Equipamentos para proteção das tubulações. opasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfg. Peças Especiais e Aparelhos. hjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxc - PDF
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Liliana de Figueiredo Miranda
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2 Conteúdo Equipamentos para proteção das tubulações... 4 Comportas e Adufas... 5 Comportas... 5 Dimensionamento... 6 Instalação... 6 Acionamento... 6 Acabamento... 6 Adufas de Parede... 6 Dimensionamento... 7 Aquisição e Instalação... 7 Acabamento... 8 Acionamento... 8 Dimensionamento... 9 Aquisição e Instalação... 9 Acionamento... 9 Hidrantes Hidrante de coluna O hidrante de coluna convencional Esquema de instalação Hidrante subterrâneo Dimensionamento Válvulas Registro de Gaveta Registros de gaveta Tipos de registros de gaveta Especificações indispensáveis para aquisição de registros de gaveta Detalhes técnicos Hastes Acessórios para juntas Acionamentos Acionamentos especiais Instalação Posição
3 Montagem Materiais empregados nas válvulas de gaveta Válvulas de Retenção O equipamento Funcionamento Tipos Válvulas de retenção do tipo portinhola basculante Descrição Instalação Especificações técnicas O emprego do "by-pass" Ventosas Os Aparelhos O "ar" no interior das tubulações O fluxo de ar nas tubulações Problemas causados pelo movimento de bolsas de ar nas tubulações: Instalação das ventosas Ventosas simples (Figura V8) Utilização Funcionamento Ventosa CMC compacta Ventosas de tríplice função (Figura V9) Fabricação Utilização Descrição do projeto dessas ventosas (Figura V10) Funcionamento Seleção do tamanho da ventosa de tríplice função Recomendações adicionais para instalação
4 Equipamentos para proteção das tubulações Peças especiais e aparelhos Além das conexões, utilizam-se nas tubulações peças especiais e aparelhos, tais como: adufas, comportas, crivos, juntas de expansão, registros, hidrantes, registros automáticos de entrada, válvulas antigolpe de aríete, válvulas de borboleta, válvulas de pé e crivo, válvulas de retenção e ventosas. 4
5 Comportas e Adufas S ão geralmente utilizadas nas canalizações de descarga de pequenas barragens, de reservatórios e de certas unidades das estações de tratamento de água, tais como câmaras de mistura, decantadores e filtros. Situam-se na extremidade de montante dessas tubulações, rente à face molhada da parede dos referidos depósitos. As comportas são portas que prendem águas de um dique, de um açude ou de uma represa. São quadradas ou circulares (Figura CA1) e só podem ser acionadas com pedestais de suspensão, nos quais a haste se desloca verticalmente com a tampa durante a manobra. As adufas de parede, com ponta ou com flange (Figura CA2), são aparelhos com chapa móvel em torno de um eixo ou com movimento de correr, que se instalam nos condutos que regulam a vazão de fundo e cuja abertura ou fechamento Figura 1 - Comportas e adufas de parede podem ser graduados. Durante sua manobra, que pode ser feita por meio de chave T, volante ou pedestal de manobra (simples ou com engrenagem), apenas a tampa sofre deslocamento vertical. Figura CA1 - Modelo de comportas com tampas circular e quadrada Comportas Figura CA2 - Modelo de adufas com tampas circular e ponta 5
6 O emprego das comportas de sentido único de fluxo para descarga horizontal de instalações hidráulicas sob pressão atmosférica, por exemplo reservatórios, pequenas barragens e decantadores, representa segurança e eficiência, por possuírem excelente estanqueidade.comumente são encontradas nos modelos com tampa quadrada (Figura CA3). Dimensionamento Figura CA3 - Modelo de comporta com tampa quadrada Os projetos obedecem peculiaridades características de cada marca comercial e são elaborados de acordo com as normas da ABNT, especialmente no diz respeito à juntas e gabaritos, e para trabalharem com uma altura máxima da coluna de 10 m.c.a = 1 kgf/cm 2 = 0,1 Mpa. Instalação É necessário que se observem todas as instruções recomendadas pelo fabricante e as condições técnicas indispensáveis na instalação, para que se garantam condições de estanqueidade durante seu funcionamento. Algumas recomendações são básicas: Instalar os chumbadores conforme gabaritos apresentados nas páginas seguintes. É indispensável a preparação carreta da parede do reservatório, garantindo-se a prumada; A comporta deve ser instalada com a tampa fechada, para evitar o empenamento do telar; Observar o sentido correto de fluxo, de maneira a que a tampa da comporta seja forçada contra a sede. Acionamento Por pedestais de suspensão (citar altura Hl, para dimensionamento da haste de prolongamento) ou por acionamento hidráulico ou pneumático. Nestes dois últimos casos, é fundamental que na consulta seja citado: Acabamento As comportas são fornecidas normalmente pintadas com tinta betuminosa podendo receber outros revestimentos, conforme consulta. Adufas de Parede 6
7 As adufas de parede são assim chamadas, pois são utilizadas para descarga horizontal em tubulações hidráulicas sob pressão atmosférica (reservatórios, pequenas barragens, decantadores), previstas para atuarem com o fluxo forçando a tampa contra a sede. Na maioria das vezes são fornecidas com pontas para colocação direta na parede do reservatório para conectar com a bolsa do tubo de descarga, ou com flange para ligação com tubo de descarga flangeado (Figura CA4). Dimensionamento Figura CA4 - Adufas de parede em detalhes Os projetos são elaborados de acordo com as normas da ABNT, especialmente no diz respeito à juntas e gabaritos, e para trabalharem com uma altura máxima da coluna de 10 m.c.a = 1 kgf/cm 2 = 0,1 Mpa. Aquisição e Instalação É fundamental que se indique nas consultas e pedidos o tipo de acionamento e a altura de manobra e as dimensões pretendidas. A instalação é feita por chumbamento do corpo ou da ponta quando for o caso, na parede do reservatório, com a tampa bem fechada para evitar empenamentos (Figura CA5 ). O sentido do fluxo deve forçar a tampa contra a sede de modo a garantir estanqueidade. 7
8 Acabamento Figura CA5 - Possíveis esquemas de instalação para adufas de parede As adufas de parede são fornecidas normalmente pintadas com tinta betuminosa, podendo receber outros tipos de revestimento conforme consulta. Acionamento Devido possuírem hastes rosqueada e mancais, sua manobra torna-se possível através de uma chave T, ou de volante, ou pedestal de manobra. Observar sempre para que corpos estranhos não impeçam o fechamento da adufa. Adufas de Fundo As adufas de fundo são utilizadas para descarga dos reservatórios, pricipalmente em unidades de estações tratamento de água como floculadores e decantadores, para serem manobradas durante operações de esgotamento e limpeza, ou para permitir a passagem de água de um compartimento para outro (Figura CA6 ). 8
9 Dimensionamento Figura CA6 - Adufas de fundo em perspectiva e em corte Os projetos são elaborados de acordo com as normas da ABNT, especialmente no diz respeito à juntas e gabaritos, e para trabalharem com uma altura máxima da coluna de 10 m.c.a = 1 kgf/cm 2 = 0,1 Mpa. No caso de flange conforme NBR 7675, nos gabaritos PN-10 e PN-16. Aquisição e Instalação As adufas de fundo podem ser acompanhadas de peças suplementares visando atender situações específicas, o que gera as seguintes modalidades: simples; com curva flangeada: para ligação com tubulação de descarga ou de intercomunicação; com crivo: que envolve o aparelho evitando a presença de corpos estranhos; com curva e crivo. Normalmente são concretadas no plano inferior dos reservatórios, com flange conectado à tubulação de descarga ou de intercomunicação. Acionamento Pode ser realizado com chave T ou pedestal de suspensão, complementados por haste de prolongamento. Nas consultas e compras, citar as cota de fundo e de apoio do pedestal como visto na figura CA7. 9
10 . 1 - asssentada no fundo de um decantador 2 - esquema de instalação 3 - vista completa c/ volante e pedestal Figura CA7 - Adufas de fundo 10
11 Hidrantes Hidrante de coluna Os hidrantes são utilizados na luta contra o fogo. São instalados em pontos estratégicos das redes de distribuição, onde devem ser capazes de fornecer água em quantidade e com pressão satisfatórias. São fabricados o hidrante de coluna e o hidrante subterrâneo. O hidrante de coluna é de mais fácil uso e localização, o que é importante cm casos de emergência, como são os incêndios (Fig. H2). O hidrante subterrâneo fica por baixo dos passeios. É provido de cabeçote para ser manobrado por uma chave. Tem a vantagem de não oferecer problema para o pedestre nem de ser danificado por veículos (Fig. H1). Figura H1 - Vista em corte de um hidrante de coluna modelo Bárbara. 11
12 Abaixo (Figura H2) vista em corte de um típico hidrante de passeio ou subterrâneo O hidrante de coluna convencional Os Hidrantes de Coluna, padrão ABNT EB 669, são utilizados para fins urbanos e industriais, no abastecimento de água para combate a incêndio. Os hidrantes de coluna convencionais completos são fabricados em ferro fundido e montados conforme mostrado na Figura H2. A conexão à rede de distribuição é feita com curva dissimétrica ou curva 90o com pé, interligada a coluna por um toco de tubo com flanges cujo comprimento dependerá da profundidade em que se encontrar a tubulação da rede, um registro com flanges, e uma extremidades bolsa/flange, dependendo do tipo de tubulação distribuidora. O registro de gaveta fica instalado abaixo do nível do passeio público, abrigado em uma caixa de concreto subterrânea com tampão de passeio em ferro fundido. Essa caixa deverá ser inspecionada periodicamente para não acumular detritos os mais diversos, que possam retardar ou mesmo impedir a utilização rápida dos hidrantes. E a rapidez é fundamental para a eficiente utilização deste equipamento. Esquema de instalação Fabricados em geral para uma pressão máxima de serviço 10 kgf/cm2, o diâmetro interno da entrada de água, dotado de um flange, é de 75 ou 100 mm. A esse flange, liga-se, para aumentar a profundidade, uma curva dissimétrica, ou seja, não simétrica, com flanges, que pode ser usada tanto para redes de 75 mm como de 100 mm. As tomadas de água podem ser em rosca de 60 mm (diâmetro externo 82 mm e 5 fios) e rosca de 100 mm (diâmetro externo 127 mm e 4 fios), padronizadas no Brasil, para permitirem a continuidade do uso do mesmo equipamento nos caminhões dos corpos de bombeiros. Seguramente os hidrantes de coluna serão fornecidos pintados de vermelho, conforme recomendação do Corpo de Bombeiros. Opcionalmente o hidrante pode ser rosqueado no tubo de suporte, de modo a impedir a possibilidade de roubo por desaparafusamento do hidrante. Mediante consulta prévia ao fabricante, poderão ser fornecidos 12
13 outros tipos de roscas, como também a possibilidade de fornecimento de vários tipos de engates rápidos no lugar da conexão rosqueada. Existem modelos concebidos para não necessitarem de registros de manobra. Estes modelos proporcionam evidentes vantagens sobre hidrantes de coluna normais em ferro fundido. Notoriamente sua instalação é mais econômica, pois assim não requerem o uso do registro de gaveta, e conseqüentemente, do uso de tampão de passeio de ferro fundido e da caixa de concreto necessária para a instalação do registro de gaveta. Funcionalmente também não haverá o inconveniente da caixa de concreto para abrigo da instalação do registro e, conseqüentemente, acumulação de lixo em seu interior, que poderiam atrapalhar a utilização rápida dos hidrantes. Figura H2 - Esquema em corte para instalação de um hidrante de coluna Hidrante subterrâneo Os hidrantes subterrâneos são utilizados no abastecimento contra incêndio, nos espaços urbanos e nas indústrias. Dimensionamento De um modo geral os hidrantes subterrâneos tem as seguintes características e dimensões principais conforme mostrado na Figura H3. Entrada ou tomada de água através de uma bolsa conforme NBR 7674 de 75 mm, e a saída de água com um niple rosqueado de bronze fundido. Em geral a rosca nominal do niple pode ser de 50 mm, com diâmetro externo 67 mm e 5 fios, ou de 60 mm, com diâmetro externo 82 mm - 5 fios. Mediante consulta prévia, os fabricantes poderão fornecer outros tipos de engates rápidos e de roscas, especialmente na 13
14 saída. A ligação à tubulação da rede é feita por intermédio de uma curva com flange e bolsa, dotada de pé. Conforme a profundidade da tubulação, a curva poderá ser curta ou longa. O acionamento ou manobras são executadas por meio de chave T adaptável ao cabeçote do hidrante e o acabamento é a base de pintura com tinta betuminosa. Figura H2 - Esquema em corte para instalação de um hidrante subterrâneo 14
15 Válvulas Válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper a descarga de fluidos nos encanamentos. Seu uso é tão antigo quanto o emprego de tubulações, pois sem aquelas estas estruturas praticamente se tornariam dispensáveis. Por exemplo, nas ruínas de Pompéia e Herculano foram encontradas válvulas confeccionadas em bronze de características técnicas surpreendetemente avaçadas. Acessórios de fundamental importância e indispensáveis nas tubulações, merecem, pois, indicação, especificação e localização Figura 2 - Válvula angular 90 o criteriosas por parte do projetista. de retenção Algumas garantem a segurança da instalação, outras propiciam manobras de direcionamento e controle do fluxo e outras permitem desmontagens para reparos ou substituição de elementos da instalação. Em qualquer projeto deve constar o menor número possível de válvulas, pois encarecem o sistema tanto na montagem como na manutenção, alcaçando, em média, cerca de 8% do custo total da instalação. Hidraulicamente promovem aumento nas perdas de carga e conseqüente acréscimo no consumo de energia consumida, além de freqüentes perdas materiais com vazamentos. Existe uma grande variedade de tipos de válvulas, e, em cada tipo, existem diversos subtipos, cuja escolha depende não apenas da natureza da operação a realizar, mas também das propriedades físicas e químicas do fluido considerado, da pressão e da temperatura a que se achará submetido, e da forma de acionamento pretendida. Particularmente, quando destinadas à trabalhar com água e de comando manual, são designadas por alguns fabricantes com o nome de registros. As válvulas são classificadas nos seguintes tipos: de bloqueio; de regulagem; de fluxo único; de controle de pressão. As válvulas de bloqueio, em inglês block-valves, destinam-se apenas a permitir ou interromper o fluxo, trabalhando totalmente abertas ou completamente fechadas, não servindo, pois, para controlar vazões. Normalmente tem o mesmo diâmetro nominal do trecho de conduto em que encontra-se instalada e a mesma seção útil transversal e perfil linear. São exemplos deste tipo de válvulas: de gaveta ou gate valves; 15
16 de macho ou plug valves ou cock valves; de esfera ou ball valves; de comporta ou slide valves ou blast valves. As válvulas de regulagem, em inglês throttling valves, ao contrário das de bloqueio destinam-se ao controle de fluxo, trabalhando pois, em qualquer posição de abertura interna e eventualmente em posição de bloqueio total. Por serem peças de custo significativo, podem eventualmente ser projetadas com diâmetros nominais menores que os dos trechos da tubulação que deverão ser assentadas. São exemplos deste tipo de válvulas: de globo ou globe valves; de agulha ou needle valves; de controle ou control valves; de borboleta ou butterfly valves; de diafragma ou diaphragm valves. As válvulas de fluxo único destinam-se a impedirem automaticamente o escoamento danoso ao sistema quanto a sua estabilidade estrutural ou a perda de fluido, especialmente em sua inversão no sentido do escoamento quando da interrupção sob comando ou acidental do fluxo. São exemplos deste tipo de válvulas: de retenção ou check valves; de retenção e fechamento ou stop-check valves; de pé ou foot valves. Vale salientar que as stop-check tem a característica de funcionarem como válvulas de retenção quando trabalhando na posição aberta e como de bloqueio quando o fluxo encontra-se interrompido. São equipamentos de emprego restrito, usualmente nas tubulações de saída das caldeiras. As válvulas de controle de pressão, podem ser divididas em de pressão a montante e de pressão a jusante. Os tipos a montante tem maior aplicação para o alívio do golpe de aríete e podem ser agrupadas da seguinte maneira: de segurança ou de alívio ou safety valves ou reliefy valves; de excesso de vazão ou excess flow valves; de contrapressão ou back pressure. Os tipos a jusante são empregadas em pontos baixos da rede onde as pressóes estáticas podem superar os 50 metros e coluna de água e as de quebra de vácuo para facilitarem o preeenchimento ou esvaziamento das linhas de adução. Podem ser agrupadas da seguinte maneira: redutoras ou reguladoras; de quebra vácuo ou ventosas. 16
17 Registro de Gaveta Registros de gaveta Válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper a descarga de fluidos nos encanamentos. Quando destinadas à água e de comando manual, são tradicionalmente designadas com o nome de registros. Assim os registros são equipamentos instalados nas tubulações destinados a limitar, impedir ou permitir o escoamento da água nas canalizações do sistema de abastecimento. Em sistemas públicos de distribuição registros de gaveta (Fig. RG1), que este menos robusto e mais barato, mas pequenas pressões de serviço, tanto diâmetros. A perda de carga nessas válvulas, desprezível. Este motivo e o custo seu largo emprego em instalações ramais de água, elevatórias de água, ar de água são geralmente utilizados podem ser do tipo oval ou chato, que só deve ser utilizado para menores quanto maiores forem os quando completamente abertas, é relativamente reduzido explicam hidráulicas prediais, nos barriletes, comprimido e vapor. Figura 3 - Registros de Normalmente devem funcionar completamente abertos ou gaveta permanecerem totalmente fechados. Parcialmente abertas, produzem perda de carga elevada e sob certas condições, estão sujeitas à cavitação. Em algumas oportunidades, quando se pretende reduzir a descarga, alternando o ponto de funcionamento da bomba, são utilizadas com abertura parcial, de modo a criarem a perda de carga necessária para conseguir uma determinada vazão. Além de não serem aconselháveis de um modo geral para regulagem de vazão, há o inconveniente para certas aplicações. É que, em alguns tipos menos aperfeiçoados, sua estanqueidade não é perfeita, quando a pressão é elevada e a temperatura do líquido, considerável. Assim tornam-se totalmente inconvenientes para instalações em trechos com escoamento forçado com pressão externa superior a interna. Tipos de registros de gaveta Os registros são produzidos com duas bolsas, duas pontas ou dois flanges, de modo que possam ser adquiridos conforme o tipo de junta da tubulação em que o mesmo será instalado (Fig. RG2). 17
18 Fig. RG2 - Vistas em corte de registros de gaveta com bolsas, pontas e flanges, respectivamente Em função do acionamento de manobras, são fornecidos com cabeçote ou com volante (Fig. RG3). O registro com cabeçote, somente manobrado com uma chave T que fica de posse do operador, é utilizado nos pontos de menor fiscalização, dificultando às pessoas estranhas movimentá-lo e o seu emprego é mais comum nas áreas das redes de distribuição. O registro com volante dispensa a chave T e, na realidade, é um registro com cabeçote acrescido neste de um volante para manobras de fechamento ou abertura. É utilizado em instalações de superfície, nas tubulações aparentes que geralmente existem nas estações elevatórias e de tratamento. Fig. RG3 - Desenhos esquemáticos de registros de gaveta com cabeçote e com volante Quando é difícil o acesso ao registro, especialmente nas subterrâneas, com ou sem caixas, o acionamento direto poderá ser executado da seguinte maneira: Por chave T: por intermédio de uma haste de prolongamento, em instalações subterrâneas, na posição "de pé". Neste caso o acionamento por chave T sem haste de prolongamento, ou seja, atuando diretamente no cabeçote da válvula, embora muito utilizado, é desaconselhável; Por pedestal de manobra nas instalações sob passarelas de manobra, na posição "de pé" (Fig. RG4). O emprego do pedestal de manobra é muito comum nas estações de tratamento. Fig. RG4 - Acionamento com chave T e com volante 18
19 Para registros de grande diâmetro (válvulas de gaveta de ferro fundido nos diâmetros acima de 300 mm) os pedestais de manobra são provados de engrenagem para diminuir o esforço do operador (Fig. RG5), por redutor de engrenagens helicoidais, ou direto com by-pass. O by-pass é uma derivação fixada de um lado e de outro da gaveta da válvula. Este dispositivo permite a manobra das válvulas de diâmetros superiores a 300 mm quando a diferença entre as pressões a montante e a jusante da gaveta atinge um valor que impede o acionamento direto. NOTA: As válvulas de gaveta de diâmetros até 300 mm não necessitam a instalação de by-pass, mesmo para suas pressões máximas de serviço. Fig. RG4(a) - Exemplos de registros com recursos auxiliares de manobra Fig. RG4(b) - Foto de registro (800mm) com recursos auxiliares de manobra, acoplado a um sistema de proteção contra o golpe de aríete. 19
20 Especificações indispensáveis para aquisição de registros de gaveta Classe de pressão (ou pressão de trabalho desejada); Tipo de acionamento; Tipo de extremidade; Abreviatura; Acessórios especiais de manobra ou para juntas. Detalhes técnicos Os registros de gaveta no Brasil têm seus projetos a partir da normalização brasileira vigente, dentro de adequações dimensionais tecnicamente elaboradas, com pressões mínimas para estanqueidade do sede da ordem de 0,1 MPa. Hastes As hastes dos registros normalmente são fixas não ascendentes. O fabricante pode fornecer também registros de gaveta com haste ascendente, principalmente para sistemas de esgotos ou para aplicações industriais. Em geral trata-se no entanto de fornecimento específico sob consulta. Acessórios para juntas Os registros de junta elástica para tubos de ferro fundido, e os registros para tubos de PVC, são fornecidos com anéis de borracha para vedação das juntas. Já os registros com flange, nos quais são empregados arruelas de borracha e parafusos com porcas, necessitam de listagem a porte destes materiais, pois normalmente o fornecimento é em separado. Acionamentos Todos os acionamentos (acessórios ou equipamentos) devem ser descritos em separado, inclusive a chave T. Os volantes nos registros assim descritos são componentes normais do fornecimento. Acionamentos especiais Quando as válvulas de gaveta são objeto de manobras freqüentes, comando à distância ou manobras de abertura e de fechamento de durações determinadas, poderão ser utilizados acionamento hidráulico, acionamento pneumático ou acionamento elétrico. No caso de pneumático e hidráulico, para fornecimento dos cilindros, além das especificações normais do registro, é necessário informar: Pressão de trabalho do cilindro acionador; Comprimento e diâmetro da haste de prolongamento; Pressão de trabalho da tubulação; Periodicidade do acionamento; Condições de instalação; Dados sobre o fluído (presença de partículas sólidas, viscosidades, temperatura). Também podem ser adquidos válvulas com acionamento por redutores, ou acionamentos elétricos. 20
21 Instalação Posição Em relação ao solo as válvulas de gaveta podem ser objeto de instalação na superfície, subterrânea, sob tampões ou em caixas ou câmaras de alvenaria. Já em relação à canalização os registros podem figurar em quatro posições: em pé, invertido ou deitado quando em canalizações horizontais, e de lado em canalizações verticais. A posição de pé é a mais aconselhável, devendo-se evitar as outras posições, principalmente nos diâmetros acima de 300 m. Montagem É fundamental que na instalação seja previsto a possibilidade de desmontagem e retirada do registro para reparos, manutenção ou substituição. Para que haja flexibilidade nestas operações na Figura RG5 são apresentados algumas possíveis configurações de montagem de válvulas de gaveta em canalizações flangeadas e canalização ponta e bolsa. Fig. RG5 - Exemplos de montagem em função do tioo de junta da tubulação 21
22 Materiais empregados nas válvulas de gaveta Para pequenas instalações prevalece a fabricação em bronze. São usadas para vapor até 150 psi e água, óleo ou gás até 300 psi em dimensões de 1/2" a 6". Nos diâmetros de 50 a 600 mm, em tipo flangeado, ponta e bolsa, ou com pontas, são fabricadas ferro fundido cinzento ou dúctil e aço, com componentes inox, galvanizado, latão etc. Conforme a pressão de serviço, os registros são fabricados em duas séries: Registros ovais - Mais robustos, gaveta em forma de cunha, usados normalmente nas redes municipais de abastecimento de água tratada ou bruta. Até 300 mm de diâmetro, a pressão de serviço é de 16 kgf/cm 2 ; Registros chatos - Possuem a gaveta com faces paralelas ou em cunha, porém resistem a pressões menores. Nos tamanhos até 300 mm, a pressão de serviço é de 10 kgf/cm 2. Os registros de ferro dúctil suportam uma pressão igual à máxima da série oval em ferro fundido cinzento, de modo que são fabricados sem a distinção que há nos tubos de ferro fundido cinzento, entre série oval e série plana. Existem também válvulas de aço-carbono fundido e de aço forjado para instalações industriais, onde a pressão e a temperatura do fluido são elevadas. 22
23 Válvulas de Retenção O equipamento Corte esquemático As válvulas de retenção são equipamentos de proteção instaladas visando proteger as instalações hidráulicas do refluxo de água quando do paralisação das bombas. Como função secundária, são importantes para a manutenção da coluna da água durante a paralisação. Existem diversos tipos de válvula de retenção e a sua escolha deverá ser feita de acordo com a sua finalidade especifica. Por exemplo, em uma instalação com reservatório hidropneumático, o seu fechamento deverá ser o mais rápido possível para evitar perda de água do reservatório, bem como evitar o choque mais violento da portinhola contra o seu anteparo. Esses tipos de válvulas são providas de molas para o seu fechamento e o conjunto móvel possui baixa inércia. Os outros tipos são os de portinhola articulada, dupla portinhola etc. Funcionamento Geralmente são instaladas no início das tubulações de recalque, entre a saída das bombas e antes dos registros (válvulas de gaveta), para proteção das bombas contra os golpes de aríete, resultantes da cessação brusca do escoamento, especialmente por falta de energia elétrica. Esse posicionamento é o mais adequado, pois facilita inspeções e consertos eventuais. Em função do tipo de válvula que possuem permitem o deslocamento da água num só sentido (Figura VR1). E necessário observar que a instalação deve ser feita de modo a que a portinhola abra no sentido do fluxo. Convencionalmente este sentido é indicado por uma seta gravada em relevo no corpo da válvula. Figura VR1 - Corte esquemático de uma válvulas de retenção 23
24 As válvulas de retenção podem ser providas de by pass (Figura VR2) desde que se deseje o retrocesso da água retida após a parada das bombas. Esse retrocesso da água pode ser útil, quer para o esvaziamento dos tubos e peças a serem retirados para substituição ou reparo, quer para o escorvamento das bombas providas de válvula de pé com crivo, pois este não sendo perfeitamente estanque, poderá haver entrada de ar no trecho aéreo da sucção após longos períodos de parada, inclusive após inspeções e consertos. Ou seja, válvulas de retenção podem ser equipadas com by-pass, permitindo escoamento da água para a parte da tubulação isolada pela válvula, quando há necessidade de desmontá-la para verificação, conserto ou modificação na instalação encher a linha de sucção, a fim de escorvar as bombas. Tipos Figura VR2 - Desenhos esquemáticos de uma válvulas de retenção com by-pass Existem no mercado vários modelos de válvulas de retenção, nos mais diversos diâmetros e classes de trabalho (máxima de serviço), com dispositivos internos em bronze ou inox, que devem ser adquiridas em função das instalações e da proteção físico-hidráulica que se pretende. Normalmente são mais comuns as seguintes modalidades (Figura VR3): Válvula retenção tipo portinhola dupla e portinhola basculante única, corpo em ferro fundido, tampa aparafusada, extremidades flangeadas padrão conforme NBR, face plana padrão; Válvula retenção tipo fundo de poço, corpo em ferro fundido, extremidades flangeadas padrão, face plana, internos em bronze; Válvula retenção tipo aero: corpo em fundido, tampa aparafusada, haste com rosca trapezoidal externa e volante ascendente, extremidades flangeadas padrão face plana, face a face padrão; Válvula retenção tipo pistão: corpo em ferro fundido, tampa aparafusada; extremidades flangeadas padrão, face plana, face a face. Figura VR3a - Válvulas retenção tipo portinhola basculante única e portinhola dupla 24
25 Figura VR3b - Válvulas retenção tipo fundo de poço (a), aero (b) e pistão (c) Figura VR3c - Válvula de retenção tipo pistão flangeada Válvulas de retenção do tipo portinhola basculante Descrição As válvulas de retenção do tipo portinhola, de passagem reta e extremidades flangeadas, destinam-se à proteçâo das instalações hidráulicas de recalque contra o refluxo da água, e à manutenção da coluna de água quando da paralisação das bombas. São geralmente instaladas em sistemas hidráulicos de recalque, com a finalidade de evitar a inversão do sentido de fluxo, também chamado de refluxo. Quando ocorrer uma interrupção no funcionamento das bombas e, conseqüentemente, do escoamento, as válvulas de retenção fecham-se, retendo a coluna de água na canalização. Instalação As válvulas de retenção são instaladas geralmente à saída das bombas, entre estas e os registros de regulagem e de seccionamento. Esta posição facilita os eventuais consertos e inspeções. Devem ser instaladas de modo que se abram no sentido do fluxo. No corpo da válvula, encontra-se uma seta que indica o sentido de instalação. Em determinados tipos de instalação pode ser necessário de um sistema de amortecimento hidráulico para evitar esforços excessivos no fechamento da válvula. 25
26 Especificações técnicas De um modo geral as válvulas de retenção tipo portinhola, são fabricadas obedecendo as seguintes especificações técnicas: Válvula de retenção basculante, face a face conforme norma ISO 5752, série 14, flanges de acordo com a norma ISO 2531, PN 10, PN 16 ou PN 25, corpo e obturador em ferro fundido dúctil NBR 6916 classe 42012, sede de vedação do corpo em ASTM A240, tipo 304 (AISI 304), junta de vedação 360 contínua de borracha sintética Buna-N fixada ao obturador por anel de aperto em ferro fundido dúctil 3 Ni e parafusos em aço inoxidável 18.8 (AISI 304), permitindo substituição e ajustagem sem que sejam removidos os eixos do obturador, eixos do obturador em aço inoxidável 18.8 (AISI 304), mancais de escorregamento em bronze para rotação dos eixos e apoio do obturador, fechamento por alavanca e contrapeso em aço carbono, conforme nossa referência VRB. Todas as válvulas de retenção são submetidas na fábrica a um duplo teste de pressão: de resistência mecânica, com o aparelho na posição aberta, sob uma pressão hidráulica igual à pressão máxima de serviço acrescida no mínimo de 50%, de estanqueidade, com o aparelho em posição fechada, sob uma pressão hidráulica igual à pressão máxima de serviço. O emprego do "by-pass" O chamado by-pass é uma passagem de tubos externa contornando a gaveta que permite a passagem paralela do fluído em relação à válvula (Figura VR4). Esse dispositivo pode equipar as válvulas de portinhola única, trazendo como vantagens permitir o fluxo do fluído para a parte da tubulação isolada pela válvula, o que facilita os trabalhos de manutenção ou modificação da válvula ou da própria tubulação, e também, facilitar o escorvamento das bombas, ou possibilitar a passagem de água para a tubulação de sucção. No caso da válvula de retenção não dispor de by-pass, se necessário deve ser feito na própria tubulação, ligando o montante ao jusante da tubulação. Figura VR4 - Válvulas de retenção com by-pass 26
27 Ventosas Os Aparelhos São aparelhos instalados nos pontos altos dos condutos forçados que permitem a entrada de ar quando ocorre redução de pressão em pontos altos da tubulação, bem como, durante o esvaziamento da tubulação por ocasião da manutenção, ou permitem a saída do ar que tenha ficado ou entrado em adutoras por gravidade ou nas tubulações de recalque, principalmente se a tubulação formar algum traçado tipo sifão, quando do enchimento da mesma. No caso de produzir vácuo na tubulação por efeito de sifonamento ou inércia no escoamento, permitem que o ar adentre à tubulação, evitando o seu colapso estrutural pela ação da pressão atmosférica externa. São colocadas, em geral, na um trecho horizontal longo declividade. Para melhor os aclives das tubulações, devem ser suaves, e os acentuados, a fim de pontos altos e possibilitar facilmente pela ventosa. parte alta dos sifões ou após ou com pequena eficiência do equipamento, até atingirem a ventosa, declives após a válvula, acumular melhor o ar nos sua expulsão mais A tendência do ar acumulado Figura 4 - Corte esquemático de nos pontos altos é comprometer o escoamento, uma ventosa de simples efeito. reduzindo a seção útil do conduto com o aumento, conseqüente, da perda de carga. Há casos de golpes de aríete provocados por bolsas de ar presentes nas tubulações. Existem diversos tipos de ventosas, dos mais simples aos mais complexos. São providas de rosca ou flange, a depender do modo como são instaladas na tubulação. As de flange impõem o emprego de um tê no ponto alto do conduto. A priori as ventosas podem ser classificadas como de simples efeito e de duplo efeito, também chamada de tríplice função. As primeiras são próprias para adutoras de pequenos diâmetros e para deixar sair o ar que estiver acumulado nos pontos altos das tubulações de adutoras, linhas de recalque e mesmo de aspiração das bombas, mas não são apropriadas para permitirem a entrada de ar. As de duplo efeito (Figura V12) controlam automaticamente a saída do ar durante o enchimento de uma linha e a entrada de ar durante o esvaziamento ou o que se venha a formar com a linha já em operação. As ventosas de duplo efeito possuem duas esferas de tamanhos diferentes. A maior encontra-se dentro de uma câmara provida de uma abertura grande, e a menor, dentro de outra câmara menor provida de um orifício. A esfera maior será fortemente comprimida contra a respectiva abertura, e a menor levemente encostada no orifício. Baixando o nível da água, a esfera pequena afasta-se da sua posição, deixando escapar o ar que porventura se tenha formado na tubulação. Durante o esvaziamento da tubulação, as duas esferas descem às suas posições mais baixas, permitindo, assim, a entrada do ar através das passagens, evitando-se, desse modo, a formação do vácuo que poderia eventualmente provocar o esmagamento externo da tubulação. Freqüentemente são em ferro fundido com esferas de alumínio ou ebonite. 27
28 Figura V2 - Corte esquemático de uma ventosa de duplo efeito (BOPP & REUTER) O "ar" no interior das tubulações A presença de ar retido em seu interior das instalações pode prejudicar em muito o funcionamento normal de uma canalização para fins hidráulicos trabalhando sob pressão. Essa presença tem origem pela ocupação da tubulação vazia antes do funcionamento ou durante este, quando as tubulações de sucção e as gaxetas das bombas não são suficientemente estanques, permitindo que o ar se introduza sob pressão, e desloque-se dissolvido na água. Durante este deslocamento nos pontos onde há diminuição de pressão, desprende-se da água e dá origem às bolsas de ar, as quais devem ser extraídas. Quando se enche de água uma tubulação que se encontra submetida internamente às condições atmosféricas locais, deve-se extrair, continuamente, um volume de ar exatamente igual ao volume de água que entra, a fim de evitar a formação de grandes bolsas de ar. No caso da adução por gravidade, o ar depositado nos pontos de queda de pressão, normalmente os pontos altos, provoca um aumento de perda de carga e, conseqüentemente, uma diminuição da vazão (Figura V3). Figura V3 - Formação de bolsas de ar em adução por gravidade com nível hidrostático normal 28
29 No caso de adução por recalque, o acúmulo de ar nos pontos de queda de pressão provoca um aumento da altura manométrica, acarretando a elevação do consumo por sobrecarga da bomba ou redução da vazão (Figura V4). Figura V4 - Formação de bolsas de ar em adução por recalque nível hidrostático de trabalho Além dos inconvenientes citados, o movimento das bolsas de ar no interior das tubulações acarreta sucções bruscas que podem provocar golpes de aríete. Portanto, deve-se prever a colocação de ventosas nos pontos altos das tubulações, as quais devem ser projetadas. com aclives suaves e declives acentuados, a fim de facilitar o acúmulo do ar nos pontos altos. As figuras V5 e V6 mostram os perfis esquemáticos para estes dois tipos de traçado: o aconselhável e o inadequado. Figura V5 - Traçado recomendado Figura V6 - Traçado não recomendável Para estabilidade e bom funcionamento das tubulações é necessário, também, prever a entrada de ar, pois, quando se esvazia uma tubulação, o ar deve penetrar com o mesmo gradiente com o qual a água sai, de forma que a diferença de pressão entre o interior e o exterior do conduto permaneça dentro de limites préfixados, impossibilitando o colapso dos tubos por contração da seção decorrente das sub-pressões internas que seriam geradas simultaneamente. Recomenda-se, também, reduzir ao máximo possível os trechos sensivelmente horizontais, pois pequenas variações de nível podem provocar pontos de difícil proteção. É essencial, porém, que sejam previstas ventosas nas extremidades dos trechos horizontais seguidos de descidas, onde se podem acumular bolsas de ar (Figura V7). 29
30 O fluxo de ar nas tubulações Figura V7 - Solução para trechos sem declives satisfatórios Para o perfeito funcionamento das tubulações é necessário que o fluxo de ar dentro das mesmas apresente-se da seguinte forma: Quando entra água na tubulação, o ar que nela estava contido precisa sair totalmente, para que não haja bolsas de ar durante o funcionamento da tubulação, e, rapidamente, para não prejudicar o início do funcionamento das bombas; Durante o funcionamento da tubulação, é possível a formação de bolhas de ar através das tubulações de sucção e das preme-gaxetas das bombas. Devido à pressão, o ar desloca-se pela tubulação dissolvido na água, porém nos pontos de diminuição de pressão (pontos altos da tubulação), haverá o desprendimento gerando bolsas de ar nas tubulações; Quando sai a água da tubulação é necessário que entre ar com a mesma vazão, para que o diferencial entre as pressões internas e externas do tubo permaneça limitado de modo a impedir o colapso dos tubos. Problemas causados pelo movimento de bolsas de ar nas tubulações : Nas adutoras por gravidade, o ar depositado nos pontos altos, onde há perda de pressão, provoca o aumento da perda de carga, que implica numa diminuição de vazão; Nas adutoras por recalque, a presença de bolsas de ar nos pontos de queda de pressão provocam um aumento de altura manométrica, implicando em redução de vazão ou sobrecarga da bomba, com os conseqüentes prejuízos de consumo de energia ou danificação do equipamento; A movimentação das bolsas de ar pode provocar golpes de ariete em decorrência de sucções bruscas. Instalação das ventosas Instalação de ventosas nos pontos altos da tubulação e ao término dos trechos horizontais, visa eliminar todos os inconvenientes que um fluxo ar inadequado dentro das tubulações pode acarretar. É necessário também tomar as seguintes precauções quanto ao traçado das tubulações: Projetar as tubulações com aclives suaves e declives acentuados, visando facilitar o fluxo de ar a os pontos altos onde estarão instaladas as ventosas; Reduzir ao máximo os trechos horizontais, pois variações muito pequenas de nível podem implicar pontos difíceis de se proteger. 30
31 Ventosas simples (Figura V8) Utilização Figura V8 - Ventosa simples, foto e conte esquemático Destinam-se especialmente a canalizações de pequena vazão e tubulações de pequeno diâmetro, com função de permitir a adequada orientação do fluxo de ar: Descarregar o ar quando a tubulação se enche de água, ou seja, quando da entrada de água da tubulação, na vazão de 2 litros por segundo para um diferencial de pressão de 5mca; Descarregar continuamente o ar durante o funcionamento das bombas; Dar entrada de ar quando for descarregada a água da tubulação, ou seja, admitem o ar na vazão de cerca de 2 litros por segundo para um diferencial de pressão de 5mca. Funcionamento Quando o nível da água desce, o flutuador movimenta-se para baixo, abrindo a passagem do niple de descarga e permitindo, assim, a saída do ar;quando o nível de água sobe, aciona o flutuador para cima, fechando a saída do ar. Sua capacidade máxima de extraçâo ou admissão de ar é de 2 l/seg., para diferencial de pressão de 5 m.c.a. Tipos de ventosas simples As ventosas simples são apresentadas em duas versões: com rosca: diâmetros de 3/4", 1", 1 1/4", 1 1/2" e 2"; com flage de 150 mm (6") A existência de vários diâmetros visa apenas proporcionar maior flexibilidade na escolha da conexão à linha. Pressão máxima de serviço A pressão máxima de serviço de 1,5 mpa (15 kgf/cm 2 ) a 2,5 mpa. 31
32 Ventosa CMC compacta Possui as mesmas aplicações que a ventosa simples normal, com a vantagem de possuir menor massa, o que é interessante para instalações prediais ou em redes. Além da economia de massa, e de ser uma exclusividade CMC, o custo também é menor. Ventosas de tríplice função (Figura V9) Com essa denominação aceita no mercado para este tipo de projeto, são empregadas em tubulações de grande vazão, tendo por finalidade adequar o fluxo de ar, tendo condições de assegurar a saída do ar que se forma dentro da tubulação durante a operação e evitar a formação de sifões, mantendo sempre a pressão interna durante o esvaziamento nos limites que impeçam o colapso dos tubos, ou seja, o esmagamento resultante do aparecimento de sub-pressões internas aos condutos. Fabricação Fabricada com flange conforme NBR 7675 nas furacões PN-10 e PN-16. No caso de instalações industriais é possível outras furacões, respeitada a pressão de trabalho, máxima de trabalho de cerca de 2,5 MPa. Figura V9 - Desenho esqemático de uma vestosa dupla montada sobre um Tê com flange e bolsas Utilização As ventosas de tríplice função, constituídas por um corpo dividido em dois compartimentos - o principal e o auxiliar - contendo cada um, em seu interior, um flutuador esférico, têm por finalidade específica: Expelir adequadamente o ar deslocado pela água durante o enchimento de uma linha; Admitir quantidade suficiente de ar, durante o esvaziamento de uma linha, a fim de evitar a formação de sifões, bem como manter a pressão de esvaziamento dentro dos limites previstos em projeto (colapso); Expelir automaticamente o ar que venha a formar-se com a adutora já em operação. Descrição do projeto dessas ventosas (Figura V10) A ventosa de tríplice função foi projetada de modo que os compartimentos fossem dimensionados para a vazão de ar pretendida para cada diâmetro. Nas ventosas tríplice, ambos os compartimentos possuem flutuadores de alumínio, que asseguram qualidade e durabilidade. 32
33 A função do compartimento maior é, em primeiro lugar, expelir o ar contido na tubulação quando da entrada da água. No momento em que a água atinge o flutuador, contra a sede de borracha, de modo a manter a estanqueidade da tubulação. Caso haja esvaziamento da tubulação, ou queda de pressão provocada por qualquer razão, a pressão atmosférica auxiliada pelo peso do flutuador, provocará admissão de ar na tubulação, evitando a criação de vácuo. A função do compartimento auxiliar é retirar o ar que se forma durante a operação e permanece nos pontos altos da tubulação, pois o flutuador do compartimento principal permanece constantemente contra a sede, quando a adutora trabalha com a pressão normal. O flutuador que se encontra no interior do compartimento auxiliar é dimensionado de modo a que seu peso o impeça de permanecer constantemente contra o niple de descarga, e por esta razão, por menor que seja o volume de ar que se forme dentro da ventosa este será eliminado. Funcionamento Figura V10 - Corte esquemático de uma ventosas de tríplice função (Fonte: catálogo CMC Válvulas e Conecxões Ltda) O compartimento principal tem dimensões compatíveis com o diâmetro nominal da ventosa, encerra um flutuador que se aloja em uma concavidade do fundo enquanto a ventosa estiver vazia. Desta forma, todo o ar deslocado pelo enchimento da adutora será expelido pela abertura que se encontra na tampa do compartimento. No momento em que o ar tenha sido eliminado, a água alcança o flutuador, deslocando-o para cima, de encontro à respectiva abertura. Assim, fecha-se automaticamente a ventosa, ficando neste trecho, a adutora, sob pressão da água. A própria pressão interna manterá o flutuador contra sua sede. Em caso de drenagem da adutora, falta de água em linhas de gravidade, ou quaisquer outras condições que provoquem uma redução da pressão interna, a pressão atmosférica, auxiliada pelo peso próprio do flutuador, provocará a admissão do ar, evitando a criação do vácuo. O compartimento auxiliar, quando a adutora está em carga, a pressão interna é suficiente para manter o flutuador do compartimento principal contra a sede, ficando, assim, vedada a saída do ar que porventura se venha a acumular nos pontos altos da adutora. Para retirá-lo, encontra-se no interior do compartimento auxiliar um flutuador cujo peso é suficientemente grande para que a pressão não o mantenha contra o pequeno orifício do niple de descarga. Desta forma, a menor quantidade de ar que se venha a acumular no interior da ventosa, será rapidamente eliminada. 33
34 Seleção do tamanho da ventosa de tríplice função No ábaco abaixo, tem-se o campo de vazão coberto pelas ventosas de tríplice função fabricadas pela Companhia Metalúrgica Bárbara, hoje Saint Gobain). Conhecida a vazão da linha e adotado um valor para o diferencial de pressão entre o interior da ventosa e a atmosfera no momento do enchimento ou esvaziamento (geralmente adota-se 3,5 m.c.a.), obtem-se um ponto que indicará o tamanho da ventosa a ser escolhido. Ou seja, sabendo-se o diferencial de pressão no momento da admissão saída do ar, e o diâmetro da ventosa, obtém-se a vazão em litros por segundo referente à capacidade de descarga ou admissão de ar da ventosa tríplice para este diâmetro (Figura V11). Figura V11 - Gráfico de dimensionamento apresentado pela BARBARÁ (hoje Saint Gobain) (pressão máxima de serviço de 1,5 mpa ( = 15 kgf/cm 2 ) a 2,5 mpa). Recomendações adicionais para instalação É aconselhável a instalação de um registro ou válvula de gaveta para secionamento e proteção da ventosa; Este conjunto, ventosa e registro deve ser protegido por uma caixa de concreto ou ferro, para evitar danificações provocadas por intempéries. 34