Milhões de lares ao redor do mundo são equipados com dispositivos de aquecimento de água, como caldeiras ou aquecedores de suprimento de água. Caso eles superaqueçam, as pressões podem aumentar internamente até que o tanque se rompa. Embora extremamente raro, isso pode acontecer e até mesmo impulsionar um aquecedor de água como um foguete através do piso e do telhado de uma moradia. Então, como podemos dormir tranquilos todas as noites sabendo que uma catástrofe potencial se esconde no porão?
A resposta está em um pequeno dispositivo localizado no lado do tanque (ou às vezes no topo) chamado TPR (ou TPRV), que significa Válvula de Alívio de Temperatura/Pressão. Esta válvula de alívio do tipo poppet com mola abre quando a pressão (ou temperatura) excede níveis inseguros no tanque. A água é então drenada do tanque para reduzir a pressão interna e evitar falhas catastróficas.
Além de testes periódicos, esta válvula pode nunca abrir. Na verdade, a abertura da válvula só deve ocorrer se o termostato do tanque também falhar. Semelhante ao sistema de sprinklers de incêndio de um edifício ou ao airbag do seu carro, a válvula de alívio é tipicamente inativa, esperando apenas no caso de ser chamada para ação. Mas também é essencial para evitar falhas no sistema e garantir segurança.
Válvulas de Alívio e Bombas
Bombas são máquinas para mover líquidos. À medida que uma bomba move líquido através de um sistema a jusante, resulta pressão. Isso pode ser devido à pressão de cabeça (ou seja, empurrando líquido até o último andar de uma fábrica), perda de fricção através de tubos e conexões, e pressão necessária para empurrar líquido através de outros equipamentos em linha, como medidores, filtros, peneiras, trocadores de calor, etc. A bomba e o equipamento de acionamento associado são dimensionados e selecionados com base nessas condições operacionais típicas.
E em um mundo perfeito isso seria adequado. Mas no mundo real as variáveis mudam, o que pode alterar a pressão resultante:
Tubos e conexões podem corroer ou acumular sólidos, fechando o tamanho da abertura.
Filtros a jusante podem entupir ou medidores falhar.
Operadores podem inadvertidamente fechar válvulas a jusante ou esquecer de abri-las antes de ligar a bomba.
Em cada um desses cenários, a pressão a jusante aumentará como resultado. Então, como isso afeta a bomba? Bem, isso depende da bomba.
Para bombas cinéticas, como bombas centrífugas e de turbinas, sua taxa de fluxo muda muito com mudanças na pressão diferencial. À medida que a pressão aumenta, a taxa de fluxo diminui e pode eventualmente diminuir para zero (um ponto chamado cabeça de fechamento ou cabeça morta). Por esta razão, bombas cinéticas podem não requerer proteção contra sobrepressão (embora ainda possa ser usada).
Para bombas rotativas de deslocamento positivo, como bombas de engrenagem, palheta e lóbulo, sua taxa de fluxo é largamente independente da pressão diferencial. Esses tipos de bombas seriam consideradas máquinas geradoras de fluxo. Um volume fixo de líquido é movido para a tubulação de descarga a cada revolução do eixo. Essas bombas apresentam uma vantagem chave em manter o fluxo consistente, independentemente de pequenas mudanças na viscosidade do líquido e na pressão diferencial. Mas, se um bloqueio a jusante ocorrer, como descrito nos exemplos acima, a pressão se elevará rapidamente e pode exceder a classificação da bomba, do equipamento de acionamento, do sistema, ou de qualquer combinação destes. Por essa razão, a proteção contra sobrepresão deve ser usada. E as válvulas de alívio são a forma mais utilizada de proteção contra sobrepressão para bombas rotativas de deslocamento positivo.
Capacidade vs. Altura e Capacidade de bombas centrífugas e rotativas de deslocamento positivo
Ilustração do funcionamento de uma engrenagem interna
Operação da Válvula de Alívio
Embora existam outras, a válvula de alívio de bomba mais comum utiliza uma mola e um cabeçote móvel. Sob pressão normal, a mola mantém o poppet contra um assento usinado, impedindo a passagem do líquido. À medida que a pressão aumenta, superando eventualmente a força da mola, a válvula se abre para desviar uma parte do fluxo. Eventualmente, a pressão pode aumentar ao ponto de abrir completamente a válvula para desviar 100% do fluxo da bomba. Esse ponto é chamado de pressão de desvio completa (ou pressão de desvio total). Conforme a pressão retorna ao normal, a mola fecha o poppet e o fluxo de saída da bomba volta ao normal. Um parafuso de ajuste permite fazer ajustes na compressão da mola para mudar a configuração de pressão da válvula.
NOTA IMPORTANTE: Esta informação refere-se especificamente às Bombas Viking e, embora possa ser aplicável a outras, nem todos os fabricantes seguiriam isso. Alguns usam válvulas de configuração fixa, as válvulas podem não ser totalmente abertas para permitir um desvio total, e alguns requerem que a bomba seja completamente desligada para fechar a válvula uma vez aberta. Estes são todos pontos importantes para verificar com o fabricante se não estiver usando uma válvula de alívio da Bomba Viking.
Tipos de Válvulas de Alívio
Existem 3 tipos comuns de válvulas de alívio usadas com as Bombas Viking. Embora similares na operação, elas diferem na forma como são montadas no sistema da bomba e para onde desviam o fluxo contornado.
A primeira e mais comum é a Válvula de Alívio Interna, que são ou acopladas ou embutidas na bomba e não requerem tubulação adicional. Se a pressão diferencial aumentar ao ponto de abrir a válvula, o fluxo é desviado internamente do lado de alta pressão, lado de saída da bomba, de volta para o lado de baixa pressão, lado de entrada. Um parafuso de ajuste e uma tampa podem ser encontrados apontando para o lado de entrada de baixa pressão da bomba.
Válvulas de alívio internas são compactas e não requerem etapas adicionais para instalação, mas pode ser difícil identificar quando estão em desvio e podem resultar no aquecimento do líquido se operadas em desvio total em pressões mais altas ou por longos períodos.
Uma alternativa à válvula de alívio interna é a Válvula de Alívio de Retorno ao Tanque (veja fig. 7). Estas válvulas operam exatamente como a válvula de alívio interna, mas o fluxo desviado é direcionado de volta ao tanque de suprimento ou a um ponto na tubulação de entrada por meio de tubos ou mangueiras. Embora exijam tubulação adicional, elas podem ser montadas de uma maneira para observar se estão em desvio e elas transportam calor para longe da bomba. Por essa razão, elas são padrão nas Bombas de Amônia Série 4924A™ da Viking Pump (veja fig. 8).
Por último, estão as Válvulas de Alívio em Linha (ou Válvulas de Alívio do Sistema). Estas válvulas seriam instaladas na tubulação a jusante e, como a válvula de alívio de retorno ao tanque, requerem tubulação para direcionar o fluxo desviado de volta ao tanque de suprimento ou a um ponto na tubulação de entrada. Estas válvulas são preferidas quando um desvio frequente é necessário e são frequentemente usadas em conjunto com uma das outras opções de válvula. É importante lembrar de não incluir quaisquer válvulas de isolamento entre a bomba e uma válvula de alívio do sistema, pois isso introduz a possibilidade de sobrepressão na bomba. Se isso for necessário, então uma segunda válvula de alívio na bomba ainda será necessária.
Válvula de alívio de pressão em linha instalada no tubo de descarga
A Válvula Perfeita é Aquela que Nunca é Usada
Por mais estranho que possa parecer, em um sistema ideal a sobrepressão nunca deveria ocorrer e a válvula nunca seria acionada. Válvulas de alívio de pressão não são “válvulas de controle de fluxo” nem “reguladoras de pressão”. Elas estão lá apenas para prevenir a sobrepressão do sistema caso ocorra uma condição adversa.
E, assim como a válvula TPR em um aquecedor de água, é uma melhor prática ter múltiplos meios de proteção contra sobrepressão. Estes podem incluir, mas não se limitam a, discos de ruptura, transmissores de pressão, dispositivos limitadores de torque e dispositivos de proteção de motores.
Muitas bombas Viking funcionaram por décadas sem que a válvula ou outra proteção contra sobrepressão fosse jamais acionada. Mas a inclusão delas no sistema da bomba é essencial para prevenir falhas graves, ou até perigosas, caso ocorra uma condição adversa. Embora frequentemente negligenciada, a válvula de alívio de pressão é a heroína sempre vigilante de que seu sistema de bomba precisa.
Esse artigo foi desenvolvido por Chad Wunderlich, Gerente de Desenvolvimento de Distribuidores da Viking Pump. A Tetralon é distribuidora exclusiva das bombas Viking no Brasil.