Desenvolvimento_de_uma_Bancada_de_Ensaios_de_Válvulas_de_Seguraça_e_ou_Alívio (3).docx

UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ

(UNOCHAPECÓ)

Curso de engenharia mecânica

Cristiano Druzian

PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE BANCADA PARA CALIBRAÇÃO DE VÁLVULAS DE SEGURANÇA E/OU ALÍVIO

Chapecó-SC, outubro de 2015

CRISTIANO DRUZIAN

PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE BANCADA PARA CALIBRAÇÃO DE VÁLVULAS DE SEGURANÇA

Projeto do trabalho de conclusão de curso apresentado à UNOCHAPECÓ como parte dos requisitos para obtenção do título de bacharel em Engenharia Mecânica, sob orientação do professor Ms. Odilon Carlos Althoff.

Chapecó-SC, outubro de 2015

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Tipos de PressãoFigura 2 - Medidor tubo em "U"Figura 3 - Manômetro de BourdonFigura 4 - Medidor analógico do tipo membranaFigura 5 - Medidor do tipo foleFigura 6 - Experimento de BoylerFigura 7 - Padrões e sua RastreabilidadeFigura 8 - Hierarquia de Instrumentos Padrão e Rastreabilidade

LISTA DE ABREVIATURAS

(AINDA NÃO FIZ NADA, APENAS REFERÊNCIA)

N = Newton (unidade de força).

C - Relação de pedal.

B = Distância entre a haste do cilindro mestre e o ponto de aplicação da força do piloto.

A = Distância entre a haste do cilindro mestre e o ponto fixo do pedal.

CAE - Engenharia Auxiliada por Computador.

CAD - Desenho Auxiliado por Computador.

F pd−¿Força do pedal.

F pil−¿Força do piloto.

UNO -Universidade Comunitária da Região de Chapecó.

MEF – Método de Elementos Finitos.

1D – Unidimensional.

2D – Bidimensional.

3D - Tridimensional

CONTRAN - Conselho Nacional de Trânsito.

ABS – Antiblockiersystem – Sistema antibloqueio

DOT - Department of Transportation - Departamento de Transporte.

SAE - Society of Automotive Engineers – Sociedade de Engenheiros Automotivo

Conteúdo

1 INTRODUÇÃO

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

2.2 Objetivos específicos

3 JUSTIFICATIVA

4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1 Pressão

4.1.1 Tipos de Pressões

Fonte: Munson, 2004

4.1.2 Medidores de Analógicos de Pressão

4.1.3 Transdutores de Pressão

4.1.4 Gases Ideais

4.1.5 Lei de Boyle e Mariotte

4.1.6 Lei de Gay-Lussac

4.2 A Calibração

4.2.1 Conceito de calibração

4.2.2 A importância da calibração

4.2.3 Terminologias Complementares referente à Calibração

4.2.4 Rastreabilidade

4.2.5 Instrumento Padrão

4.2.6 Incerteza de Medição VER O ISO GUM

4.2.7 Certificado de Calibração

4.3 Válvulas

4.3.1 Definição Geral de Válvulas

4.3.2 Válvulas de Segurança e/ou Alívio

4.3.3 Válvulas de Segurança x Válvulas de Alívio

4.3.4 Conexões de uma Válvula

4.3.5 Histórico das Válvulas de Segurança

4.3.6 Componentes de uma Válvula

4.3.7 Terminologia Básica

4.3.8 Principio de Funcionamento de uma Válvula de Segurança e/ou Alívio

4.3.9 Aplicações de Válvulas de Segurança e/ou Alívio

4.3.10 Calibração e ensaio de Válvulas de Segurança e/ou Alívio

4.3.11 Importância da calibração de Válvulas de Segurança e/ou Alívio

4.3.12 Influência do Fluido de Calibração na Medição

4.3.13 Funcionamento de uma Válvula de Segurança ou Alívio

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 INTRODUÇÃO

Atualmente, encontra-se no senário industrial uma crescente procura pela

redução de acidentes de trabalho, buscando-se maior segurança e bem estar dos

colaboradores expostos à ambientes que tragam riscos a sua saúde e ou integridade

física. Em paralelo a isso, aumentam as exigências normativas referente a segurança

durante a operação de processos industriais.

Neste contexto surgem vários procedimentos, métodos e equipamentos que

objetivam preservar a vida humana, de forma a prevenir acidentes de trabalhos cuja os

riscos são palpáveis e evitáveis.

As válvulas de segurança são equipamentos destinados a garantir a integridade

física de trabalhadores e bens materiais próximos a equipamentos submetidos a pressões

superiores a pressão ambiente.

Estas válvulas devem ser dimensionadas e especificadas de forma a evitar uma

sobre pressão nestes equipamentos, onde seu sistema automático de alívio de pressão,

deve garantir vazão suficiente, quando abertas, para que a pressão seja restabelecida a

níveis seguros. É importante ter ciência de que as válvulas de segurança, são o último

recurso, e em caso de falha destas, as consequências serão catastróficas.

Contudo, sua operação só é considerada adequada, quando realizadas, de forma

periódica, uma série de procedimentos que objetivam garantir a confiabilidade destes

dispositivos, onde é realizado uma limpeza, uma criteriosa inspensão e o ensaios em

bancada. Para tais tarefas, encontra-se empresas prestadoras de serviços que atendem os

requisitos exigidos pelos órgãos responsáveis, evidenciando os resultados dos ensaios e

inspeções.

Na realização de ensaios destas válvulas, é necessário que se simule as

condições nas quais a válvula será ser submetida quando em operação. Pensando nisso

será realizado o projeto e desenvolvimento de uma bancada de ensaios de válvulas de

segurança.

Entretanto, este projeto envolve conhecimentos de diversas áreas, se tornando

um grande desafio. Desta forma serão apresentadas algumas exigências das normas

vigentes, e necessidades as quais esta bancada será submetida, os métodos utilizados

para ensaios e calibração destas válvulas, os argumentos quanto a necessidade da

calibração destes equipamentos, o equacionamento adequado das incertezas agregadas

ao ensaio, características dos instrumentos padrões utilizados para a coleta de dados nos

ensaios, o comportamento do fluido utilizado na calibração, algumas características,

curiosidades e um breve históricos das válvulas de segurança.

Pretende-se apresentar, também, alguns ensaios em válvulas de diferentes tipos,

para a comparação de eficácia dos ensaios propostos, à qualquer modelo de válvulas e

comparação do ensaio utlizando-se de Nitrogênio, proposta de funcionamento da

bancada, e vapor saturado, principal aplicação destes dispositivos.

Ao fim, apresenta-se quais os resultados obtidos na realização do projeto e as

conclusões referentes à funcionalidade do equipamento projetado.

(PRECISO REESCREVER ASSIM QUE FINALIZADO O PRÉ-PROJETO)

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Objetiva-se desenvolver o projeto de um equipamento, que proporcione maior

confiabilidade metrológica, segurança ao técnico executante da calibração, assim como

melhor praticidade no processo de calibração de válvulas de segurança.

2.2 Objetivos específicos

- Compreender os conceitos fundamentais e exigências normativas para a execução da

calibração de válvulas de segurança;

- Identificar fatores relevantes ao processo de calibração destas válvulas;

- Elaborar o projeto de uma bancada que objetive maior segurança e praticidade no

processo de calibração das válvulas de segurança;

- Apresentar as incertezas agregadas ao processo de calibração, utilizando-se da bancada

proposta.

3 JUSTIFICATIVA

O projeto foi solicitado por parte da gerência da empresa a qual sou colaborador.

Onde, devido à crescente demanda destes serviços, derivados do aumento das exigência

quanto ao cumprimento das normas de segurança nas industrias identificou-se a

necessidade do projeto de desenvolvimento de um equipamento capaz de realizar todos

os ensaios demandados de forma eficiente, prática e segura.

4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Para que se tenha parâmetros de projeto convenientes com o esperado à bancada

de ensaios e calibração de válvulas de segurança, deve-se conhecer, alguns conceitos

básicos, conceitos estes apresentados nos itens a seguir.

. (SERÁ REVISADO ASSIM QUE FINALIZADO O REFERENCIAL TEÓRICO)

4.1 Pressão

A pressão é definida como a força normal exercida por um fluido em uma

unidade de área, e sua unidade de medida é newtons por metro quadrado (N/m²), ou

pascal (Pa). (POTTER; WIGGERT, 2004, p. 8)

Deve-se compreender que o termo "pressão", é utilizado apenas para líquidos ou

gases, ao se tratar de sólidos é dito "tensão normal". (ÇENGEL; CIMBALA, 2007,

p.57)

Çengel e Cimbala, em 2007, afirmaram que a pressão é uma quantidade escalar,

afinal, esta é a mesma para todas as direções em qualquer ponto de um fluido,

concluindo, que a pressão não tem direção definida apenas intensidade.

4.1.1 Tipos

de Pressões

É de grande importância a compreensão das diferentes escalas de pressão

encontradas, afinal, um valor de pressão é sempre informado em relação a um nível de

referência. e a escolha do medidor mais adequado é, também, função desta escala

(FRANÇA, 2007, p.194).

Segundo Munson, em 2004, as pressões absolutas são medidas em relação ao

vácuo perfeito (pressão absoluta nula). Já a pressão relativa ou manométrica é medida

em relação a pressão atmosférica. Logo, a pressão atmosférica trata-se da pressão

relativa nula.

A pressão absoluta é a pressão que realmente ocorre em determinado local,

sendo que estas são sempre positivas enquanto as pressões relativas podem ser tanto

positivas quanto negativas (vácuo). (MUNSON, 2004, p. 43; ÇENGEL; CIMBALA,

2007, p. 57)

A grande maioria dos medidores de pressão são calibrados para ler o zero na

atmosfera e assim indicar apenas a diferença entre a pressão absoluta e a pressão

atmosférica local, ou seja, a pressão relativa. (ÇENGEL, CIMBALA, 2007, p. 57)

Pressões inferiores à pressão atmosférica são chamadas de pressão de vácuo.

Nas relações e tabelas termodinâmicas, quase sempre é utilizada a pressão

absoluta. (ÇENGEL, CIMBALA, 2007, p. 57)

Figura 1 - Tipos de Pressão

Fonte: MUNSON, 2004

Em várias indústrias, existe a necessidade de monitorar ou controlar de forma

direta ou indiretamente as variáveis envolvidas no processo, entre estas, a pressão é

umas das grandezas físicas mais utilizadas com a finalidade de alterar a forma ou estado

de um produto ou material (CHAVES, 2002, p. 25).

Muitas vezes, pretende-se a diferença entre duas pressões desconhecidas, nestes

casos a pressão a ser medida é denominada pressão diferencial. (SENAI, CST; 1999,

p.40)

Além disso, a pressão pode ser classificada como estática, que é definida como a

pressão exercida sobre um ponto, em um fluído estático e é transmitida em todas as

direções, igualando a pressão em qualquer ponto deste fluido. e pressão dinâmica ou

cinemática, pressão exercida por um fluido em movimento paralelo à sua corrente

(CHAVES, 2002, p. 25).

4.1.2 Medidores de Pressão (FALAR SOBRE EXATIDÃO, RESOLUÇÃO E PRECISÃO)

A escolha do medidor adequado a cada situação esta relacionado,

principalmente, aos princípios de medição do mesmo, a seguir serão apresentados os

principais medidores de pressão existentes.

Independente do principio, a medição de uma variável sempre envolve uma

modificação sofrida pela matéria quando sujeitas às alterações impostas por esta

variável, baseado-se sempre, em princípios físicos ou químicos (SENAI, CST; 1999,

p.41).

Para Chaves em 2002, a medição de pressão pode ser considerada o padrão de

medida mais importante em uma industria, e isso se deve ao fato de que medidas como

a vazão, nível e outros podem ser realizadas utilizando-se dos mesmos princípios.

(CHAVES, 2002, p. 25).

4.1.2.1 Medidores Analógicos de PressãoMedidores analógicos de pressão são definidos de acordo com a orientação para

a realização de calibração de medidores analógicos de pressão, publicada pelo

INMETRO em 2013, como instrumento de medição dotados de um elemento elástico

sensível mecanicamente à pressão, o qual apresenta um sinal de saída na forma visual

através de um ponteiro sobre uma escala previamente calibrada.

São muitos os tipos de instrumentos analógicos de pressão, de acordo com com

o tipo de pressão é empregado o instrumento mais adequado (REIS, 2008)

Ao se tratar da medição da pressão atmosférica, um dos instrumento mais

utilizados é o barômetro. Este pode ser divido basicamente em dois tipos; barômetro de

mercúrio e barômetro de anoróide. São instrumento antigos, e funcionam fazendo uso

do peso do ar para a medição da pressão ambiente (REIS, 2008).

Em situação de pequenas diferenças de pressão os medidores mais adequados

são os do tipo coluna em “U”, ou coluna reta, ou para pressões ainda menores a opção

adequada seria coluna “U” inclinada. Estes medidores são destinados a medir pressão

diferencial, mas se tornam medidores de pressão relativa quando umas das pressões

foram a pressão atmosférica. (FRANÇA, 2007, p.196)

Em um contexto geral, estes medidores possuem o mesmo principio de

funcionamento, principio este muito simples, derivados da hidrostática (FRANÇA,

2007, p.196)

Trata-se da medição da diferença de altura na coluna manométrica ocasionada

pela diferença do balanço de forças entre dois extremos de um mesmo recipiente.

Afinal, através da medida de deslocamento do fluido manométrico é possível determinar

a diferença de pressão entre as duas extremidades apenas com o peso específico do

fluído e a diferença de altura (CHAVES, 2002, p. 30 - 31). Vide figura XX.

Figura 2 - Medidor tubo em "U"

Fonte: CASTELETTI

Destinados a medir pressão relativa ou manométrica, e muito utilizados nas

industrias, encontram-se os manômetros. Estes, geralmente são compostos por três

partes básicas, sendo um elemento elástico responsável pela leitura da variação de

pressão, uma escala, elemento apresentador de dados recebidos e um terceiro

mecanismo, responsável em receber a variação do elemento elástico e atuar no elemento

apresentador de dados. (REIS, 2008)

Um manômetro muito comum é o manômetro com tubo de Bourdon, largamente

utilizado em linhas industriais, equipamentos do comércio, em hospitais, e até mesmo

em alguns equipamentos residenciais (FRANÇA, 2007, p.206).

Estes manômetros possuem uma das suas extremidades selada e presa a um

quadrante pivotado, enquanto a outra extremidade esta conectada a um sistema acoplado

aos dentes de uma engrenagem que movimenta o ponteiro. Este sistema faz com que a

deformação produzida pela pressão no tubo seja ampliada mecanicamente e

transformada em movimento angular de um ponteiro associado a uma escala

previamente calibrada. (REIS, 2008)

Figura 3 - Manômetro de Bourdon

Fonte: (REIS, 2008)De acordo com o processo de fabricação ao qual o manômetro é submetido é

alcançada uma precisão diferente, podendo chegar até 0,1% da escala (FRANÇA, 2007,

p.206).

Em alguns casos, o manômetro Bourdon pode também indicar a pressão

absoluta, desde que seja preparado para isso (FRANÇA, 2007, p.206).

Em alguns casos específicos, não é adequado a utilização de manômetros de

Bourdon, geralmente quando trabalha-se com fluidos corrosivos, viscosos, tóxicos,

sujeitos à alta temperatura ou radioativos (REIS, 2008). Nestes casos é correto utilizar

de manômetros dotados de diafragma para comunicação da pressão do fluido para o

tudo de Burdon (FRANÇA, 2007, p.208).

O funcionamento do medidor com diafragma é exatamente o mesmo que o

manômetro com tubo de Bourdon, seu diferencial se dá ao fato de que o fluido a ser

medido não entra em contato com o tubo de Bourdon. Usualmente é utilizada glicerina

para transmitir a pressão do diafragma até o Bourdon (FRANÇA, 2007, p.208).

Por fim, mas não menos importante, encontram-se os medidores do tipo elástico.

Estes instrumentos são baseados na lei de Hooke sobre elasticidade dos materiais, onde

o elemento elástico sofre deformação decorrente da força exercida pela pressão a ser

medida, e segundo a lei de Hooke, esta deformação é proporcional a força exercida ao

corpo elástico. A deformação sofrida é indicada através da conversão do movimento

linear, decorrente da deformação, em movimento angular de um ponteiro associado a

uma escala na unidade de medida do instrumento. (CHAVES, 2002, p. 32)

Existem outros princípios de medição de pressão, neste tópico foram

apresentados apenas os tipos mais utilizados e conhecidos.

4.1.3 Transdutores de Pressão

Nestes sistemas de medição deve haver o elemento que faz contato ao processo

onde ocorre as mudanças de pressão, e o elemento que deve traduzir esta mudança em

valores para indicação ou controle, estes elementos são denominados transdutores de

pressão (CASSIOLATO, 2012).

(http://www.smar.com/newsletter/marketing/index21.html).

São dispositivos destinados a transformar a pressão mecânica a ser medida em

um sinal eletrônico proporcional a esta. E são classificados de acordo com a técnica

usada na medição (CASSIOLATO, 2012). (http://www.smar.com/brasil/artigo-

tecnico/medicao-de-pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias)

O transdutores de pressão com sensores piezo-resistivos, realizam a leitura da

pressão através da deformação de um elemento, geralmente elementos cristalinos (strain

gage), e a deformação destes elementos geram alteração na resistência elétrica do

circuito, geralmente estes elementos cristalinos estão interligados à ponte uma

wheatstone para que se amplifique a variação de resistência, e sendo esta variação

função da deformação que por sua vez é proporcional à pressão exercida, este sinal de

resistência pode ser transformado em sinal de indicação de pressão ou sinal de controle

quando conveniente (CASSIOLATO, 2012). http://www.smar.com/brasil/artigo-

tecnico/medicao-de-pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias

Geralmente, os circuitos destes instrumentos são compostos de outros

resistores, destinados ao ajuste do ponto zero, sensibilidade e a compensação de

temperatura (CASSIOLATO, 2012).

http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/medicao-de-pressao-caracteristicas-

tecnologias-e-tendencias

Estes transdutores possuem algumas limitações em suas aplicações,

como as baixas faixas de leitura de pressão e de temperatura de operação

(CASSIOLATO, 2012). http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/medicao-de-

pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias

Fonte: http://straingage.com/strain_gages/what_strain.html

O medidores piezo-elétricos, são constituídos de um cristal que acumula cargas

elétricas em sua estrutura cristalina quando ocorre a deformação destes cristais devido a

pressão. Desta forma, é possível identificar um diferencial de tensão elétrica

proporcional a pressão aplicada nas faces destes sensores. Possuem uma resposta rápida,

porém é suscetível a ruídos (CASSIOLATO, 2012). http://www.smar.com/brasil/artigo-

tecnico/medicao-de-pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias

O principio de funcionamento dos sensores de pressão ressonantes é conhecido

como a tecnologia "vibrating wire", e trata-se de um fio magnético, que oscila quando

submetido à uma corrente elétrica. A pressão exercida no diafragma, que esta conectado

ao fio magnético, altera as vibrações do mesmo, e esta variação é quantificada e

transformada em sinal para controle ou indicação de pressão. (CASSIOLATO, 2012).



Os sensores capacitivos são considerados de extrema confiabilidade, já que

possuem respostas lineares, excelente performance em estabilidade e são praticamente

insensíveis as variações na temperatura. São indicados para instrumentação e controle

de processos, de altas ou baixas pressões pois possuem alta rangeabilidade com exatidão

(CASSIOLATO, 2012). http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/medicao-de-

pressao-caracteristicas-tecnologias-e-tendencias

Seu funcionamento é baseado na variação da capacitância elétrica entre

diafragmas, esta capacitância é usada para varia a frequencia em um oscilador ou usada

como um dos elementos em uma ponte de capacitores (CASSIOLATO, 2012).



A grande vantagem destes sensores é que seu principio de leitura é totalmente

digital, não há conversão do sinal analógico ao digital, afinal o sinal de frequência pode

ser diretamente processado, onde poderá ser indicada a pressão ou gerado um sinal de

controle, e isto contribui na exatidão destes sensores (CASSIOLATO, 2012).



Os manômetros do tipo elásticos, podem ser considerados

transdutores de pressão sempre que o deslocamento de elemento

elástico, é transformado em sinal elétrico, geralmente esta conversão

é dada através de uma bobina elétrica, e estes são denominados

transdutores eletro-mecânicos. Contudo, este tipo de transdutores

são incomuns, na maioria dos processos utilizam-se os transdutores

eletroeletrôniccos (CHAVES, 2002, p. 32).

4.1.4 Gases Ideais (VER FOX)

Segundo Çengel e Cimbala, em 2007, o volume ocupado por uma unidade de

massa de determinado fluido (volume específico), varia de acordo com a temperatura e

a pressão. Em geral os fluidos expandem-se quando são aquecidos ou despressurizados

e contraem-se quando resfriados ou pressurizados.

Escrita por Emil Clapeyron, em 1834, a lei dos gases ideais combina as leis de

Charles, Boyle, e Gay-Lussac. A lei dos gases ideais, descrita na equação xx, foi

desenvolvida através de alguns experimentos, onde observou-se que a relação do gás

ideal se aproxima muito bem o comportamento P-v-T dos gases reais. (ÇENGEL;

CIMBALA, 2007, p. )

Pv=nRT

Equação 1 - Equação dos Gases Perfeitos

Muitas vezes, com o intuito de simplificação dos cálculos, é conveniente utilizar

das equações dos gases ideais, afinal, muitos gases familiares tais como ar, nitrogênio,

oxigênio, hidrogênio, hélio, argônio, neônio e criptônio podem ser tratados como gases

ideais com erro desprezível. (ÇENGEL; CIMBALA, 2007, p. )

4.1.5 Lei de Boyle e Mariotte

Considerando um gás ideal, sabe-se que a relação entre pressão do fluido e seu

volume especifico é proporcional, de acordo com a equação xx, porém, está

determinação só foi possível grassas ao experimento de Boyler e Mariotte, figura xx.

(MALHÃO; FERREIRA; TOMÉ; CARDOSO; LEAL, 2012, p.)

Figura 6 - Experimento de Boyler

Fonte: www.slideplayer.com.br

Boyle e Mariotte, fizeram experimentos para determinar a relação entre pressão

e volume, enquanto a temperatura se mantivesse constante e o resultado foi uma relação

inversamente proporcional entre a pressão e o volume ocupado pelo fluido. Trata-se de

uma transformação isotérmica, temperatura constante. (MALHÃO; FERREIRA;

TOMÉ; CARDOSO; LEAL, 2012, p.)

"Sob temperatura constante, o volume ocupado por determinada massa gasosa é

inversamente proporcional à sua pressão." (Lei de Boyle-Mariotte)

k=P ×V

Equação 2 - Lei de Boyle-Mariotte

4.1.6Lei de Gay-Lussac

EM ANDAMENTO

Lei de Charles – A pressão constante, a variação do volume de uma massa constante de gás é directamente proporcional à variação da temperatura absoluta: V = cT .

Lei de Gay-Lussac – Para uma dada massa de gás, se o volume se mantiver constante, a pressão varia linearmente com a temperatura: PV = aT .

4.2 A Calibração

Afim de compreender o que é, para que serve, sua importância, e outras

informações referente à calibração, são apresentados alguns itens julgados

indispensáveis ao conhecimento do leitor, para o bom entendimento do projeto

proposto. a grande maioria das informações apresentadas a seguir, foram elaborados de

acordo com conceitos extraídos de normas e orientações de órgãos responsáveis pelo

gerenciamento dessa atividade.

4.2.1Conceito de calibração

O Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia

(aprovado pela Portaria INMETRO Nº 029/95), conceitua calibração como sendo

Operação que estabelece, sob condições especificadas, numa primeira etapa, uma relação entre os valores e as incertezas de medição fornecidos por padrões e as indicações correspondentes com as incertezas associadas; numa segunda etapa, utiliza esta informação para estabelecer uma relação visando a obtenção dum resultado de medição a partir duma indicação. (VIM, 2012, p. 27)

Em outras palavras, a calibração é ate de comparar a indicação de um

determinado instrumento à um instrumento padrão, em um mesmo ponto e escala

(VIM, 2012).

A calibração tem inicio no recebimento do instrumento, onde é realizada uma

inspeção visual, relatando-se possíveis não conformidades. As informações recebidas

dos usuários são de suma importância, e em seguida procede-se uma limpeza interna e

externa para só então se dar inicio efetivamente, as calibrações, seguindo rotinas

especificas para cada instrumento. (MARTINS, 2011, p.)

4.2.2A importância da calibração

A importância da calibração no âmbito industrial deriva da busca pela qualidade

dos produtos e serviço. Deve-se entender que a calibração de equipamentos esta

diretamente relacionado com a qualidade do processo produtivo, sendo indispensável

sua incorporação às atividades normais de produção. A calibração deve ser vista como

uma oportunidade de aprimoramento constante pois proporciona vantagens como:

● Redução na variação das especificações técnicas dos produtos;

● Produtos mais uniformes representando vantagem competitiva em relação aos

concorrentes;

● Prevenção de defeitos;

● Redução de perdas pela pronta detecção de desvios no processo produtivo

evitando assim, desperdício e a produção de rejeitos;

● Compatibilidade das medições;

● Garantia do atendimento aos requisitos de desempenho.

(CNI; COMPI, 2002, p. 30)

Segundo Oliveira da Silva e Lima Alves, em 2004, a calibração periódicas dos

instrumentos e padrões asseguram as incertezas requeridas aos processos metrológicas,

garantem a rastreabilidade das medições, e ainda, reduzem os erros através das

correções apresentadas pelo processo de calibração, gerando assim, melhorias na

qualidade dos resultados aumentando a confiabilidade nas ações e decisões.

4.2.3 Terminologias Complementares referente à Calibração

Para que se aprofundamos mais quanto aos conceitos de calibração e sua

importância faz-se necessário o conhecimento de alguns conceitos metrológicos básicos.

Para tal tarefa, recorreu-se ao VIM (Vocabulário Internacional de Metrologia: Conceitos

Fundamentais e Gerais e Termos Associados).

O VIM, aprovado pela portaria INMETRO Nº 029/95, trata-se de um dicionário

terminológico que contém designações e definições relativas a metrologia, e foi editado

no Brasil, pelo próprio INMETRO. Desta forma, logo abaixo, são apresentados alguns

conceitos julgados relevantes ao trabalho:

● Medição: Trata-se de um conjunto de operações objetivando a determinação do

valor de uma grandeza;

● Exatidão de medição: Trata-se do grau convergência entre o resultado de uma

medição e seu valor verdadeiro;

● Resultado de uma medição: Conjunto de valores atribuídos a uma grandeza a ser

medida;

● Repetitividade: Trata-se do grau de concordância entre os resultados de

medições sucessivos de um mesmo valor, efetuadas sob as mesmas condições de

medição. (ABNT NBR ISO./IEC 17025, São Paulo, 2010, pg 20)

Alguns termos, julgados mais influentes para o entendimento do trabalho, são

apresentados de forma mais clara e objetivo nos tópicos a seguir.

4.2.4 Rastr

eabilidade

Rastreabilidade é conceituada como o fato de um resultado de uma medição

poder ser referenciado a padrões apropriados, nacionais ou internacionais, por

intermédio, de uma cadeia contínua de comparações, estabelecendo-se todas as

incertezas relacionadas. Conforme figura1. (Confederação Nacional da Indústria CNI,

Unidade de Competitividade Industrial COMPI, 2002, pg 30 "Metrologia, Conhecendo

e aplicando na sua empresa", 2° Edição)

4.2.5 Instrumento Padrão

Padrões de medição são usados como referência na obtenção de valores medidos

e incertezas de medição associadas para outras grandezas de mesma natureza,

permitindo uma rastreabilidade metrológica através da calibração de outros padrões,

conforme sua hierarquia estabelecida pela figura 1, podem ser instrumentos de medição

ou sistemas de medição." (Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais

de Metrologia, aprovado pela Portaria INMETRO Nº 029/95)

Figura 7 - Padrões e sua Rastreabilidade

Fonte: (Confederação Nacional da Indústria CNI, Unidade de Competitividade

Industrial COMPI, 2002, pg 33 "Metrologia, Conhecendo e aplicando na sua empresa",

2° Edição)

A Confederação Nacional da Indústria (CNI), juntamente com a Unidade de

Competitividade Industrial (COMPI), em 2002, por intermédio do documento

"Metrologia, Conhecendo e aplicando na sua empresa", em sua segunda edição, define

uma classificação para os padrões como sendo:

● Padrão Internacional: Padrões que são reconhecidos por um acordo internacional

para servir de base a outros padrões a que se refere;

● Padrão Nacional: Padrão reconhecido perante uma decisão nacional para servir

de base para o estabelecimento de valores a outros padrões a que se refere;

● Padrão de referência: É definido como o padrão de mais alta qualidade

metrológica disponível em um local, a partir do qual as medições realizadas

serão derivadas deste.

● Padrão de referência da RBC - Rede Brasileira de Calibração: Padrões

calibrados por padrões nacionais, disponíveis à laboratórios credenciados na

pelo INMETRO na Rede Brasileira de Calibração.

● Padrão de referência de usuários: Padrões calibrados pelos padrões de referência

RBC e são encontrados nas industrias, centros de pesquisas, universidades e

outros.

● Padrão de trabalho: Utilizado em rotina industrial e em laboratórios para calibrar

instrumentos de medição.

Pode-se observar na figura 1, a seta rastreabilidade à direita, a qual indica a

hierarquia dos padrões, onde cada classe de padrão deve ser calibrada a uma classe

intermediamente superior, garantindo assim a rastreabilidade metrológica. Vide figura

2. (Confederação Nacional da Indústria CNI, Unidade de Competitividade Industrial

COMPI, 2002, pg 34 "Metrologia, Conhecendo e aplicando na sua empresa", 2° Edição)

Figura 8 - Hierarquia de Instrumentos Padrão e Rastreabilidade

(Confederação Nacional da Indústria CNI, Unidade de Competitividade Industrial

COMPI, 2002, pg 34 "Metrologia, Conhecendo e aplicando na sua empresa", 2° Edição)

4.2.6 Incerteza de Medição (VER O ISO GUM e REFERÊNCIA PROF ANDRÉ)

Tratando-se em medição, tão ou mais importante que conseguir uma incerteza

pequena é buscar uma avaliação adequada e correta do mensurando e expressar

corretamente os resultados, afinal, menor incerteza não constitui necessariamente uma

melhor medição. (ISO GUM, 2008)

De toda forma, não existe medição isenta de dúvidas em seu resultado final.

Sendo assim, torna se de grande importância conhecer a incerteza, identificando os erros

existentes, corrigindo-os ou mantendo-os dentro dos limites aceitáveis. (ABNT NBR

ISO./IEC 17025, São Paulo, 2010, pg 20)

Afirma se, ainda, que a análise plena de um resultado analítico, só é possível se

este estiver acompanhado da informação da incerteza associada ao resultado. (ABNT

NBR ISO./IEC 17025, São Paulo, 2010, pg 20)

Segundo Theisen (1997, apud ABNT NBR ISO./IEC 17025, 2010, p.20) pode se

afirmar que a incerteza é um parâmetro associado ao resultado de uma medição que

caracteriza a dispersão de valores que podiam ser, razoavelmente atribuídos ao

mensurado.

Deve se tomar cuidado quanto ao método do cálculo da incerteza, o qual deve

ser aceitável e decidido com base na adequação ao uso e a decisão deve ser efetuada em

consulta com o cliente. (ABNT NBR ISO./IEC 17025, 2010, p. 20)

4.2.7 Certificado de Calibração

O certificado de calibração, trata-se do documento que traz todas as informações

referentes ao ensaio ou calibração executado no instrumento ao qual o mesmo diz

respeito.

Logo, este certificado deve ser apresentado de forma clara, precisa e objetiva,

para que não ocorram falhas é preciso apresentar todos os resultados incluindo todas as

informações necessárias para a interpretação dos resultados da calibração ou ensaio sem

demonstrar ambigüidade. (ABNT NBR ISO./IEC 17025, 2010, p. 20)

Deve ser incluso ao certificado dados como:

1. Título;

2. Nome;

3. Endereço;

4. Local onde o ensaio foi realizado;

5. Identificação unívoca do relatório;

6. A identificação em cada página;

7. Uma clara identificação em seu final;

8. Nome do cliente;

9. Identificação do método utilizado;

10. Descrição e identificação do item ensaiado;

11. Caracterização objetiva da condição do item ensaiado;

12. Data do recebimento, da realização do ensaio e do relatório do item;

13. Referência ao plano a procedimento de amostragem utilizado pelo laboratório;

14. Os resultados das medições;

15. Uma declaração de que os resultados se referem somente aos itens ensaiados;

16. Número da página/número total de páginas;

17. Declaração especificando que o relatório de ensaio só deve ser reproduzido

completo;

18. Desvios, adições ou exclusões do método de ensaio;

19. Informações sobre condições específicas de ensaio;

20. Uma declaração de conformidade / não-conformidade aos requisitos e/ou

especificações, onde pertinente;

21. Uma declaração da incerteza de medição estimada;

22. Opiniões e interpretações, onde apropriado e necessário, apresentadas em destaque

para que fique bem claro que são opiniões ou interpretações;

23. Bases sobre as quais as opiniões e interpretações se fundamentam;

24. Informações adicionais que podem ser requeridas por métodos específicos, por

clientes ou grupo de clientes;

25. Data da amostragem;

26. Identificação sem ambigüidade da substancia material ou produto amostrado;

27. O local da amostragem, incluindo diagramas, esboços ou fotografias;

28. Referência ao plano e procedimentos de amostragem utilizados;

29. Detalhes das condições ambientais que podem afetar a interpretação dos resultados

do ensaio;

30. Referência a qualquer norma ou outra especificação para o método ou procedimento

de amostragem;

31. Desvios, adições ou exclusões ao método de amostragem usado;

32. Resultado de ensaios realizados por subcontrato, claramente identificados quando

houver. (ABNT NBR ISO./IEC 17025, São Paulo, 2010, pg 20)

4.3 Válvulas

A seguir será apresentado alguns tópicos referente à válvulas, a principio sobre

as válvulas em geral, e posteriormente especificando as válvulas de segurança e alívio,

definido seus conceitos, características, tipos, particularidades, um breve histórico, seu

principio de funcionamento e suas aplicações.

4.3.1 Definição Geral de Válvulas

Válvulas são acessórios utilizados em tubulações industriais para bloquear,

direcionar, limitar ou a controlar a pressão na entrada ou na saída de algum

equipamento ou permitir o escoamento do fluido num único sentido. São dispositivos

operados mecanicamente e utilizados sob diversas condições operacionais. (CARDOZO

MATHIAS, 2014, p.9)

Esses acessórios devem receber um cuidado especial em sua seleção,

especificação e localização, afinal são os acessórios mais importantes existentes em uma

tubulação. (SILVA TELLES, 2001, pg 38)

As válvulas, possuem diversas características construtivas, próprias de cada

uma, as quais são importantes para o processo. Destas, pode-se citar o baixo custo, a

vedação estanque, pouca interferência com o escoamento do fluxo (baixa perda de

carga), controle preciso do fluxo (alta perda de carga) etc. (CARDOZO MATHIAS,

2014, pg 9)

Devem haver sempre o menor numero possível de válvula compatível com o

bom funcionamento do sistema em uma tubulação, afinal válvulas são peças caras, cerca

de 8% do custo total de instalação de processo, possuem grandes probabilidades de

vazamentos e induzem perdas de cargas significativas. (SILVA TELLES, 2001, pg 38)

Entretanto, as válvulas são peças indispensáveis, onde sem as mesmas as

tubulações se tornariam inúteis, por tal motivo, o desenvolvimento de válvulas são tão

antigos, quanto o desenvolvimento de tubulações, por volta do século XV, na Europa

central. (SILVA TELLES, 2001, pg 1 e pg 38)

4.3.2 Válvulas de Segurança e/ou Alívio

Segundo Silva Telles, em 2001, pg 50, essas válvulas são responsáveis pelo

controle da pressão a montante abrindo-se automaticamente, quando a pressão

ultrapassar um determinado valor para o qual a válvula foi calibrada, pressão de

abertura (set pressure). E fecha-se em seguida, também automaticamente, quando a

pressão estiver abaixo da pressão de abertura. A calibração desta é realizada, regulando

a tensão da mola de maneira que a pressão de abertura tenha o valor desejado.

A função de uma válvula de segurança é aliviar o excesso de pressão, em

processos ou equipamentos industriais, quando houver um aumento de pressão de

operação acima de um limite pré-estabelecido no projeto do equipamento por ela

protegido. (CARDOZO DINIZ, 2014, pg 17).

São utilizadas como um dos últimos dispositivos de segurança em uma planta, e

em caso de falha das mesmas, os equipamentos por elas protegidos podem ser

danificados, oferecendo risco de morte para as pessoas que trabalham no local. (Karla

Goulart, 2012)

Assim tornando-se, um dispositivo, indispensável à qualquer sistema submetido

a pressões significativamente maiores que a pressão atmosférica. (CARDOZO DINIZ,

2014, pg 17).

É importante ressaltar que as válvulas de segurança não evitam as causas de

uma sobrepressão apenas as consequencias catastróficas causadas por uma por esta em

um equipamento ou processo. (CARDOZO DINIZ, 2014, pg 17)

4.3.3Válvulas de Segurança x Válvulas de Alívio

Muitas vezes confunde-se os termos "válvulas de alívio", "válvulas de

segurança" e "válvulas de segurança e alívio", ambas possuem a mesma finalidade, de

aliviar a pressão de uma vaso ou equipamento, porém, possuem alguns aspectos

individuais.

São chamadas válvulas "de segurança" quando estas são destinadas a trabalhar

com fluidos elásticos (vapor, ar, gases), e "de alívio" quando destinadas a trabalhar com

líquidos, que são fluidos incompressíveis. A construção destas válvulas é basicamente a

mesma, a principal diferença reside no perfil da sede e do tampão. (SILVA TELLES,

2001).

A válvula de segurança, assim que atingida a pressão de ajuste deve abrir

totalmente, permitindo o escoamento em sua capacidade total dentro de uma

sobrepressão especificada e fechar quando a pressão tiver retornando a um valor seguro.

(CARDOZO DINIZ, 2014, pg 194)

A válvula de alívio, depois de atingida a pressão de ajuste abre gradualmente em

proporção ao aumento de pressão do sistema ao qual ela está instalada. Nestas válvulas,

o curso de abertura do disco é sempre proporcional à sobrepressão do sistema.


Ou seja, as válvulas de alívio, são projetas para trabalhar com fluidos

incompressíveis, e sua abertura é proporcional a pressão exercida na entrada da mesma.

Enquanto as válvulas de segurança, caracterizam-se pela sua abertura repentina,

comumente chamado de "POP" e são projetas para operar com fluidos compressíveis.

Menos comum, mas não menos importantes, encontram-se as válvulas de

segurança e alívio. São válvulas mistas entre segurança e alívio, afinal operam tanto

com fluidos compressíveis como incompressíveis, dependendo da aplicação.

Em algumas industriais, estes dispositivos são abreviados, sendo chamadas de

PSV (Pressure Safety Valve) para as válvulas de segurança e PRV (Pressure Relief

Valve) para as válvulas de alívio.

4.3.4 Conexões de uma Válvula

Conexões estabelecem uma ligação entre as válvulas e a tubulação, podendo ser

flangeadas, soldadas ou rosqueadas. (CARDOZO DINIZ, 2014, pg 28)

4.3.4.1 Conexões Flangeadas

"Uma ligação flangeada é composta de dois flanges, um jogo de parafusos ou

estojos com porcas e uma junta de vedação." (SILVA TELLES, pg 25, 2001)

Este tipo de conexão é a mais utilizada devido sua facilidade de instalação e

substituição, pode ser utilizado para a maioria dos fluidos, com exceção daqueles que

não podem, em hipótese alguma, vazar para o meio ambiente. Nesses casos utilizam-se

válvulas soldadas, até mesmo para processo que exigem válvulas classe 150.


Seu comprimento de face a face padronizado pela norma SME B 16.10.(CARDOZO DINIZ, 2014, pg 29)

Quando tratar se de conexões flangeadas, pode se utilizar papelão hidráulico ou junta espiralada entre os flanges, mesmo para válvulas com classe de pressão 300 ou acima. (CARDOZO DINIZ, 2014, pg 28)

Todas as uniões flangeadas devem sempre ser apertadas igualmente para evitar tensões localizadas no ponto de maior aperto e consequente vazamento do lado oposto. (CARDOZO DINIZ, 2014, pg 29)

Os flanges de ligação da válvula com a tubulação podem seguir uma norma de construção diferente da utilizada para o corpo e castelo. Por exemplo, uma válvula construída conforme a norma ASME B12.34, e a ISO 10434 tem flanges construídos de acordo com a ASME B16.5, porém, essa válvula pode ter esse flange construídos de acordo com a norma DIN, conforme a classe de pressão desejada. (CARDOZO DINIZ, 2014, pg 29)

Os flanges da classe 125 são lisos,sem ressaltos, apenas com ranhuras em toda sua superfície. Normalmente são fabricados em ferro fundido ASTM A 126, classe B, como exigido pela norma ASME B16.1. Os flanges das classes 150 e 300 possuem um ressalto de 1/16" e são ranhurados nessa região, como determina a ASME B16.5, proporcionando melhor vedação para a junta em função de maior pressão de trabalho. Nas classes superiores a 300, possuem um ressalto de 1/4", que proporciona uma vedação melhor para maiores pressões de trabalho, devido ao maior torque conseguido com os estojos e porcas. (CARDOZO DINIZ, 2014, pg 29)

(EM ANDAMENTO - PRECISO LER E ALTERAR)

4.3.5 Histórico das Válvulas de Segurança

Inventada pelo físico francês Denis Papin, em 1682, as válvulas vem sendo

aprimoradas até os dias de hoje com a mesma finalidade.

O modelo inventado por Papin tratava-se de uma válvula ajustável através de um

peso que se movimentava ao longo de uma alavanca, possibilitando assim, sua pressão

de ajuste.

Em 1848, o inglês Charles Ritchie, criou um modelo de válvula diferenciado,

que utilizava da força das forças expansivas do fluído para aumentar o curso de abertura

da válvula, através da inserção de um lábio envolta do anel de vedação da válvula.

Outra melhoria significativa, trazida por Willian Naylor em 1863, foi a inserção

de um segundo lábio em volta do disco, fazendo, com que se aumente a força reativa e

consequentemente aumente o curso da válvula.

Foi então, que em 1869, com o projeto dos americanos George Richardson e

Edward H. Ashcroft, surgiram as válvulas de segurança do tipo mola.

Atualmente, segundo o código ASME Seção I, válvulas do tipo contrapeso, não

são permitidas para caldeiras. Pois devido sua falta de precisão, estas válvulas foram

responsáveis por diversos acidentes. (REFERNCIAR COM O LIVRO CARDOSO

DINIZ)

(era fixo o anel do bocal onde exercia a força do fluido, hooje é resqueada e

permite o ajuste da força de abertura) (EM ANDAMENTO)

"As válvulas modernas utilizam os princípios de projeto de ambos para

aproveitar as forças reativas e expansivas do fluído de processo para alcançarem o curso

máximo e consequentemente a vazão máxima." (DINIZ, 2000).

4.3.6 Componentes de uma Válvula

Fonte: API 520 - parte I

4.3.7 Terminologia Básica

4.3.8 Principio de Funcionamento de uma Válvula de Segurança e/ou Alívio

(EM ANDAMENTO)

Conforme apresentado no capítulo xx, pressão é força exercida por unidade de

área, e a pressão em qualquer ponto de um fluido é igual para todas as direções.

Logo ao se tratar de válvulas de alívio, quando em condições normais de

operação, estas devem se manter estanques, nestas condições a pressão exercida pelo

fluido sobre o disco da válvula de alívio é menor que a força exercida pela mola atuando

no mesmo, mantendo assim o disco pressionado conta o bocal. A válvula inicia sua

abertura na pressão de ajuste, e neste ponto as forças atuando sobre o disco de vedação

estão em equilíbrio. À medida que aumenta a pressão exercida sobre o disco, mais

fluido é aliviado pela abertura da válvula, assim como maior é a superação à

contrapressão exercida pela mola. Quando a válvula atinge a capacidade máxima de

abertura, a força da mola encontra-se equilibrada com a pressão de projeto do

equipamento, conhecida como pressão de alívio, que é a soma da pressão de abertura

mais sobrepressão. Por fim, no momento em que todo o excesso de pressão tiver sido

aliviado a pressões menores que a de abertura, a válvula deverá se fechar. (API 520 -

parte I, 2000)

Do mesmo modo ocorre a abertura de uma válvula de segurança, porém, deve-se

ressaltar que durante funcionamento de uma válvula de segurança (PSV) não há

abertura parcial, assim que alcançada a pressão de ajuste, as forças atuando no bocal

estarão em equilíbrio, e qualquer aumento de pressão acarretará na abertura total e

repentina da PSV.

Este fato se deve ao aumento da área de pressão de contato do fluido com o

disco, o que acarretará no aumento repentino da força na mola e fará com que a válvula

se mantenha totalmente aberta até que se alcance pressões inferiores a pressão de ajuste.

Este fenômeno se explica através do principio de pascal.

4.3.9 Aplicações de Válvulas de Segurança e/ou Alívio

(EM ANDAMENTO)

4.3.10 Calibração e ensaio de Válvulas de Segurança e/ou Alívio

Para que o ensaio e calibração destes equipamentos garantam sua confiabilidade

metrológica, segurança de operação, deve-se determinar o sistema de medição padrão

adequado para tal tarefa. Afinal esta escolha influência diretamente na qualidade do

resultado final das medições. Portanto, quanto menor são as incertezas, e maiores forem

as repetibilidades do sistema padrão, melhores serão as condições de realização da

calibração. (MARTINS, 2011)

4.3.11 Importância da calibração de Válvulas de Segurança e/ou Alívio

O ensaio e calibração de válvulas de segurança e/ou alívio (EM ANDAMENTO)

4.3.12 Funcionamento de uma Válvula de Segurança ou Alívio

(EM ANDAMENTO)

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

(PRECISO LER E ORGANIZAR AS REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS)

VIM (Vocabulário Internacional de Metrologia: Conceitos Fundamentais e Gerais e Termos Associados) aprovado pela Portaria INMETRO Nº 029/95

(ABNT NBR ISO./IEC 17025, São Paulo, 2010

(Confederação Nacional da Indústria CNI, Unidade de Competitividade Industrial

COMPI, 2002, pg 30 "Metrologia, Conhecendo e aplicando na sua empresa, 2° Edição)

(API 520 - parte I, 2000)

(MARTINS, 2011)

(Karla Goulart, 2012)

Oliveira da Silva e Lima Alves, em 2004

(THEISEN,1997)

(CARDOZO MATHIAS, 2014,

(SILVA TELLES, 2001,

(Çengel

ISO GUM - Guia para Expressão de Incerteza de Medição - Avaliação de Dados de Medição 2008

TELLES, Pedro C. Silva. Válvulas, In: TELLES, Pedro C. Silva. TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS: Materiais, Projeto, Montagem, 10ª Edição, Rio de Janeiro: LTC Livros Técnicos e Científicos Editora S.A, 2001, p. 38.

POTTER, Merle C; WIGGERT, David C, Mecânica dos Fluidos, 3° Edição, São Paulo: Thoomson, 2004, p.8

Fernando A. França: Instrumentação e Medidas: grandezas mecanicas,

UNICAMP 2007. p.194

SENAI / CST, Instrumentação Básica- Pressão e Nível – Instrumentação, 1999

Desenvolvimento_de_uma_Bancada_de_Ensaios_de_Válvulas_de_Seguraça_e_ou_Alívio (3).docx

Documents

Transcript of Desenvolvimento_de_uma_Bancada_de_Ensaios_de_Válvulas_de_Seguraça_e_ou_Alívio (3).docx