Válvula de segurança no sistema de aquecimento: tipos, finalidade, esquemas e instalação

Devido à operação inadequada, variações de temperatura e picos de pressão, podem ocorrer falhas no funcionamento de sistemas de aquecimento autônomos. As consequências negativas nessas situações são críticas: desde a quebra de componentes individuais até a destruição de edifícios e grave ameaça à vida.

Uma válvula de segurança no sistema de aquecimento ajudará a eliminar riscos perigosos. O que é e qual é o seu princípio de funcionamento? Essas questões serão abordadas em nosso artigo. Também analisaremos os tipos dessas válvulas e indicaremos as principais diferenças entre elas, abordaremos as regras de instalação no sistema de aquecimento e forneceremos recomendações para seleção e ajuste da válvula de segurança.

Para que serve uma válvula de segurança?

Os sistemas de aquecimento são preenchidos com água, cuja temperatura é de aproximadamente 15 graus. Circulando em um circuito fechado, o fluido de transferência de calor aquece, aumentando significativamente de volume. Nesse momento, a pressão exercida na superfície interna dos tubos e nos dispositivos instalados no sistema aumenta consideravelmente.

O excesso do limite permitido, na maioria dos casos acima de 3,5 bar, resulta em:

• vazamento nos pontos de junção das partes da tubulação;
• danos ou rupturas de elementos de conexão e tubos feitos de polímeros;
• explosão do tanque da caldeira;
• curto-circuito do equipamento elétrico na sala da caldeira.

O maior risco de situações de emergência é característico de caldeiras de combustível sólido, nas quais é difícil ajustar a potência de transferência de calor.

O desempenho do equipamento elétrico e a gás é rapidamente ajustado dos valores iniciais aos máximos e vice-versa. Frequentemente, eles possuem automação de segurança, que desliga os elementos de trabalho em caso de aumentos excessivos de temperatura.

A intensidade da queima de lenha, carvão e outros tipos de combustível em uma caldeira de combustível sólido é ajustada através da abertura/fechamento da comporta. Com isso, a potência de liberação de calor não muda imediatamente, mas gradualmente. Devido à inércia do gerador de calor, o fluido de transferência de calor líquido pode superaquecer significativamente.

Juntamente com o manômetro que mede a pressão e o purgador de ar que remove o ar do sistema, a válvula de segurança é frequentemente incluída no grupo de segurança.

Quando a lenha na câmara está bem aquecida, tendo elevado a água na rede às temperaturas necessárias, o acesso de ar é bloqueado e a chama ativa começa a diminuir.

No entanto, em estado incandescente, a fornalha continua a liberar o calor acumulado. Ao atingir 90-95 graus, o fluido de aquecimento entra em ebulição e desencadeia uma inevitável e intensa formação de vapor. Consequentemente, provoca-se um aumento repentino de pressão.

É precisamente nessas circunstâncias que a válvula de segurança entra em ação. Ao atingir o parâmetro limite de pressão, ela abre o obturador, liberando o caminho para o vapor formado para o exterior. Após a estabilização dos valores, a válvula fecha automaticamente e volta ao modo de espera.

A sua instalação é obrigatória não apenas para caldeiras de combustível sólido, mas também para caldeiras a vapor e fornos equipados com circuito de água. Muitas modificações de equipamentos de aquecimento já vêm equipadas com este dispositivo na fase de produção. Frequentemente, esta válvula é um dos elementos do grupo de segurança. Normalmente, o dispositivo é inserido diretamente no trocador de calor ou instalado na tubulação próximo à caldeira.

Variedades de dispositivos e princípio de funcionamento

A construção da válvula de alívio inclui dois componentes obrigatórios: uma peça de fechamento composta por sede e obturador, e um dispositivo de ajuste de força. Existem vários tipos de equipamentos com suas próprias características. Eles são classificados de acordo com certos critérios.

Classificação #1 — pelo mecanismo de aperto

Em sistemas de aquecimento de casas particulares, apartamentos e instalações industriais de pequena potência, dá-se preferência ao tipo de produto de mola.

O principal elemento de trabalho do dispositivo é a mola. Ela pressiona a membrana que fecha a sede. No eixo conectado à alavanca, é colocada uma arruela, na qual a parte superior da mola se apoia. A posição da arruela e a influência de pressão sobre a membrana são reguladas pela alavanca.

O dispositivo se caracteriza por uma construção simples e confiável, dimensões compactas, possibilidade de combinação com outros elementos do bloco de segurança e preço acessível. A força de compressão do mecanismo de mola depende do parâmetro de pressão no qual a válvula atua. A faixa de ajuste é influenciada pela elasticidade da própria mola.

O princípio de funcionamento dos dispositivos de segurança de mola é o seguinte:

• o fluxo de água atua sobre o obturador do dispositivo;
• o movimento do fluido de aquecimento é limitado pela força da mola;
• a pressão crítica excede a força de compressão, levantando a haste do carretel para cima;
• o líquido é direcionado para o tubo de saída;
• o volume interno de água se estabiliza;
• a mola fecha o obturador, retornando-o à posição inicial.

O corpo do dispositivo de mola é feito de latão de alta resistência e qualidade, utilizando tecnologias e métodos de estampagem a quente. Na fabricação da mola, utiliza-se aço. A membrana, as vedações e o punho são feitos de polímeros.

Algumas marcas produzem equipamentos com configurações de fábrica já definidas. Também há modelos no catálogo que são ajustados no local de instalação durante o período de comissionamento.

As válvulas podem ser abertas ou fechadas. No primeiro tipo de projeto, o fluido térmico é descarregado na atmosfera; no segundo, é desviado para o tubo de retorno.

Os dispositivos de segurança de alavanca e peso não são tão difundidos. São raramente instalados em sistemas autônomos residenciais com caldeira. Seu uso é concentrado na indústria, em grandes instalações onde o diâmetro dos tubos é de pelo menos 200 mm.

Nesses mecanismos, a força na haste é fornecida não por uma mola, mas por um peso pendurado na alavanca. Ele se move ao longo do comprimento da alavanca, ajustando a força com que a haste pressiona o assento.

A válvula de alavanca e peso abre quando a pressão do meio na parte inferior do carretel excede os valores provenientes da alavanca. Em seguida, a água é descarregada através de um orifício de alívio especial.

A regulagem dos dispositivos de segurança de alavanca e peso é feita movendo o tirante ao longo da alavanca. Para evitar alterações não autorizadas ou acidentais, o peso é fixado com parafusos, coberto por uma carcaça especial e trancado com um cadeado.

A pressão de atuação, assim como a faixa de ajuste, é determinada pelo comprimento da alavanca e pela massa do peso. Os dispositivos de segurança de alavanca não são inferiores aos de mola em termos de confiabilidade, mas são mais caros. Os dispositivos são instalados em conexões flangeadas de tubos com diâmetro nominal de 50 mm ou mais.

Classificação #2 — pela altura de elevação do obturador

Em válvulas de segurança de baixa elevação, o obturador se eleva no máximo 0,05 do diâmetro do assento. O mecanismo de abertura nesse equipamento é proporcional.

Caracteriza-se por baixa capacidade de fluxo e construção mais primitiva. O equipamento de baixa elevação é usado em recipientes com meio líquido.

Os dispositivos de elevação total são equipados com um mecanismo de abertura de duas posições. Eles são usados não apenas em recipientes com líquidos, mas também em sistemas onde circulam meios compressíveis (ar comprimido, vapor, gás).

Nos dispositivos de elevação total, a elevação do obturador é maior. Isso significa que sua capacidade de fluxo é muito melhor do que no tipo anterior, por isso são capazes de descarregar volumes maiores de excesso de fluido térmico.

Classificação #3 — pela velocidade de atuação

A tampa de fechamento das válvulas de segurança proporcionais abre gradualmente. Geralmente, a abertura é proporcional ao aumento da pressão exercida na superfície interna. Simultaneamente à elevação do mecanismo, os volumes de fluido térmico descarregado aumentam suavemente.

O projeto dos dispositivos não limita seu uso em meios compressíveis, mas eles predominam em sistemas com água e outros líquidos.

Entre as vantagens das válvulas de segurança com velocidade de atuação proporcional estão o baixo custo, a simplicidade construtiva, a ausência de auto-oscilações e a abertura gradual em níveis necessários para manter parâmetros operacionais específicos.

A característica das válvulas de duas posições é a atuação instantânea com abertura total após atingir os limites de pressão no sistema, quando o obturador de segurança abre.

Os especialistas recomendam operar esses dispositivos em meios compressíveis. Entre suas principais desvantagens estão as auto-oscilações características do obturador.

Ao instalar uma válvula de duas posições em um sistema de aquecimento com fluido térmico líquido, deve-se considerar que, durante a abertura brusca do obturador, ocorrerá a descarga de uma grande quantidade de água.

Devido a isso, a pressão cairá muito rapidamente. A válvula fechará instantaneamente, o que provocará um golpe de aríete. Dispositivos proporcionais não causam esses riscos.

Características das válvulas de emergência de três vias

É importante falar separadamente sobre um dispositivo menos conhecido dos consumidores — a válvula de três vias com comutador manual ou elétrico. Ela é usada em sistemas de aquecimento com circuitos de baixa temperatura.

A construção dos dispositivos de segurança possui três aberturas, uma de entrada e duas de saída. Os fluxos do meio são controlados por uma comporta em forma de esfera ou haste. O líquido em movimento é redistribuído por rotações.

As válvulas de segurança de três vias são adequadas para caldeiras de condensação e em casos onde um único equipamento de aquecimento atende a vários sistemas diferentes.

Vamos imaginar uma situação: em uma casa, foi implementado um esquema de aquecimento com sistema de radiadores comuns e piso aquecido. Os requisitos técnicos para o funcionamento da segunda opção preveem temperaturas não muito altas do fluido térmico.

A caldeira aquece a água no mesmo regime de temperatura para todos os sistemas. Nessas condições, surge a necessidade de um dispositivo de redistribuição, cujas tarefas são perfeitamente realizadas por uma válvula de três vias.

Ela é responsável pelas seguintes funções:

• diferenciação das áreas;
• distribuição da densidade do fluxo por zonas;
• Auxílio na mistura do fluido térmico das ramificações principais de alimentação/retorno para enviar ao encanamento do piso aquecido água mais fria do que a dos radiadores.

Para não ter que controlar constantemente a temperatura do meio por conta própria, é necessário prestar atenção aos modelos de válvula equipados com servomotor.

Este dispositivo opera a partir de um sensor instalado no circuito de baixa temperatura. Quando as marcas de temperatura mudam, o mecanismo de bloqueio é acionado, abrindo ou fechando o fornecimento de líquido do retorno.

Falamos mais detalhadamente sobre as variedades de válvula de três vias para aquecimento e os critérios para sua escolha no próximo artigo.

Dicas para escolher o modelo ideal

Antes de decidir por um equipamento de segurança específico, é necessário conhecer detalhadamente as características técnicas da instalação da caldeira.

As temperaturas negativas afetam negativamente o funcionamento da válvula de segurança. Portanto, uma característica bastante importante para o dispositivo é a presença de proteção contra congelamento

Não se deve negligenciar o estudo das instruções do fabricante, que indicam todos os valores limites.

Vários critérios têm um papel decisivo na escolha do dispositivo de aquecimento:

1. Capacidade da caldeira.
2. Pressão máxima admissível do meio para a potência térmica do equipamento de aquecimento.
3. Diâmetro da válvula de segurança.

Deve-se verificar se o regulador de pressão do dispositivo possui uma faixa que inclua os parâmetros de uma determinada caldeira. A pressão de atuação deve ser 25-30% maior do que o valor de trabalho necessário para a operação estável do sistema.

Quanto maiores os valores de pressão de trabalho, menos tempo o dispositivo deve levar para atuar. A diferença entre a pressão no início do movimento e na abertura total da comporta deve ser de 15% para um valor nominal inferior a 2,5 atm, 10% – para parâmetros mais altos

O diâmetro da válvula de segurança não pode ser menor que a conexão do tubo de alimentação. Caso contrário, a resistência hidráulica constante não permitirá que o dispositivo de segurança execute plenamente suas tarefas diretas.

O material ideal de fabricação do equipamento é o latão. Ele possui um baixo coeficiente de expansão térmica, que elimina a destruição do corpo devido a fortes pressões.

O bloco de regulagem é fabricado com materiais plásticos resistentes ao calor, que mantêm a rigidez necessária mesmo em contato com líquido em ebulição.

Regras de instalação e ajuste

Ao planejar a instalação independente de uma válvula de segurança para aquecimento, é necessário preparar um conjunto de ferramentas com antecedência. Não se pode prescindir de chaves ajustáveis e chaves de boca, chave de fenda Phillips, alicates, fita métrica e selante de silicone.

Antes de começar o trabalho, é necessário determinar um local adequado para a instalação. Recomenda-se fixar a válvula de segurança na tubulação de alimentação, perto do bocal de saída da caldeira. A distância ideal entre os elementos é de 200-300 mm.

Todos os fusíveis domésticos compactos são equipados com rosca. Para obter uma vedação completa ao rosquear, é necessário vedar o tubo com estopa ou silicone. O uso de fita FUM não é recomendado, pois nem sempre suporta temperaturas criticamente altas.

Na documentação normativa que acompanha cada aparelho, o processo de instalação geralmente é descrito passo a passo.

Algumas regras-chave de instalação são invariáveis para todos os tipos de válvulas:

• se o fusível não for instalado como parte do grupo de segurança, um manômetro deve ser colocado próximo a ele;
• em válvulas de mola, o eixo da mola deve estar estritamente na posição vertical e localizado abaixo do corpo do dispositivo;
• em equipamentos de alavanca e peso, a alavanca deve ser colocada horizontalmente;
• no trecho da tubulação entre o equipamento de aquecimento e o fusível, não é permitida a instalação de válvulas de retenção, torneiras, válvulas de gaveta, bomba de circulação;
• para evitar danos ao corpo ao girar a válvula, deve-se aproximar a chave pelo lado onde o rosqueamento está sendo realizado;
• o tubo de drenagem, que conduz o fluido térmico para a rede de esgoto ou tubo de retorno, é conectado ao bocal de saída da válvula;
• o bocal de saída é direcionado ao esgoto não diretamente, mas com a inclusão de um funil ou poço de inspeção;
• em sistemas onde a circulação de líquido ocorre por esquema natural, a válvula de segurança é instalada no ponto mais alto.

O diâmetro nominal do aparelho é selecionado com base em metodologias desenvolvidas e aprovadas pelo Gosgortekhnadzor. Para resolver essa questão, é mais sensato buscar ajuda de profissionais.

Se não for possível, pode-se tentar usar programas online especializados para o cálculo.

Para reduzir as perdas hidráulicas durante a pressão do meio sobre o prato da válvula, a instalação do equipamento de emergência é feita com uma inclinação em direção à instalação da caldeira.

O tipo de construção de pressão influencia a regulagem da válvula. Nos dispositivos de mola, há uma tampa. A compressão preliminar da mola é ajustada girando-a. A precisão da regulagem desses produtos é alta: +/- 0,2 atm.

Nos dispositivos de alavanca, os ajustes são feitos aumentando a massa ou movendo o peso.

Após 7-8 acionamentos no dispositivo de emergência instalado, a mola e o prato se desgastam, podendo ocorrer perda de vedação. Nesse caso, é aconselhável substituir a válvula por uma nova.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Como funciona e do que é composta a válvula de segurança:

Válvula de emergência no grupo de segurança:

Mais detalhes sobre a escolha e instalação da válvula de segurança ideal:

A válvula de segurança é um equipamento simples e confiável que permite proteger a residência de situações de emergência imprevistas que ocorrem em sistemas de aquecimento. Para isso, basta escolher um dispositivo de qualidade com parâmetros adequados e, em seguida, realizar sua configuração e instalação corretas.

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