2.1.1 Dimensionamento

A válvula de alívio deve proteger os equipamentos sujeitos à sobrepressão, provocada por várias causas distintas. Por exemplo, numa coluna de fracionamento, pode aparecer sobrepressão por causa de fogo externo, descarga bloqueada, perda de refluxo, falha de alimentação elétrica, falha de resfriamento, falha de instrumentos de controle, dentre outros tipos de falhas mecânicas.

A válvula de alívio deve ser dimensionada para cada uma das condições em separado e seu tamanho final deve ser suficientemente grande para manipular a maior capacidade da sobrepressão. O primeiro passo é calcular a vazão que irá passar através da válvula de alívio de pressão evitando o acúmulo excessivo.

Em reações exotérmicas, a válvula deve ser dimensionada para passar uma vazão capaz de aliviar a máxima pressão possível do sistema. Após definida a quantidade do fluido a ser aliviada, é preciso calcular a área do orifício necessária para aliviar a quantidade predeterminada desse líquido ou vapor. Em seguida é feita a seleção da válvula a partir da consulta às tabelas dos fabricantes, que listam várias válvulas com a área do orifício necessária para passagem da vazão determinada.

A seleção final será baseada na conformidade da área do orifício com a válvula que satisfaça a pressão, a temperatura e os materiais de construção. A ASME apresenta fórmulas para determinar a área efetiva do orifício que irá determinar a capacidade especificada do fluido.

2.1.2 Construção da válvula

As válvulas de segurança e alívio são normalmente mantidas na posição fechada por meio de um disco pressionado por uma mola. A pressão da mola é ajustada de modo que uma pressão predeterminada agindo sobre o disco da válvula (sede) levantará o disco da sede permitindo a passagem do fluido através da abertura.

Em válvulas de segurança, o disco se projeta sobre a sede, para fornecer uma área de passagem adicional após a abertura inicial e, desse modo, levantar rapidamente o disco para a posição de totalmente aberta. A sede é usualmente cercada por um anel ajustável, e assim que a válvula começar a abrir, a pressão é também aplicada à superfície exposta adicional e não apenas ao disco. Pelo ajuste desse disco, regula-se a pressão de blowdown, que é a diferença entre a pressão de alívio e uma pressão levemente menor em que a válvula fecha.

As válvulas de alívio são projetadas de modo que a área exposta à sobrepressão é a mesma com a válvula aberta ou fechada, fazendo com que o disco seja levantado da sede lentamente, quando a pressão subir, até que a válvula atinja a abertura total.

A maioria das válvulas de segurança possui mola. Uma minoria funciona com peso e alavanca externos. A válvula de alívio de pressão com mola tem a pressão de alívio ajustada por meio de um parafuso no topo do castelo, que varia a compressão da mola.

As válvulas de alívio são disponíveis para temperatura criogênicas até 750 ºC e de alta pressão até 10.000 psi. A maioria das válvulas de segurança e algumas válvulas de alívio são equipadas com uma alavanca externa para verificação do alívio. As válvulas de alívio estão disponíveis em uma grande variedade de materiais: ferro fundido, aço carbono, aço inoxidável, bronze, Hastelloy, Monel e revestida de Teflon.