Válvulas em Sistemas de Refrigeração por Amônia

As válvulas são componentes centrais em sistemas de refrigeração industrial por amônia, pois operam diretamente nos pontos onde o refrigerante muda de regime de pressão, vazão ou condição de escoamento.

Diferentemente de sistemas convencionais, as válvulas em instalações por amônia atuam sobre líquido e vapor próximos às condições de saturação, em faixas amplas de temperatura e com margens operacionais reduzidas.

Em diversas aplicações, especialmente em sistemas inundados e de recirculação, as válvulas controlam escoamentos bifásicos, volumes confinados e transições rápidas entre estados operacionais, como partidas, paradas e ciclos de degelo. Essas condições impõem requisitos rigorosos de estanqueidade, robustez mecânica e previsibilidade de comportamento.

Princípio de Funcionamento

As válvulas operam introduzindo resistências controladas ao escoamento do refrigerante, gerando quedas de pressão, bloqueios completos ou controle direcional do fluxo. Em sistemas por amônia, essa atuação ocorre tanto em regime monofásico quanto bifásico, o que torna o comportamento hidráulico sensível a pequenas variações de abertura.

Nas válvulas de expansão, a queda de pressão transforma a amônia líquida de alta pressão em mistura bifásica à pressão de evaporação. Embora esse processo seja considerado isentálpico, a forma como a válvula modula o fluxo influencia diretamente o superaquecimento, a estabilidade do evaporador e a pressão de sucção do sistema.

Já em válvulas de bloqueio e retenção, o princípio dominante é a interrupção ou direcionamento do escoamento. Vale ressaltar que o fechamento rápido de válvulas em linhas líquidas pode gerar variações abruptas de pressão, exigindo procedimentos operacionais cuidadosos para evitar esforços excessivos na tubulação.

Tipos de Válvulas Utilizadas com Amônia

As válvulas aplicadas em sistemas por amônia são selecionadas conforme a função exercida no ciclo frigorífico:

• Válvulas de Bloqueio: Utilizadas para isolar equipamentos e trechos de tubulação. Em instalações industriais, são comuns válvulas angulares com haste ascendente e sede metálica, projetadas para baixas temperaturas e elevada estanqueidade.
• Válvulas de Retenção: Impedem o escoamento reverso do refrigerante, protegendo compressores e bombas de líquido. Seu desempenho é crítico durante paradas e variações transitórias de pressão.
• Válvulas de Expansão e Controle: Regulam a vazão de líquido para os evaporadores e o nível em vasos de recirculação. A seleção incorreta resulta em instabilidade de nível, oscilações de pressão e perda de eficiência térmica.
• Válvulas de Segurança: Atuam como proteção contra sobrepressão, especialmente em volumes de líquido que podem ser isolados entre duas válvulas de bloqueio. A expansão térmica do líquido aprisionado pode gerar pressões elevadas em curto intervalo de tempo.

O Impacto Termodinâmico e Energético

Do ponto de vista operacional, as válvulas são as responsáveis pela modulação precisa da vazão mássica, garantindo que os evaporadores operem na capacidade de projeto, independentemente das oscilações de carga térmica. Uma válvula de expansão com controle instável ou mal dimensionada provoca alimentação irregular, o que prejudica a troca térmica e força o sistema a operar fora do ponto ótimo de eficiência.

Sob o aspecto hidráulico, as válvulas definem as perdas de carga e os volumes isoláveis do circuito. O perigo reside no dimensionamento incorreto: restrições excessivas (alta perda de carga) elevam a pressão de descarga ou reduzem a pressão de sucção dos compressores. O resultado prático é a redução da capacidade frigorífica útil do sistema aliada ao aumento do consumo de energia.

Critérios Gerais de Seleção

A seleção de válvulas para amônia deve considerar a condição de operação real do sistema, incluindo pressão, temperatura, regime de escoamento e possibilidade de operação bifásica. Além disso:

1. Coeficiente de Descarga: Deve ser compatível com a vazão requerida e com a faixa de controle desejada, influenciando diretamente a estabilidade da regulagem.
2. Materiais: Devem ser quimicamente compatíveis com a amônia, evitando cobre e suas ligas.
3. Acessibilidade: A facilidade para inspeção, manobra e manutenção influencia diretamente a segurança e a confiabilidade operacional.

Segurança Operacional e Boas Práticas

A operação segura de válvulas em sistemas por amônia exige procedimentos claros de manobra, especialmente em válvulas de bloqueio e expansão. O fechamento brusco em linhas líquidas pode gerar sobrepressões locais e esforços mecânicos elevados (golpe de aríete).

Fundamentalmente, volumes de líquido que possam ser isolados devem possuir proteção contra sobrepressão térmica. A identificação clara das válvulas, o treinamento dos operadores e a inspeção periódica são fatores determinantes para a confiabilidade do sistema.

Confira abaixo os principais Indicadores de condição em válvulas em sistemas de refrigeração industrial por amônia:

Conclusão

As válvulas são, muitas vezes, os componentes mais subestimados em uma planta de amônia, mas são elas que ditam o ritmo da segurança e o custo da operação. Como vimos, uma falha de especificação ou de manobra não resulta apenas em parada técnica, mas em riscos reais de acidentes e desperdício contínuo de energia.

Para o profissional da área, entender o funcionamento mecânico é apenas o primeiro passo. O diferencial está em dominar a termodinâmica por trás de cada componente e saber projetar sistemas que sejam, ao mesmo tempo, seguros para o operador e eficientes para o investidor.

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