ligações ............................................................... 8
1.6.1 Acessórios de Tubulações .......................................... 8
1.6.2 Ligações de Tubulações ............................................. 9
1.6.3 Isolamento Térmico de Tubulações ......................... 10
2 VÁLVULAS ................................................................................ 11
2.1 Definição ............................................................................... 11
2.1.1 Classificação e Principais Tipos de Válvulas ........... 11
2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenas
uma direção ............................................................. 11
2.1.3 Válvulas que controlam a pressão a montante –
ou Válvulas de segurança, alívio e contra pressão ... 11
2.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusante –
ou Válvulas redutoras e reguladoras de pressão ....... 11
2.2 Principais Componentes das Válvulas ................................. 11
2.2.1 Corpo de Válvula ..................................................... 11
2.2.2 Castelo ..................................................................... 12
2.2.3 Mecanismos Internos e Gavetas ............................... 13
2.2.4 Meios de Operação de Válvulas ............................... 13
2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas .................... 14
2.3.1 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas ......... 14
2.3.1 Válvula de Gaveta ................................................... 14
2.3.2 Válvula Macho ........................................................ 15
2.3.3 Válvula Globo ......................................................... 16
2.3.4 Válvulas de Controle ............................................... 17
2.3.5 Válvula Borboleta .................................................... 17
2.3.6 Válvulas de Diafragma ............................................ 18
2.3.7 Válvulas de retenção ................................................ 18
2.3.8 Válvulas de Segurança e de Alívio .......................... 19
3 PURGADORES .......................................................................... 20
3.1 Introdução ........................................................................... 20
3.1.1 Remoção do Condensado ........................................... 20
3.2 Tipos ................................................................................ 20
3.2.1 Purgador de Bóia ..................................................... 20
3.2.2 Purgador de Panela Invertida ................................... 21
3.2.3 Purgador Termostático de Fole ................................ 21
3.2.4 Purgador Termodinâmico ........................................ 21
3.3 Tabela Comparativa para Purgadores .................................. 22
3.4 Outros Dispositivos Separadores ........................................ 23
3.5 Filtros para Tubulações ....................................................... 233.5.1 Filtros Provisórios e Permanentes ............................ 24
4 PERMUTADORES DE CALOR ................................................. 25
4.1 Introdução .............................................................................. 25
4.2 Descrição Geral ...................................................................... 26
4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos ................................. 26
4.2.2 Permutador de tampa flutuante ................................ 28
4.2.3 Permutador de Tubos em “U” .................................. 28
4.3 Materiais Usados em Permutadores de Calor ...................... 28
4.4 Escolha do Fluido ............................................................... 29
4.5 Instrumentação do Permutador de Calor ............................. 29
4.6 Operação ............................................................................. 29
4.6.1 Normas de Operação ............................................... 29
4.6.2 Causas de Perda de Eficiência ................................. 30
4.7 Manutenção ......................................................................... 30
4.7.1 Limpeza ................................................................... 30
4.7.2 Testes de Pressão ..................................................... 30
4. 8 Componentes dos Trocadores ............................................. 31
4.8.1 Componentes ........................................................... 31
5 TANQUES ................................................................................ 32
5.1 Finalidade ........................................................................... 32
5.2 Classificação quanto à função ............................................. 32
5.2.1 Tanques de Armazenamento .................................... 32
5.2.2 Tanques de Resíduo ................................................. 32
5.2.3 Tanques de Mistura ................................................. 32
5.3 Classificação quanto ao tipo de teto .................................... 32
5.3.1 Tanques de Teto Fixo .............................................. 32
5.3.2 Tanques de Teto Flutuante ....................................... 32
5.4 Acessórios ........................................................................... 33
5.4.1 Respiração ............................................................... 33
5.4.2 Válvula de Pressão e Vácuo ..................................... 33
5.4.3 Agitador .................................................................. 33
5.4.4 Sistema de Aquecimento ......................................... 33
5.4.5 Isolamento Térmico ................................................. 33
5.4.6 Sistema de Medição ................................................. 33
5.5 Diques ................................................................................ 33
6 TORRES ................................................................................ 34
6.1 Finalidades .......................................................................... 34
6.2 Tipos ................................................................................ 34
6.2.1 Torre de Bandejas .................................................... 34
6.2.2 Bandejas com Borbulhadores .................................. 35
6.2.3 Bandejas Valvuladas ................................................ 35
6.2.4 Bandejas Perfuradas ................................................ 35
6.2.5 Bandejas Gradeadas ................................................. 36
6.2.6 Panelas .................................................................... 36
6.3 Torres Recheadas ................................................................ 36
6.3.1 Recheios .................................................................. 37
6.3.2 Suporte de Recheio .................................................. 37
7 FORNOS ................................................................................ 38
7.1 Utilização (dos fornos nas plantas de processo de
petróleo) .............................................................................. 38
7.2 Características gerais dos fornos ......................................... 38
7.3 Classificação geral dos fornos ............................................. 38
7.3.1 Quanto à utilização .................................................. 38
7.4 Fornos Reatores .................................................................. 39
7.4.1 Reformadores para unidades de hidrogênio
e amônia .................................................................. 39
7.4.2 Fornos de pirólise .................................................... 39
7.4.3 Quanto ao aspecto construtivo ................................. 39
7.4.4 Cilindro vertical em seção de convecção ................. 39
7.4.5 Cilíndrico vertical com seção de
convecção horizontal ............................................... 40
7.4.6 Tipo de cabine com tubos horizontais ..................... 40
7.4.7 Tipo Caixa com câmara de Combustão
Independente ........................................................... 40
7.4.8 Tipo Caixa com Queimadores nas Paredes .............. 41
7.4.9 Tipo Cabine com Altar ............................................ 41
7.5 Estrutura e carcaça metálica ................................................ 41
7.6 Refratários ........................................................................... 41
7.7 Tubos ................................................................................ 42
7.7.1 Tubos de radiação .................................................... 42
7.7.2 Tubos de Convecção ................................................ 42
7.8 Curvas e cabeçote de retorno ............................................... 42
7.9 Suportes dos tubos .............................................................. 42
7.10 Queimadores ....................................................................... 42
7.11 Chaminé e abafadores ......................................................... 43
7.12 Sopradores de fuligem / ramonadores ................................. 43
8 CALDEIRAS ............................................................................... 44
8.1 Considerações gerais ........................................................... 44
8.2 Classificação das caldeiras .................................................. 44
8.2.1 Caldeiras Flamotubulares ........................................ 44
8.2.2 Caldeiras Aquotubulares .......................................... 45
8.2.3 Classificação quanto à tiragem ................................ 45
8.2.4 Classificação quanto à circulação ............................ 45
8.3 Elementos principais de uma caldeira ................................. 45
8.3.1 Tubulão de vapor ..................................................... 45
8.3.2 Tubulão de água ...................................................... 46
8.3.3 Feixe convectivo ...................................................... 46
8.4 Paredes de água ................................................................... 46
8.5 Superaquecedores ............................................................... 46
8.5.1 Generalidades .......................................................... 46
8.5.2 Tipos ....................................................................... 46
8.5.3 Fatores de influência operacional ............................ 47
8.6 Pré-aquecedores .................................................................. 47
8.6.1 Generalidades .......................................................... 47
8.6.2 Classificação ............................................................ 47
8.6.3 Corrosão .................................................................. 47
8.7 Economizadores .................................................................. 47
8.8 Queimador ..........................................................................48
8.8.1 Queimador ............................................................... 48
8.8.2 Distribuidor de ar .................................................... 48
8.8.3 Queimador de óleo combustível .............................. 48
8.9 Ramonador (ou soprador de fuligem) .................................. 48
8.10 Internos do Tubulão ............................................................ 49
8.10.1 Separadores de vapor ............................................... 49
8.10.2 Ciclones ................................................................... 49
8.11 Válvulas ............................................................................... 49
8.11.1 Válvulas de Bloqueio ............................................... 49
8.11.2 Válvula de Retenção ................................................ 49
8.11.3 Válvulas de Controle ............................................... 49
8.11.4 Válvulas de Segurança ............................................. 49
8.11.5 Válvulas de purga de superfície ............................... 49
8.11.6 Válvulas de purga de fundo ..................................... 50
8.11.7 Válvulas de “vent” ................................................... 50
8.12 Termos usuais em trabalhos de caldeiras ............................. 50
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1Tubulações –Acessórios/Ligações
1.1 Tubulações
Tubulações são condutos fechados desti-
nados ao transporte de fluidos. As tubulações
são constituídas de tubos de tamanhos padro-
nizados, colocados em série.
Usam-se tubulações para o transporte de
todos os fluidos, materiais pastosos, líquidos
e gasosos. Na prática, são chamados de tubos,
somente os condutos rígidos. Os condutos fle-
xíveis recebem a denominação de tubos flexí-
veis, mangueiras ou mangotes.
1.2 Classificação dos Tubos
Os tubos podem ser classificados em me-
tálicos ou não metálicos.
a) Tubos Metálicos Ferrosos:
Aço Carbono;
Aço Liga (à base de Cr, Mo Ni, Si);
Aço inoxidável;
Ferro Fundido;
Ferro Forjado.
b) Tubos Metálicos não Ferrosos:
Cobre e ligas de cobre (latão, bronze);
Alumínio;
Chumbo;
Níquel;
Outros metais; etc.
c) Tubos Não Metálicos:
Cimento-amianto;
PVC;
Borracha;
Concreto;
Vidro;
Plástico; etc.
1.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos
1.3.1 Tubos de Aço Carbono
Representam a maior parte das tubulações
utilizadas na refinaria. São usados para trans-
ferir hidrocarbonetos, vapor, água, gases, etc.
Suas limitações são, no que diz respeito,
a produtos químicos corrosivos e ao fator tem-
peratura.
1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável
São usados para serviços especiais tais
como fluidos corrosivos, fluidos à altas tem-
peraturas, etc. Os elementos de liga mais usa-
dos são: – Cr e Mo, para altas temperaturas e
– Ni para baixas temperaturas.
1.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não Ferrosos
São usados geralmente para fins específi-
cos, que envolvem pequenos diâmetros (ar de
instrumento, tubos de permutador, entre outros).
1.4 Diâmetros Comerciais
Os tubos são identificados por um núme-
ro chamado “diâmetro nominal” (DN). A uni-
dade é a polegada (símbolo: "). Uma polegada
equivale a 2,54 cm.
De DN 1/8" até 12", esse valor não corres-
ponde a nenhuma dimensão física dos tubos; e
de DN 14" a 36" o diâmetro nominal coincide
com o diâmetro externo (D. Ext.) dos tubos.
Assim, o valor fixo dos tubos de 1/8" a
12" é o diâmetro externo, sempre maior que o
diâmetro nominal.
Exemplo:
DN 4" → D. Ext. = 4,5"
DN 8" → D. Ext. = 8,6"
Acima de 30", os tubos são padronizados,
fabricados com costura, sob encomenda.
1.5 Espessuras de Paredes dos Tubos
Para cada um dos diâmetros nominais, fa-
bricam-se tubos com diversas espessuras de
parede. Esta espessura é padronizada e recebe
o nome de “Schedule” (Sch). Quanto mais alto
o Sch, maior será a espessura da parede do
tubo.
Exemplo:
DN 8" → D. Ext. = 8,6" → Sch 40 = 0,32"
DN 8" → D. Ext. = 8,6" → Sch 80 = 0,5"
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Equipamentos Estáticos
Figura 1.1 – Espessura de parede de tubos.
Existem tubos para outras finalidades que
não simplesmente o transporte de fluidos. São
os tubos usados em permutadores, fornos, cal-
deiras, etc, que servem também para aumen-
tar a área de troca de calor. Exigem, na maio-
ria dos casos especificações especiais.
Para esses tubos, o diâmetro externo cor-
responde ao diâmetro nominal (DN), e a espes-
sura de parede que varia grandemente, é desig-
nada pela própria medida de espessura em mm,
décimo de polegada, entre outras unidades.
Exemplo:
Tubo DN 3/4" → D. Ext. = 3,4"
Tubo DN 2" → D. Ext. = 2"
1.6 Acessórios/ligações
1.6.1 Acessórios de Tubulações
Os acessórios de tubulações são os meios
utilizados para conectar tubos, válvulas, outros
acessórios e equipamentos. Além de ligar, os
acessórios servem também para mudar a dire-
ção, variar o diâmetro da tubulação, fazer deri-
vações, interromper ligações, etc. Os acessórios
podem ser soldados, rosqueados ou flangelados.
Classificam-se conforme sua função nas tubulações:
a) Para mudar a direção em tubos, usa-se:
(Figura 1.2 e 1.3)
– Curvas de raio longo: 45º, 90º;
– Curvas de raio curto: 45º, 90º;
– Joelhos de 45º e 90º.
b) Para derivação em tubos: (Figura 1.4 e 1.5)
– T normal;
– Selas;
– Cruzetas.
c) Para variar o diâmetro em tubos: (Fi-
gura 1.6 e 1.7)
– Redução concêntrica;
– Redução excêntrica.
d) Para ligações de tubos entre si: (Figura 1.8
e 1.9)
– Luvas;
– Uniões;
– Flanges.
Conclusão do exemplo: como o D. Ext. é
fixo (8,6") para um mesmo DN (8"), então ao au-
mentarmos o n.º de schedule a espessura de pare-
de aumenta e conseqüentemente o diâmetro in-
terno diminui. (Figura 1.1).
Tubo
Luva
rosqueada
Solda
Luva
soldada
Curva 90° Curva 90° com pé Curva 45°
D. Ext. D. Int.
Sch.
Figura 1.2 – Acessórios flangelados.
Figura 1.3 – Acessórios para solda do topo.
Figura 1.4 Acessórios flangelados.
Figura 1.5 – Acessórios para solda do topo.
Figura 1.6 – Acessório flangelado.
Figura 1.7 – Acessórios para solda do topo.
Figura 1.8 – Ligações rosqueadas e ligações soldadas.
Curva 90°
Raio Longo
Curva 45°
Cruzeta “Tê”
Sela “Tê”
Redução
Redução
Concêntrica
Redução
Excêntrica
Equipamentos Estáticos
9
Figura 1.9 – Ligações rosqueadas e união flangelada.
Tubo
Parafuso
PorcaFlanges
Tubo
Junta
Solda
Tubo
Porca
União rosqueada
Figura 1.10 – Acessório para solda do topo.
e) Para fechar a extremidade de um tubo:
– CAP; (Figura 1.10.)
– Bujões; (Figura 1.11.)
– Flanges cegos. (Figura 1.12.)
Figura 1.12 – Flange cego.
f) Para isolar trechos de tubulações e equi-
pamentos;
– Raquetes; (Figura 1.13)
– Figuras-Oito. (Figura 1.14)
Raqueta
Figura 1.13
Lado cheio
Lado vazado
Figura 1.14
1.6.2 Ligações de Tubulações
a) Ligações Rosqueadas (Figura 1.4)
É um dos métodos mais antigos para liga-
ção de tubulações, pois é de baixo custo e fá-
cil execução. Sua utilização é limitada a tubos
de pequenos diâmetros (até 4") e para ligações
de baixa pressão.
b) Ligações Soldadas (Figura 1.5)
É o sistema mais usado para a ligação de
tubos, acima de 2", para aços de qualquer tipo
e metais não ferrosos soldáveis. Para a execu-
ção das soldas existem normas que regulamen-
tam o tipo de eletrodo, o tipo de inspeção, o
tratamento térmico, etc.
c) Ligações Flangeadas (Figura 1.6)
As ligações flangeadas compreendem,
normalmente, dois (02) flanges, jogo de para-
fusos, porcas e uma junta. São ligações facil-
mente desmontáveis, empregadas em uma sé-
rie de situações, tais como:
– acoplar tubulação a uma válvula;
– acoplar tubulações aos equipamentos;
– permitir montagens e desmontagens fá-
ceis.
Existem diversos tipos de flanges. Os mais
usuais são: de pescoço, integral, sobreposto,
rosqueado, de encaixe, cego, etc. Quanto à
face, pode-seter: face lisa, com ressalto, ma-
cho e fêmea, etc.
Tubo
Solda
União
soldada
Porca
“Cap”
Tubo
PorcaParafuso
Flange cego
Junta de
vedação
Figura 1.11 – Bujão (cabeça quadrada)
10
Equipamentos Estáticos
AnotaçõesOs flanges, confeccionados de materialforjado, podem ser classificados segundo a
pressão nominal de projeto. As classes de pres-
sões para flanges são: 125, 150, 300, 400, 600,
900, 1.500 e 2.500 lbs/pol2. Os flanges mais
usados em refinaria correspondem às classes
de 150 e 300 lbs/pol2.
As dimensões dos flanges (espessura, n.º
de parafusos, diâmetro externo) variam com
as classes de pressão.
Em todas as ligações com flanges, existe
sempre uma junta que é o elemento de vedação.
O material da junta deverá ser deformável e
elástico, para compensar as irregularidades das
faces dos flanges, estratégia que confere
vedação perfeita. Deverá também ser especi-
ficado, visando suportar as variações de tem-
peratura e pressão. Existem diversos tipos de
juntas. As mais comuns na refinaria são:
– Espirotálicas: Juntas planas com es-
piral metálico recheado de amianto. São
usadas para fluidos à altas temperatu-
ras, situação em que um vazamento
torna-se extremamente perigoso.
– Nitripak: Juntas planas, fabricadas
com papelão recheado de tela metáli-
ca. Usadas para fluidos à alta pressão e
a baixas temperaturas.
– Papelão grafitado: Juntas planas fa-
bricadas com papelão e grafite. Usadas
para fluídos à baixa pressão e baixa
temperatura.
1.6.3 Isolamento Térmico de Tubulações
Os isolamentos térmicos, com freqüência,
têm por finalidade, reduzir as trocas de calor
do tubo para o meio ambiente, ou vice-versa.
São constituídos, geralmente, de material à
base de cálcio ou lã de rocha.
Os isolamentos térmicos podem ser utili-
zados por duas razões, com finalidades espe-
cíficas diferentes:
a) Motivo Econômico
As perdas de calor de um fluido para o
exterior, representam um desperdício da
energia empregada no aquecimento. A
utilização de isolamento térmico resul-
ta, portanto, em economia de energia.
b) Proteção Pessoal
O isolamento térmico pode também ser
necessário para evitar queimaduras
caso o operador encoste-se na tubula-
ção, ou ainda, em algumas situações,
para evitar o desconforto da excessiva
irradiação de calor.
Equipamentos Estáticos
11
2Válvulas
2.1 Definição
Válvulas são dispositivos usados para es-
tabelecer, controlar e interromper a passagem
de fluidos em tubulações. Dentro deste concei-
to global, as válvulas podem ter, no entanto,
funções e características específicas que permi-
tem uma classificação segundo seu emprego.
2.1.1 Classificação e Principais Tipos de
Válvulas
Válvulas que controlam o fluxo em qualquer
direção
a) Válvulas de Bloqueio
São aquelas que se destinam, primor-
dialmente, a estabelecer ou interrom-
per o fluxo, ou seja, devem só funcio-
nar completamente abertas ou comple-
tamente fechadas.
Tipos mais usados: válvula gaveta;
válvula macho;
válvula esfera.
b) Válvulas de Regulagem de Fluxo
Destinam-se para o controle de fluxo e
podem, devido a isto, trabalhar em
qualquer posição.
Tipos mais usados:
válvula globo;
válvula agulha;
válvula de controle;
válvula borboleta;
válvula de diafragma.
2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenas
uma direção
a) válvula de retenção de portinhola;
b) válvula de retenção tipo plug;
c) válvula de retenção de esfera;
d) válvula de pé.
2.1.3 Válvulas que controlam a pressão a
montante
São também conhecidas como válvulas de
segurança, alívio e contra pressão
2.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusante
São também conhecidas como válvulas re-
dutoras e reguladoras de pressão
2.2 Principais Componentes das Válvulas
2.2.1 Corpo de Válvula
O corpo ou carcaça é a parte da válvula que
se conecta à tubulação e contém o orifício de
passagem do fluido.
As válvulas são peças sujeitas à manutenção
e, por isso, devem ser, em princípio, facilmente
desmontáveis. Tanto as válvulas rosqueadas, como
as flangeadas obedecem a este conceito. No en-
tanto, com o desenvolvimento dos processos de
solda, passaram também a ser empregadas válvu-
las com extremidades para solda de soquete e para
solda de topo. A desmontagem dessas válvulas é
bem mais difícil, mas em compensação, não há
riscos de vazamentos na tubulação. São os seguin-
tes os principais casos de emprego de cada tipo
de extremidade em válvulas:
a) Extremidades flangeadas
Sistema usado em quase todas as vál-
vulas, de qualquer material, emprega-
do em tubulações industriais de mais
de 2". (Figura 2.1)
Figura 2.1 – Válvula gaveta.
Volante
Pino
graxeiro
Haste
Sobreposta
Gaxetas
Castelo
Flangeado
Corpo
Gaveta
Flange
Sede
12
Equipamentos Estáticos
b) Extremidades para solda de soquete
Sistema usado, principalmente, em vál-
vulas de aço, de menos de 2", em que a
solda de topo é ineficiente.
c) Extremidades rosqueadas
Sistema usado em válvulas menores de
4" em tubulações que não conduzem
fluidos corrosivos ou venenosos.
d) Extremidades para solda de topo
Sistema usado em válvulas de aço, de
mais de 2", em serviços com pressões
muito altas ou com fluidos em que se
exija eliminação absoluta do risco de
vazamento.
2.2.2 Castelo
O castelo é a parte da válvula que suporta
e contém as peças móveis de controle de flu-
xo. O castelo é fixado ao corpo de maneira a
permitir rápida desmontagem e fácil acesso ao
interior da válvula. São três os meios usuais
de ligação do castelo ao corpo:
a) Castelo e corpo rosqueados
É o sistema mais barato, usado apenas
em pequenas válvulas de baixa pres-
são (Figura 2.2).
b) Castelo preso ao corpo por uma por-
ca solta de união
Usado para válvulas pequenas, de alta
pressão. Permite uma vedação bem
melhor que o castelo rosqueado. Esta
válvula deve ser de boa qualidade (Fi-
guras 2.2 e 2.3).
Figura 2.2 – Válvula gaveta castelo rosqueado.
Volante
Porca de aperto
Sobreposta
Gaxetas
Castelo Rosqueado
Haste c/ rosca interna
Corpo
Gaveta
Extremos rosqueados
c) Castelo aparafusado
Sistema usado para válvulas grandes
sob qualquer pressão, por ser mais ro-
busto e permitir melhor vedação (Fi-
guras 2.4 e 2.5).
Figura 2.3 – Válvula globo.
Volante
Haste c/ rosca externa
Sobreposta
Castelo aparafusado
Tampão
Sede
Sentido de fluxo
Figura 2.4 – Válvula gaveta castelo aparafusado.
Volante
Sobrecastelo
Haste com roca externa
Sobreposta
Gaxetas
Castelo aparafusado
Junta
Corpo
Gaveta
Sedes
Flanges
Equipamentos Estáticos
13
Figura 2.6 – Válvula gaveta com redução de engrenagens.
Volante
Engrenagens
de redução
Castelo
Flange
Figura 2.5 – Válvula de fecho rápido.
Alavanca de operação
Guia da alavanca
Haste deslizante
Gaxeta
Castelo
aparafusado
Gaveta
Flange
c) Operação automática:
– pelo próprio fluido;
– por meio de molas ou contrapesos.
Para operação manual, empregam-se vo-
lantes e alavancas em válvulas de até 12". Para
válvulas maiores, usam-se os sistemas de en-
grenagem e parafuso sem fim, com o objetivo
de suavizar a operação.
Figura 2.7 – Válvulas com volante com corrente e com haste
de extensão.
a) Válvula acima do operador
b) Válvula abaixo do operador
Volante
Volante para
corrente
Piso de
operação
Haste de extensão
Para a operação manual de válvulas situa-
das fora do alcance do operador, utilizam-se
volantes ou alavancas com correntes, ou ain-
da hastes de extensão (Figura 2.7).
2.2.3 Mecanismos Internos e Gavetas
O mecanismo móvel interno da válvula
(haste e peças de fechamento) e a sede chama-
se “trim” da válvula. São as peças mais im-
portantes da válvula, geralmente, feitas de ma-
teriais de melhor qualidade do que os da car-
caça, porque estão sujeitas a grandes esforços
e à forte corrosão.Devem ter também uma
usinagem cuidadosa para que a válvula tenha
fechamento estanque.
Na maioria das válvulas, a haste atravessa
o castelo, indo para fora do corpo. Para evitar
vazamento pela haste, existem gaxetas conven-
cionais com porca de aperto, ou, mais rara-
mente, sistemas especiais de vedação como
retentores, foles, entre outros. Quando a haste
é rosqueada (como acontece na maioria das
válvulas), a rosca deve, de preferência, estar
por fora da gaveta, por ser um sistema de cons-
trução mais barato.
2.2.4 Meios de Operação de Válvulas
Há uma variedade muito grande de siste-
mas usados para a operação de válvulas:
a) Operação manual, por meio de:
– volante;
– alavancas;
– engrenagens; (Figura 2.6)
– parafusos sem fim; etc.
b) Operação motorizada:
– hidráulica;
– pneumática;
– elétrica.
14
Equipamentos Estáticos
A operação motorizada é empregada ape-
nas nos seguintes casos:
– Em válvulas comandadas à distância;
– Em válvulas situadas em posições ina-
cessíveis;
– Em válvulas muito grandes, cuja ope-
ração manual seja difícil.
Nos sistemas de operação motorizada, hi-
dráulica ou pneumática, a haste da válvula é
comandada por um êmbolo ou um diafragma,
sujeito à pressão de um líquido ou ar compri-
mido. O comando hidráulico, mais raro na prá-
tica do que o comando pneumático, é usado
quase somente, para válvulas muito grandes.
A operação motorizada pneumática é o sis-
tema mais usado nas válvulas comandadas por
instrumentos automáticos. É preciso não con-
fundir válvulas comandadas por instrumentos
automáticos com válvulas de operação auto-
mática.
Existem dois sistemas de operação moto-
rizada elétrica de uso corrente:
– Motor elétrico, acionando o volante da
válvula por meio de engrenagens de
redução. Este sistema é usado apenas
em válvulas de grande tamanho para
tornar a operação mais fácil e mais rá-
pida.
– Solenóide, cujo campo magnético mo-
vimenta, diretamente por atração, a
haste da válvula. Este sistema pode ser
empregado apenas para pequenas vál-
vulas, freqüentemente por relés elétri-
cos ou instrumentos automáticos.
2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo
e Válvulas
2.3.1 Válvula de Gaveta
É o tipo de válvula mais importante e de
uso mais generalizado. São utilizadas princi-
palmente nos serviços de bloqueio nas linhas
de água, óleos e líquidos 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 pressão ou
temperatura (Figura 2.1).
O fechamento dessas válvulas é feito pelo
movimento de uma peça chamada gaveta, que
se desloca paralelamente ao orifício da válvu-
la e perpendicularmente ao sentido de escoa-
mento do líquido.
Quando completamente abertas, a perda
de carga causada por este tipo de válvula é
desprezível. Apenas devem trabalhar comple-
tamente abertas ou completamente fechadas,
isto é, são válvulas de bloqueio e não de re-
gulagem. Quando parcialmente abertas, cau-
sam laminagem da veia fluida, acompanhada
de cavitação e violenta erosão.
Observa-se que as válvulas gaveta são
sempre de fechamento lento, sendo impossí-
vel fechá-las instantaneamente: o tempo ne-
cessário para o fechamento será tanto maior
quanto maior for a válvula. Essa é uma grande
vantagem das válvulas gavetas, porque, desta
maneira, pode-se controlar o efeito dos golpes
de ariete.
As válvulas gaveta dificilmente dão um
fechamento absolutamente estanque. Por ou-
tro lado, na maioria das aplicações práticas,
tal fechamento não é necessário.
A gaveta das válvulas pode ser em cunha
ou paralela.
As gavetas de cunha são de maior quali-
dade e dão, devido a ação da cunha, um fecha-
mento mais seguro do que as gavetas parale-
las, embora sejam de construção e manuten-
ção mais difícil.
Emprega-se, nas válvulas gaveta, três sis-
temas diferentes de movimentação da haste:
Haste ascendente com rosca externa
É o sistema usado nas válvulas grandes e
de boa qualidade. A haste tem apenas movi-
mento 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
Figura 2.8 – Válvula comandada por cilindro hidráulico.
Conexões para o
líquido acionador
Cilindro Hidráulico
Gaxetas
Haste deslizante
Gaveta
Equipamentos Estáticos
15
estando, assim, livre, do contato com o fluido. A
extensão da haste acima do volante dá uma
indicação visual imediata da posição de aber-
tura ou de fechamento da válvula, sendo esta
a principal vantagem do sistema (Figura 2.4).
Haste ascendente com rosca interna
É a disposição mais usual em válvulas
pequenas e também em válvulas grandes de
qualidade inferior. A haste, dentro da válvula,
juntamente com o volante, tem movimentos
de translação e rotação. Não há indicação vi-
sual da posição de abertura ou fechamento (Fi-
gura 2.2).
Haste não ascendente
A haste, juntamente com o volante tem
apenas movimento de rotação. Somente a ga-
veta da válvula que se atarraxa na extremida-
de da haste, tem movimento de translação. É
um sistema barato, de construção fácil, usado
em válvulas pequenas de qualidade inferior.
Alguns problemas são característicos du-
rante a operação de válvulas gavetas:
– Em caso de alta pressão, é difícil a ope-
ração de uma válvula gaveta. Há casos
em que se torna necessário o uso de
chaves apropriadas aplicadas ao volan-
te, há outros em que a válvula possui
um desvio: na abertura ou fechamento
da válvula utiliza-se o desvio para evi-
tar alto diferencial de pressão na ope-
ração.
– As gaxetas requerem atenção, uma vez
que podem apresentar um pequeno va-
zamento com o uso. É importante que
sejam reapertadas ou trocadas em épo-
cas apropriadas.
– Ao se abrir ou fechar completamente a
válvula, ela pode se trancar. Existe uma
pequena folga que permite inverter li-
geiramente o sentido de rotação do vo-
lante sem que se altere a posição da ga-
veta.
– Quando a válvula não está vedando
completamente não é boa norma for-
çar seu fechamento: as causas podem
ser depósitos na sede, defeito na sede,
etc. A operação indevida pode agravar
o problema. Na maioria das vezes, ocor-
re a quebra da bucha.
– Tanto a má lubrificação como o aperto
demasiado das gaxetas podem acarretar
dificuldades na operação da válvula.
Variantes das válvulas gavetas
Uma variante da válvula gaveta é a válvu-
la de fecho rápido. Nessas válvulas, a gaveta é
manobrada por uma alavanca externa fechan-
do-se com um movimento único da alavanca
(Figura 2.5).
2.3.2 Válvula Macho
Aplica-se, principalmente, nos serviços de
bloqueio de gases para qualquer diâmetro, tem-
peratura ou pressão e também no bloqueio rápi-
do de água, vapor e líquidos em geral para pe-
quenos diâmetros e baixas pressões (Figura 2.9).
Figura 2.9 – Válvula macho.
Engraxadeira Alavanca de manobra
Sobreposta
Gaxetas
Sedes
Macho
Orifício de passagem
Rasgos de Lubrificação
Válvula macho
Posição aberta Posição fechada
Cortes em projeção horizontal
Nessas válvulas, o fechamento é feito pela
rotação de uma peça (macho) existente no in-
terior do corpo da mesma. São válvulas de fe-
cho rápido, porque bloqueiam com 1/4 de volta
do macho ou da haste.
As válvulas macho são, fundamentalmen-
te, válvulas de bloqueio. Quando totalmente
abertas, a perda de carga é mínima e, quando
parcialmente fechadas, a turbulência impede
uma vazão regularizada.
Existem dois tipos gerais de válvulas ma-
cho: com e sem lubrificação.
Nas válvulas com lubrificação, há um sis-
tema de injeção de lubrificantes sob pressão,
através do macho, para melhorar a vedação e
evitar que o mesmo fique preso. Essas válvu-
las são empregadas geralmente em serviços
com gases.
16
Equipamentos Estáticos2.3.3 Válvula Globo
Em válvulas globo, o fechamento é feito
por meio de um tampão que se move contra o
orifício da válvula, que, geralmente, está em
posição paralela ao sentido do fluxo. As vál-
vulas globo podem trabalhar em qualquer po-
sição e fechamento, isto é, são válvulas de re-
gulagem. Causam, entretanto, em qualquer
posição de fechamento, fortes perdas de car-
gas. As válvulas globo dão um fechamento
Figura 2.12 – Válvula Angular.
Porca de aperto
Gaxetas
Haste com rosca
Tampão
Trajetória do fluído
Castelo de união
Porca
Agulha
SedeTrajetória do fluido
Figura 2.11 – Válvula de 3 vias.
Figura 2.10 – Válvula de esfera.
Haste
Orifício de
passagem
Alavanca de manobra
Engaxetamento
Anéis retentores
Macho
(esfera oca)
Posição aberta
Macho
Corte em projeção
horizontal
As válvulas sem lubrificação, de boa qua-
lidade, usadas para gases, têm sedes removí-
veis, feitas de material resiliente (teflon, neo-
prene, etc.), dando ótima vedação estanque.
Variantes da válvula Macho
Uma das variantes da válvula macho cor-
responde às válvulas de esfera. Neste caso, o
macho é uma esfera que gira sobre um diâ-
metro, deslizando entre anéis retentores. As
vantagens das válvulas de esfera sobre a de
gaveta são o menor tamanho, peso e custo,
melhor vedação e menor facilidade de opera-
ção (Figura 2.10).
bem melhor que as válvulas de gaveta, de for-
ma que é possível conseguir, principalmente
em válvulas pequenas, um fechamento abso-
lutamente estanque (Figura 2.3).
As válvulas globo devem ser instaladas de
modo que o fluido entre sempre pela face in-
ferior do tampão. Essa disposição tem a van-
tagem de poupar as gavetas, porque a pressão
não fica agindo permanentemente sobre elas e
também de permitir, em muitos casos, o reen-
gaxetamento com a válvula em serviço.
Variantes de válvula globo
Válvulas Angulares
Essas válvulas têm os bocais de entrada e
saída a 90°. Permite perdas de cargas menores
que a válvula globo comum. Devido à posi-
ção do orifício de passagem (Figura 2.12).
Válvula Agulha
O tampão nestas válvulas é substituído por
uma peça cônica agulha, que permite um con-
trole mais delicado da vazão. É usado em li-
nha até 2” (Figura 2.13).
Outra variante das válvulas macho são as
válvulas de 3 ou 4 vias, onde o macho nesss
válvulas é furado em “T” em “L” ou em cruz,
dispondo a válvula de 3 ou 4 bocais para liga-
ção às tubulações (Figura 2.11)
Figura 2.13 – Válvula Agulha.
Equipamentos Estáticos
17
Válvula sem sede
É uma variante das válvulas angulares em
que o tampão consiste de um êmbolo que des-
liza do corpo da válvula. Estas válvulas são
empregadas para a descarga de caldeiras (Fi-
gura 2.14).
Figura 2.14 – Válvula sem sede.
Êmbolo
Retentores
Válvulas em “Y”
Essas válvulas apresentam a haste a 45°
com o corpo, de maneira tal que a trajetória da
corrente fluida fica quase retilínea. Em conse-
qüência disso as perdas de carga ficam redu-
zidas um valor mínimo. Essas válvulas são
usadas para bloqueio e regulagem de vapor
(Figura 2.15).
Figura 2.15 – Válvula em “Y”.
Tampão
Sede
Trajetória do fluido
2.3.4 Válvulas de Controle
Essas válvulas são usadas em combina-
ção com instrumentos automáticos, que as
comandam à distância, para controlar a vazão
ou a pressão de um fluido. A válvula em si é
quase semelhante a uma válvula globo sendo
operada, na maioria das vezes, por meio de
um diafragma sujeito à pressão de ar compri-
mido. Há um instrumento automático que
comada a pressão de ar, que por sua vez faz
variar a posição de abertura da válvula. A ope-
ração nas válvulas de controle é feita, geral-
mente, pelo diafragma em um sentido (para
abrir ou fechar) e por uma mola regulável no
outro sentido (Figura 2.16).
Figura 2.16 – Válvula de Controle.
Mola regulável
(para abrir a válvula)
Admissão de ar comprimido
(para fechar a válvula)
Diafragma flexível
Indicador de posição
de abertura
Haste
GaxetasSobreposto
Tampões duplos
balanceadosSedes
2.3.5 Válvula Borboleta
Usada para tubulações de grande diâme-
tro (mais de 20'’), sujeitas a baixas pressões,
sem a exigência de vedação perfeita. O fecha-
mento da válvula é feio por meio de uma peça
circular que pivota em torno de um eixo per-
pendicular ao sentido de escoamento do flui-
do (Figura 2.17).
Figura 2.17 (a) – Válvula Borboleta.
Figura 2.17 (b) – Válvula Borboleta.
Eixo
DiscoCorpo
Volante
Alavanca
Corpo da válvula
(entre os flanges)Disco defechamento
Flanges da
tubulação
Abe
rto
Fechado
18
Equipamentos Estáticos
Figura 2.18 – Válvula de Diafragma.
2.3.7 Válvulas de retenção
Estas permitem a passagem de fluido ape-
nas em sentido, fechamento automaticamen-
te, por diferença de pressões exercidas pelo
próprio fluido, se houver tendência à inversão
no sentido de escoamento. São, por isso, vál-
vulas de operação automática.
Um caso típico do uso de válvulas de re-
tenção é na linha de recalque de bombas em
paralelo, para evitar o retorno do fluido atra-
vés das bombas paradas. Outro caso é do uso
dessas válvulas na linha de carregamento de um
tanque para evitar um possível esvaziamento.
Existem três tipos principais de válvula de
retenção:
Válvula de retenção de portinhola
É o tipo mais comum de válvula de reten-
ção. Seu fechamento é feito por uma portinhola
articulada, que se assenta no orifício da vál-
vula.
As válvulas de portinhola não devem ser
usadas em tubulações sujeitas a freqüentes in-
versões de fluxo, porque, nesse caso, têm ten-
dência a vibrar fortemente (Figura 2.19.).
Algumas válvulas desse tipo têm uma ala-
vanca externa, com a qual a portinhola pode
ser aberta ou fechada, à vontade, quando ne-
cessário.
Válvulas de retenção tipo plug
O fechamento da válvula é feito por meio
de um tampão, semelhante ao das válvulas glo-
bo, cuja haste desliza em uma guia interna.
Essas válvulas causam perdas de carga muito
grandes e por isso são pouco usadas em linhas
de diâmetro acima de 6'’. São adequadas ao
trabalho com gases e vapores (Figuras 2.20).
Válvula de retenção de esfera
São semelhantes às válvulas de retenção
tipo plug, sendo porém, o tampão substituído
por uma esfera.
É o tipo de válvula de retenção cujo fe-
chamento é mais rápido. Essas válvulas, mui-
to boas para fluidos de alta viscosidade, são
fabricadas e usadas apenas para diâmetro de
até 2” (Figura 2.21).
Volante Haste
Castelo Tampão
Sede
Posição fechada
Diafragma flexível (aberto)
Figura 2.19 – Válvula de retenção de portinhola.
Flange de
entrada
Tampa
Flange
de saída
Eixo
TampãoSede
Figura 2.20 – Válvula de retenção tipo plug.
Tampa
Tampão
Guia
Pino
Sede
SaídaEntrada
Figura 2.21 – Válvula de retenção de esfera.
Entrada
Esfera
Saída
2.3.6 Válvulas de Diafragma
Muito usadas para fluidos perigosos, cor-
rosivos, tóxicos, inflamáveis, etc, as válvu-
las de diafragma não apresentam gaxetas. Seu
fechamento é feito por meio de um diafrag-
ma flexível apertado contra a sede. O meca-
nismo móvel que controla o diafragma fica
completamente fora do contato com o fluido
(Figura 2.18).
Equipamentos Estáticos
19
Variantes das válvulas de retenção
Válvulas de pé
São válvulas de retenção especiais para
manter a escorva nas linhas de sucção de bom-
bas. São semelhantes às válvulas de retenção
tipo plug (Figura 2.22).
Figura 2.22 – Válvula de pé.
Válvulas de retenção e fechamento
São semelhantes às válvulas globo, com
tampão capaz de deslizar sobre a haste. Na
posição aberta, funcionam como válvulas de
retenção de levantamento e, na posição fecha-
da, como válvulas de bloqueio. São usadas nas
linhas de saída de caldeiras (Figuras 2.23).
Bocal de saída
Pino
Guia
Tampão
Grade de
entrada
2.3.8 Válvulas de Segurança e deAlívio
Controlam a pressão à montante, abrindo-
se automaticamente, quando essa pressão ul-
trapassa um determinado valor para o qual a
válvula foi ajustada (pressão de ajuste).
Figura 2.23 – Válvula de retenção e fechamento.
Haste
rosqueada
Haste do
tampãoGuia
Tampão
Entrada Saída
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, ou de
um contrapeso externo de posição ajustável.
Regula-se tensão ou posição do contrapeso,
de maneira a se ter a desejada pressão de aber-
tura da válvula (Figura 2.24).
Figura 2.24 – Válvula de segurança.
Porca de regulagem
Mola
Bocal de saída
Tampão
Sede
Bocal de entrada
As válvulas de mola são as mais comuns.
A mola pode ser interna, dentro do castelo da
válvula, ou externa, preferindo-se esta última
disposição para serviços com fluidos corrosi-
vos, muito viscosos, ou gases liqüefeitos que
possam congelar, prendendo a mola.
Essas válvulas são chamadas de “seguran-
ça”, quando destinadas a trabalhar com flui-
dos elásticos (vapor, ar, gases), e de alívio,
quando destinadas trabalhar com líquidos, que
são fluidos incompressíveis. A construção das
válvulas de segurança e de alívio é basicamente
a mesma, a principal diferença reside no per-
fil das sedes e do tampão. Nas válvulas de se-
gurança, o desenho desses perfis é feito de tal
forma que a abertura total da válvula ocorra
imediatamente após a “pressão de ajuste”, e o
fechamento repentinamente abaixo da “pres-
são de ajuste”. Nas válvulas de alívio, a aber-
tura é gradual, atingindo o máximo com 110%
a 125% da “pressão de ajuste”.
As válvulas de segurança costumam ter
uma alavanca externa com a qual é possível
fazer-se manualmente o disparo da válvula
para teste.
20
Equipamentos Estáticos
3.1 Introdução
Purgadores são equipamentos utilizados
para eliminar condensados das tubulações que
transportam vapor ou ar comprimido. Os bons
purgadores além de remover condensado, re-
movem também o ar e outros gases inconden-
sáveis que possam existir.
O aparecimento de condensado em tubu-
lações de vapor pode se dar devido à perda de
calor para o meio ambiente, arraste de gotícu-
las, colocação em operação de determinado
trecho de tubulação fria ou trechos de tubula-
ções bloqueadas.
O aparecimento de condensado em tubu-
lações de ar comprimido ocorre em conseqüên-
cia da condensação da umidade do ar ou do
arraste do óleo de lubrificação dos compres-
sores.
3.1.1 Remoção do Condensado
Remove-se o condensado existente nas li-
nhas de vapor pelas seguintes razões:
– Conservar a energia do vapor, pois o
condensado não tem ação motora (má-
quina a vapor) nem ação aquecedora
eficiente (o vapor aquece cedendo ca-
lor de condensação). A entrada de con-
densado nas turbinas causa danos irre-
paráveis em suas palhetas.
– Evitar vibrações e martelos hidráulicos
nas tubulações causados pelo arrasta-
mento do condensado e encontro do
vapor com bolsões de condensado.
– Reduzir os efeitos de corrosão.
Remove-se o condensado das linhas de ar
comprimido, porque os arrastes de óleo ou
água danificam os instrumentos e prejudicam
o processo em que o ar é utilizado.
3.2 Tipos
Os purgadores podem ser classificados em:
– Purgadores Mecânicos: Agem por di-
ferença de densidade.
a) Purgadores de bóia;
b) Purgadores de panela invertida.
– Purgadores Termostáticos – Agem
por diferença de temperatura.
a) Purgadores de expansão metálica;
b) Purgadores de expansão líquida;
c) Purgadores de expansão balancea-
da (fole).
– Purgadores Especiais:
a) Purgadores termodinâmicos;
b) Purgadores de impulso.
3.2.1 Purgador de Bóia
Consiste em uma caixa com uma entrada
de vapor e uma saída de condensado. A saída
do condensado é fechada por uma válvula co-
mandada por bóia; quando há condensado, a
bóia flutua e abre a saída do condensado, que
é expulso pela própria pressão do vapor.
É necessário que a força de flutuação da
bóia seja suficiente, através das alavancas, para
vencer a pressão do vapor, que tende a fechar
a válvula.
Esse purgador tem descarga contínua e não
permite a saída de ar e de outros gases.
É empregado para baixas pressões de va-
por (até 35 Kgf/cm2), quando se deseja des-
carga rápida e contínua e quando não há ne-
cessidade de eliminação de ar (Figura 3.1).
Figura 3.1 – Purgador de Bóia.
3Purgadores
Válvula
termostática Entrada(vapor + condensado)
Bóia
Válvula
de saída Saída
(condensado)
Equipamentos Estáticos
21
3.2.2 Purgador de Panela Invertida
É o tipo de purgador mais usado em tubu-
lações de vapor. Consiste em uma caixa com
entrada de vapor e saída de condensado, den-
tro da qual existe uma panela com fundo para
cima, comandando a válvula que fecha a saí-
da do condensado.
Para o início de operação, o purgador deve
estar cheio de água; a panela fica pousada no
fundo, abrindo a válvula, por onde sai o ex-
cesso de água.
O vapor, quando chega, é lançado dentro
da panela, de onde é expulsa a água (que esca-
pa pela saída), até que a quantidade de água
Figura 3.2 – Purgador de Panela Invertida.
dentro da panela, tornando-se pequena, faz
com que a panela flutue, fechando a válvula
de saída. O ar contido na panela sai pelo pe-
queno furo existente no fundo da panela, por
onde escapa também um pouco de vapor; o ar
acumula-se, então, no topo do purgador e o
vapor é condensado por saturação do ambiente.
Chegando mais condensado, a panela enche-
se de água, perde flutuação e afunda, abrindo a
válvula. A pressão do vapor faz sair o ar acumu-
lado e o condensado, até que, diminuindo a quan-
tidade de condensado dentro da panela, a
flutuação é restabelecida, fechando-se a vál-
vula e repetindo-se, assim, o ciclo (Figura 3.2).
3.2.3 Purgador Termostático de Fole
Consiste em uma caixa contendo no inte-
rior um pequeno fole que comanda a válvula
de saída do condensado. O fole contém um
líquido de ponto de ebulição inferior ao da
água. O purgador funciona pela diferença de
temperatura que existe sempre, para a mesma
pressão, entre o vapor e o condensado. O va-
por, por ser mais quente, vaporiza o líquido
dentro do fole, que se dilata, fecha a válvula e
impede, portanto, a saída do vapor. O conden-
sado e o ar, como são mais frios, contraem o
fole que abre a válvula deixando-os escapar.
Esse tipo de purgador é empregado para mé-
dias e baixas pressões (até 35 kgf/cm2), prin-
cipalmente quando se tem grande volume de
ar a eliminar. A descarga de condensado é in-
termitente, demorada, e a perda de vapor é re-
lativamente grande. Não pode ser empregado
para vapor superaquecido (Figura 3.3).
Figura 3.3 – Purgador Termostático de Fole.
3.2.4 Purgador Termodinâmico
É um aparelho de construção extremamen-
te simples, cuja única peça móvel é um disco
que trabalha dentro de uma pequena câmara,
abrindo ou fechando, simultaneamente, as pas-
sagens que dão para a entrada de vapor e para
a saída de condensado (Figura 3.4).
Válvula (aberta)
Orifício
Válvula (fechada)
Bolhas de Ar
e Vapor
Vapor
Entrada
Panela Invertida
(afundada)
Saída
Condensado
Panela Invertida
(flutuando)
Válvula (aberta)
Vapor
Condensado
Panela
Invertida
(afundada)
Purgador Aberto
(Descarga de Condensado)
Purgador Fechado
(Chegada de Vapor)
Purgador Aberto
(Descarga de Condensado)
Fole
Saída
Válvula
En
tra
da
22
Equipamentos Estáticos
Figura 3.4 – Purgador Termodinâmico.
O funcionamento de um purgador termo-
dinâmico encontra-se descrito a seguir: O con-
densado ou o ar chegando ao purgador são
empurrados pela pressão do vapor, levantam
o disco e escapam para fora. Quando o vapor
chega ao purgador, a princípio também esca-
pa; mas, logo em seguida, o jato de vapor em
alta velocidadepassando por baixo do disco,
cria uma zona de baixa pressão (Teorema de
Bernoulli) e o disco abaixa-se tendendo a fe-
char a saída do vapor. Assim que o disco co-
meça a abaixar, parte do vapor que sai para a
câmara acima do disco, e a pressão do vapor
força, então, o disco para baixo. Ao mesmo
tempo, o movimento do disco causa uma re-
dução na seção de saída do vapor; em conse-
qüência, a velocidade aumenta e a depressão
Bóia 35 50 000 Sim Não Não Pouca Regular
Panela Invertida 180 15 000 Não Sim Sim Pouca Bastante
Panela Aberta 100 6 000 Não Sim Sim Pouca Bastante
Expansão Metálica 50 4 000 Não Sim Sim Bastante Regular
Expansão Líquida 35 4 000 Não Sim Não Bastante Regular
Expansão Balanceada 35 1 000 Não Sim Não Bastante Regular
Termodinâmico 100 3 000 Não Sim Sim Regular Quase Nenhuma
Impulso 100 5 000 Não Não Sim Regular Quase Nenhuma
Tipo
Pressão
Máxima do
Vapor (kg/cm2)
Capacidade
Máxima
(kg/h)
Descarga
Contínua
Eliminação
do Ar
Resistência a
Golpes de
Ariete
Perda de
Vapor
Necessidade de
Manutenção
3.3 Tabela Comparativa para Purgadores
O quadro seguinte apresenta um resumo comparativo das principais características dos tipos
mais importantes de purgadores de vapor:
causada também, o disco encosta-se, então, na
sede, fechando a saída do vapor.
O disco fica, assim, em equilíbrio (a mes-
ma pressão nas duas faces) até que o vapor re-
petido em cima começa a condensar, a pressão
cai, o disco sobe, repetindo-se todo o ciclo.
Esse purgador, barato, pequeno, simples
e de baixa manutenção, está sendo empregado
cada vez mais para linhas de vapor e de aque-
cimento, desde que a quantidade de conden-
sado não seja muito grande.
Não deve ser usado quando a contrapres-
são do condensado for maior do que 50% da
pressão do vapor, ou quando a pressão do va-
por for inferior a 0,7 kgf/cm2. Pode ser empre-
gado para altas pressões e altas temperaturas.
Pressão Zona de BaixaPressão
Condensado
Vapor
Condensado
Vapor
Tampa Disco Móvel(suspenso)
Condensado
Ar
Sede
Condensado
Ar
Pressão
Vapor
Orifício de Entrada
Orifício de Saída
Purgador Aberto
(descarga de condensado)
Purgador Fechando-se
(chegada de vapor)
Purgador Fechado
Secção AA
Equipamentos Estáticos
23
3.4 Outros Dispositivos Separadores
Além dos purgadores de vapor, outros dis-
positivos separadores são também usuais em
tubulações industriais. As operações mais co-
mumente efetuadas por esses aparelhos são as
seguintes:
– Separação de água e/ou óleo em tubos
de ar comprimido e de outros gases;
– Separação de poeiras e sólidos em tu-
bos de gasolina e de outros líquidos
leves;
– Separação de ar em tubos de vapor.
Os princípios gerais de funcionamento da
maioria desses aparelhos são flutuação, inér-
cia, capilaridade e absorção. Alguns separa-
dores aproveitam-se, simultaneamente, de mais
de um dos fenômenos mencionados.
Os aparelhos que trabalham por flutuação,
são inteiramente semelhantes aos purgadores
de bóia, são empregados na separação e eli-
minação de água e de outros líquidos nas tu-
bulações de ar e de gases em geral. Esses se-
paradores, que são sempre peças pequenas (fa-
bricadas com até 2” de diâmetro nominal), são
muito usados para a drenagem da água forma-
da em tubulações de ar comprimido e, por isso,
denominados às vezes de “purgadores de água”.
O princípio da inércia é utilizado nos apa-
relhos destinados a separar líquidos e sólidos
em suspensão (inclusive poeiras) em tubula-
ções de gases. Nesses separadores, a corrente
de gás, carregada de partículas líquidas ou só-
lidas, é obrigada a mudar de direção várias ve-
zes em grande velocidade. Nessas mudanças
de direção, as partículas líquidas ou sólidas
separam-se por serem mais pesadas (devido à
inércia) e são, então, recolhidas e eliminadas.
Os separadores que agem por capilari-
dade servem, principalmente, para a coleta e
eliminação de ar e de água em tubulações de
líquidos leves. Nesses aparelhos, a corrente lí-
quida atravessa elementos de tela fina ou de
palhas especiais, onde se formam, por diferen-
ça de capilaridade, bolhas de ar ou gotículas
de água que são depois coletadas.
Os separadores de absorção são apare-
lhos no interior dos quais existem elementos
de substâncias especiais capazes de absorver
e reter o material que se deseja separar. A veia
fluida atravessa esses elementos, onde a ab-
sorção ocorre geralmente por meio de reações
químicas. Os elementos absorventes têm uma
vida relativamente curta, ao final da qual de-
vem ser substituídos. Os desumidificadores de
silicagem ou de alumina, empregados para re-
mover umidade em correntes de ar ou de ou-
tros gases, funcionam segundo este princípio.
3.5 Filtros para Tubulações
Os filtros (strainers, filters) são também
aparelhos separadores destinados a reter poei-
ras, sólidos em suspensão e corpos estranhos,
em correntes de líquidos ou gases. Duas clas-
ses de filtro são de uso comum em tubulações
industriais: a dos filtros provisórios e dos per-
manentes.
Os filtros provisórios são peças que se
intercalam nas tubulações, próximo aos bocais
de entrada dos equipamentos (bombas, com-
pressores, turbinas, etc.), para evitar que su-
jeiras e corpos estranhos, deixados durante a
montagem das mesmas, penetrem nesses equi-
pamentos quando o sistema for posto em fun-
cionamento. Depois que as tubulações já esti-
verem em funcionamento normal por algum
tempo, e tiverem, portanto, sido completamen-
te lavadas pelo próprio fluido circulante, os
filtros provisórios deverão ser removidos. É
Entrada
vapor + água
Furo
Saída
(Vapor)
Visor
de nível Gotas
d’água
Purgador
Filtro
Dreno
Separador para vapor com drenagem automática por purgador
Figura 3.5 – Separadores de Inércia.
Gás Gás líquido
Chicana Gotas de líquido
Visor de nível Dreno
Líquido acumulado
24
Equipamentos Estáticos
obrigatória a colocação de filtros provisórios
na entrada de todos os equipamentos que pos-
sam ser danificados pela presença de corpos
estranhos, pois, por mais bem feita que tenha
sido a limpeza prévia das tubulações, é im-
possível garantir-se que não haja poeiras, ter-
ra, ferrugem, rebarbas de solda, pontas de ele-
trodos e outros materiais estranhos no interior
das mesmas.
Os filtros permanentes, como o próprio
nome indica, são acessórios instalados nas tu-
bulações de um modo definitivo. Os princi-
pais casos de emprego dos filtros permanen-
tes envolvem:
– Tubulações com fluidos sujos que sem-
pre possam apresentar corpos estra-
nhos;
– Casos em que se deseje uma purifica-
ção rigorosa e controlada do fluido
circulante;
– Tubulações de entrada de equipamen-
tos muito sensíveis a corpos estranhos,
tais como bombas de engrenagens, me-
didores volumétricos, certos tipos de
purgadores, etc.
3.5.1 Filtros Provisórios e Permanentes
Os filtros provisórios mais comuns são os
discos de chapa perfurada ou os anéis de cha-
pa fina com uma cesta de tela (Figura 3.6).
Ambos são introduzidos entre dois flanges
quaisquer, onde ficam presos. Os filtros de
cesta de tela devem ter uma área de filtragem
de no mínimo 3 a 4 vezes em relação à seção
transversal útil da tubulação.
Para facilitar a colocação e posterior reti-
rada dos filtros provisórios deve-se colocar
uma peça flagelada (carretel, redução, joelho,
etc.) na estrada dos equipamentos que devam
ser providos de filtros provisórios. O filtro fi-
cará preso a um dos flanges dessa peça, com a
cesta de tela dentro da peça: para remover o
filtro, bastará desacoplar os flanges e retirar a
peça inteira.
Os filtros permanetes consistem, geral-
mente, em uma caixa de aço de ferro fundido,
ou de bronze, com os bocais para tubulaçoes
de entrada e de saída, no interior da qual exis-
tem os elementos de filtragem e chicanas para
conduzirem a veia fluida (Figura3.7). Os ele-
mentos filtrantes e os materiais de construção
dos mesmos variam de acordo com o fluido
circulante, com o grau de filtragem desejado,
com o tamanho do filtro, etc.
Figura 3.7 – Filtros Permanentes.
Entre os elementos filtrantes mais comuns
estão:
– Grades metálicas, chapas perfuradas,
telas metálicas (filtragem grosseira de
líquido);
– Telas finas, feltro, “nylon”, porcelana,
papel, etc. (filtragem fina de líquido);
– Palhas metálicas, feltro, camurça, etc.
(filtragem de gases).
Conforme o modelo do filtro, os elemen-
tos filtrantes podem ter a forma de cestas ci-
líndricas, cones, discos, cartuchos, etc.
Anotações
Figura 3.6 – Filtro Provisório.
Cesta de tela
Chapa intercalada
entre dois flanges
Tampa
Entrada
Cesta de tela
Saída
Cesta de tela
Dreno
Para diâmetros maiores
Entrada Saída
Tampa e
dreno
Para diâmetros menores
Equipamentos Estáticos
25
4Permutadoresde Calor
4.1 Introdução
O permutador de calor é um equipamento
onde dois fluidos, com temperaturas diferen-
tes, trocam calor através de uma interface me-
tálica. No processamento de uma Refinaria de
Petróleo, o permutador de calor é empregado
não só para economizar calor, mas também
para atender às necessidades de processo.
De acordo com o fim a que se destina, este
tipo de equipamento pode ser enquadrado con-
forme a seguinte classificação geral:
a) Aquecimento
a.1. – Aquecedor
Quando aquece o fluido do processo
por meio de vapor de água ou outro
meio qualquer (Figura 4.1).
Figura 4.1 – Aquecedor de regeneração de soda.
a.2. – Refervedor
Quando vaporiza um líquido por meio
de vapor d’água ou outro fluido quen-
te. Utilizado para prover calor às torres
de destilação, vaporiza parte do produ-
to de fundo (Figura 4.2).
Figura 4.2 – Refervedor de Torre de Separação.
a.3. – Gerador de Vapor
Quando gera vapor d’água, aproveitan-
do calor de um líquido quente provenien-
te do processo (Figura 4.3).
Figura 4.3 – Gerador de vapor da unidade de craqueamento
catalítico fluido.
b) Resfriamento
b.1 – Resfriador
Quando resfria fluidos do processo atra-
vés da utilização de água como meio
de resfriamento. O abaixamento de
temperatura dos líquidos a serem arma-
zenados evita as perdas de produtos
leves (Figura 4.4).
Figura 4.4 – Resfriador de Querosene.
b.2 – Condensador
Quando condensa um fluido pelo uso
de água como fluido refrigerante. Em-
pregado para recuperação de vapores
de colunas de destilação, bem como
para condensação do vapor exausto de
turbinas, reduz a pressão de descarga
das mesmas (Figura 4.5).
Vapor 10 kg/cm2
Condensado
NaOH
TIC
Torre de
Separação
Vapor
Refervedor
Conden-
sado
Butano
Vapor d’água
saturado
Tambor de
SeparaçãoFraciona-dora
Resfriador
Água de
Refrigeração
Querosene
para tanque
26
Equipamentos Estáticos
Figura 4.5 – Condensador de torre de destilação atmosférica.
b.3 – Resfriador a ar
Quando resfria vapores ou líquidos,
passando por feixes de tubos tipo ser-
pentina e usando corrente de ar impul-
sionada por pás movidas a motor elé-
trico (Figura 4.6).
Figura 4.6 – Resfriador a Ar.
c) Intercambiadores
Quando há troca de calor entre dois flui-
dos do processo. Executa dupla função:
aquece um fluido por meio do uso de
outro mais quente que se resfria. Não
há perda de calor (Figura 4.7).
Figura 4.7 – Aquecimento de petróleo.
Chicanas – orientam o fluxo do casco, de
forma a manter os tubos na posição desejada e
evitar que sofram esforços de reflexão;
Espaçadores – mantêm o conjunto de
chicanas em posição.
4.2 Descrição Geral
4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos
A Figura 4.8 mostra um exemplo de
permutador de espelhos fixos, cujas partes es-
senciais são:
Casco – parte externa central do permu-
tador;
Carretéis e tampas dos carretéis – par-
tes externas extremas do permutador;
Feixe Tubular – constituído de espelhos
que mantêm os tubos na posição desejada.
Neste tipo de permutador, os espelhos são sol-
dados ao casco e servem também como flanges
aos quais os carretéis são parafusados;
Figura 4.8 – Permutador de espelhos fixos.
Supondo um fluido quente passando pelo
lado dos tubos e um fluido frio passando pelo
lado do casco ( Figura 4.9). O fluido quente
entra através de um carretel, enquanto o flui-
do frio entra pelo bocal inferior do casco, per-
corre o caminho determinado pelas chicanas e
sai do permutador pelo bocal superior.
O fluido quente, ao percorrer os tubos,
cede calor, através da interface metálica, ao
fluido frio que percorre o casco.
Considere
T1 – temperatura de entrada do fluido quente;
T2 – temperatura de saída do fluido quente;
t1 – temperatura de entrada do fluido frio e
t2 – temperatura de saída do fluido frio.
Tem-se que T1 T2 e t1 t2 em virtude do pro-
cesso de troca de calor sensível, entre os flui-
dos, ocorrido dentro do permutador.
Figura 4.9 – Fluxos no casco e no feixe.
Torre
Condensadores
Água
de Refrigeração
Ar
M
Gasóleo
Petróleo
Querosene Diesel
2
3
1
4
5 6
7
4
3
2
1. Casco 5. Chicanas
2. Carretel 6. Espaçador
3. Tampa do Carretel 7. Tubos
4. Espelho
t2 T2
t1
T1Fluido quente Fluido frio
Equipamentos Estáticos
27
Figura 4.10 – Permutador de Calor (vista externa).
Figura 4.11 – Permutador de Calor (vista interna).
A função das chicanas é acarretar tur-
bulência no fluido que percorre o lado do
casco (Figura 4.12). Este estado de turbu-
lência resulta em maior eficiência na troca
de calor.
Figura 4.12 – Detalhe das chicanas.
Quando os dois fluidos percorrem o per-
mutador na mesma direção, diz-se que estão
em paralelo; quando em direções opostas,
como apresentado na figura 4.9, diz-se que
estão em contra-corrente Este último é o flu-
xo normalmente utilizado. A Figura 4.13
mostra os perfis de temperatura de dois flui-
dos em paralelo e em contra-corrente ao lon-
go do permutador. No fluxo em contra-corren-
te, a temperatura do fluido frio pode ultrapas-
sar a menor temperatura do fluido quente, o
que não pode ocorrer no fluxo em paralelo.
O permutador da Figura 4.9 é de uma pas-
sagem no casco, já que o fluido frio percorre o
mesmo uma só vez. Este tipo de casco é o mais
comum em refinarias de petróleo, embora se-
jam utilizados também os de duas passagens
no casco, os de fluxo divididos por defletores
e os demais tipos apresentados na Figura 4.14.
Evidentemente, cada um deles apresenta apli-
cação e interesse específicos.
Figura 4.14 – Tipos de Casco.
De maneira análoga, o permutador apre-
senta uma passagem nos tubos, pois estes se
constituem em uma única seção de passagem.
É comum permutadores que apresentam vári-
as passagens nos tubos, com divisões nos car-
retéis que encaminham o fluido dentro dos tu-
bos, formando os passes.
A Figura 4.15 mostra os arranjos dos
divisores de passes para diversos números de
passagens. Números crescentes de passes, tan-
to nos tubos como no casco, determinam uma
velocidade maior dos fluidos, o que favorece
a troca térmica.
Nos permutadores de espelhos fixos, o
lado externo dos tubos é inacessível à limpeza
mecânica e inspeção, por isso são utilizados
apenas quando o fluido do lado do casco é lim-
po e não há problemas de corrosão.
Saída tubos Entrada casco
Orifício para instrumento
Vent (suspiro)
Tampa do
carretel Entrada
tubos
Carretel
Casco
Saída casco
Flange do
casco Tampa
do casco
(boleado)
Espelho
Flutuante
Chapa
defletora Tampa do
flutuante
Chapa quebra jato ou
chapa de sacrifício
Carretel
Chicana
Feixe de
tubos Espelho
fixo
Chapa
defletora
Contra-corrente Paralelo
ExtensãoExtensão
Te
m
p.Te
m
p.
Flui
do
quen
te Fluido quente T2
T2
T1
T1
t1 t1
t2 t2
Flu
ido
frio
Flui
do frio
Casco de uma pasagem Casco deduas passagens
com chicana longitudinal
Casco com fluxo bifurcado Casco com duplo fluxo
bifurcado
Casco com fluxo dividido Refervedor tipo caldeira
Casco
Perfurações
Figura 4.13 – Perfis de temperatura. Figura 4.15 – Divisores de passes.
Espelhos Permutador
de entrada de retorno Esquema dos passes
2 Passes
4 Passes
6 Passes
28
Equipamentos Estáticos
4.2.2 Permutador de tampa flutuante
Este permutador, apresentado na Figura
4.16, é de feixe removível. De um lado, o fei-
xe tem espelho fixo parafusado entre os flanges
do carretel e do casco. Do outro lado, o espe-
lho flutuante é fixado entre a tampa do flutu-
ante (que caracteriza o permutador) e o anel
bipartido. O casco é fechado por meio da tam-
pa do casco.
A remoção do carretel, da tampa do casco
e da tampa flutuante permite a retirada do fei-
xe pelo lado do espelho fixo.
Este tipo de permutador permite limpeza
mecânica e inspeção do lado externo dos tu-
bos, já que o feixe pode ser removido, além
disso não apresenta dificuldades decorrentes
de dilatação diferencial entre o feixe tubular e
o casco.
Figura 4.17 – Permutadores de Tubos em “U”.
Figura 4.16 – Permutador de Tampa Flutuante.
4.2.3 Permutador de Tubos em “U”
O permutador com tubos em “U”, mos-
trado na Figura 4.17, possui um feixe consti-
tuído de tubos curvados em forma de “U” e
mandrilados ao espelho. Os tubos podem ex-
pandir-se livremente, o que elimina, neste tipo
de permutador, a necessidade de: espelho flu-
tuante, tampa flutuante, um dos flanges do
casco e a tampa do casco. O menor raio de
curvatura sem deformar o diâmetro externo dos
tubos determina a omissão de alguns tubos no
centro do feixe.
Neste tipo de permutador, o feixe de tu-
bos pode ser removido do casco para limpe-
za e inspeção da área externa dos tubos. O
fluido que escoa no lado dos tubos deve ser
limpo, para evitar sujamento excessivo dos
mesmos.
4.3 Materiais Usados em Permutadores
de Calor
A “Tubular Exchanger Manufactors
Association” (TEMA) publica normas para
projeto e construção de permutadores de cas-
co e tubo. Estas especificações servem para
três classes de permutadores:
Classe R, para condições severas de pro-
cessamento de petróleo e produtos químicos,
serviços rigorosos, em que se deseja obter se-
gurança e durabilidade;
Classe C, para condições moderadas de
operação, tendo em vista a máxima economia
e o mínimo tamanho, condizentes com as ne-
cessidades de serviço;
Classe A, para condições severas de tem-
peratura e fluidos altamente corrosivos.
Os materiais especificados para tubos e
cascos são:
a) Tubos
Podem ser lisos ou aletados.
Os tubos lisos, padronizados em 4 diâme-
tros (3/4", 1", 1 1/4" e 1 1/2"), são mais
comumente encontrados na indústria.
Os tubos aletados aumentam a troca de
calor devido ao aumento da área externa de
troca, porém, acarretam maior perda de pres-
são no lado do casco (Figura 4.18).
Figura 4.18 – Tubos Aletados.
Os materiais utilizados obedecem às es-
pecificações mínimas para uma determinada
aplicação: aço carbono, normalmente utiliza-
do para meios agressivos; aços ligas, latões,
bronzes, ligas de alumínio e duplex, utiliza-
dos em diversos meios corrosivos.
b) Casco
Pode ser construído a partir de tubos com
até 24" de diâmetro nominal, ou, de chapas
calandradas e soldadas a partir de 13" de diâ-
metro. Fabricado normalmente em aço car-
bono, no entanto também podem ser feitos em
aço liga e ligas de alumínio quando de tubo,e
em aço liga, ligas de níquel e ligas de cobre
quando de chapa.
Equipamentos Estáticos
29
4.4 Escolha do Fluido
O permutador já está construído para
receber determinados líquidos nos tubos e
no casco. Não há regras fixas que estabele-
çam qual tipo de fluido deve passar pelos
tubos.
Evidentemente, a escolha do fluido que
passa pelos tubos ou pelo casco deve aten-
der às melhores condições para o processo,
menor custo de construção e fácil manuten-
ção. De uma maneira geral, passam pelos
tubos:
a) Fluidos mais sujos
Com depósitos, coque, sedimentos, ca-
talisadores, etc. É mais fácil remover a
sujeira dos tubos do que do casco.
b) Fluidos mais corrosivos
Além de ser mais econômico usar tu-
bos resistentes à corrosão do que um
casco com a mesma propriedade, é mais
fácil substituir tubos furados do que
casco.
c) Fluidos com maior pressão
Porque o casco tem menor resistência
em virtude do seu maior diâmetro.
d) Fluidos menos viscosos
A menos que a perda da pressão deva
ser muito baixa.
e) Água de resfriamente
Por facilidade de limpeza.
f) Fluidos de menor vazão volumétri-
ca, em vista do casco oferecer mais es-
paço.
Entre líquidos de propriedades semelhantes,
devem passar pelos tubos aqueles de maior pres-
são, maior temperatura e os mais corrosivos.
4.5 Instrumentação do Permutador de
Calor
A instrumentação varia com a finalidade
do permutador no processo. Assim, instrumen-
tos medidores de temperatura, vazão e pres-
são podem ser encontrados nas tubulações de
entrada ou saída de um permutador, de acordo
com as necessidades de controle do processo.
É regra geral que, num resfriador ou em
um conjunto de resfriadores, deve haver um
indicador de temperatura (Thi).
4.6 Operação
4.6.1 Normas de Operação
a) Condições de Segurança
A temperatura e a pressão limites, em que
devem trabalhar os tubos e o casco, especifi-
cadas do permutador, não devem ser ultrapas-
sadas. Assim, nos resfriadores, a temperatura
de saída da água não deve exceder de um cer-
to valor (50ºC) para evitar deposição de sais.
b) Aquecimento e resfriamento
Tanto na partida como na parada, os per-
mutadores de calor devem ser aquecidos ou
resfriados lentamente. Isto é particularmente
importante quando as temperaturas de opera-
ção são elevadas. A rápida entrada de um lí-
quido à alta temperatura pode provocar desi-
gualdades de expansão nos tubos, causando va-
zamentos nos mesmos e deformação do feixe.
c) Partida e Parada
Na partida, entra primeiro o fluido mais frio.
Se o fluido mais frio está ligeiramente quente,
deixa-se o mesmo, então, entrar lentamente.
Quanto mais quente o fluido, mais lenta deve
ser a sua penetração no permutador de calor.
Na parada, bloqueia-se primeiramente a
entrada do fluido mais quente. Se isto não for
observado, podem ocorrer vazamentos nos
tubos.
d) Suprimento de água
Falhas no suprimento de água para um
resfriador podem trazer sérias conseqüências.
Quando o fluido a resfriar é muito quente, a
interrupção da água provoca um grande aque-
cimento do equipamento. Se a água voltar,
então, a circular, haverá um resfriamento brus-
co do permutador. Esta mudança rápida de
temperatura afrouxa parafusos e abre as jun-
tas. É necessário, portanto, um fluxo contínuo
de água para um resfriador.
e) Condensado
Deve-se sempre drenar a água de um
refervedor ou aquecedor para evitar o fenô-
meno chamado martelo hidráulico, que ocor-
re conforme descrito a seguir: Suponha água
acumulada nos tubos do refervedor. Abrindo-
se a válvula do vapor d’água, este vai condu-
zir a água a uma grande velocidade até encon-
trar um obstáculo, onde provoca um grande
choque. Este impacto severo, o martelo hidráu-
lico, pode causar ruptura do material.
30
Equipamentos Estáticos
4.6.2 Causas de Perda de Eficiência
a) O permutador está sujo e não há troca
eficiente de calor.
b) A tubulação ligada ao permutador não
dá a vazão para qual o aparelho foi pro-
jetado.
c) As condições de operação diferem da-
quelas para as quais o permutador de
calor foi projetado.
4.7 Manutenção
4.7.1 Limpeza
A eficiência do permutador de calor de-
pende da limpeza dos tubos. Durante a opera-
ção, depósitos de sais, ferrugem, coque, areia,
pó de coque, folhas, fibras vegetais, camadas
de graxa, corpo de micro-organismos, etc.
acumulam-se dentro e fora dos tubos,