[pt] A grande maioria dos dutos de transporte de petróleo e derivados no Brasil trabalha com válvulas de alívio no projeto dos seus sistemas de proteção. Desta forma, o perfeito dimensionamento e funcionamento destas válvulas são fundamentais para garantir a segurança de dutos de transporte e dos terminais de carga e descarga, caso haja alguma condição anormal de operação que gere sobrepressões. Estas válvulas aliviam a pressão interna do duto caso a mesma ultrapasse um valor definido e calibrado na válvula. Simplificadamente, a válvula de alívio de pressão tipo mola possui um disco o qual é pressionado pela mola contra o bocal de entrada. Quando a pressão do duto se eleva, a força gerada na superfície do disco aumenta e, dependendo do ponto de ajuste da mola, supera a força exercida pela mesma fazendo com que o disco se eleve, descarregando pelo bocal de saída o fluido para o tanque de alívio e, consequentemente, reduzindo a pressão no duto. Desta forma, a válvula de alívio garante que o duto não seja submetido a pressões superiores às pressões de projeto, o que poderia levar a uma falha do duto e a um possível vazamento de produto para meio ambiente. Este trabalho propõe um estudo experimental e numérico para determinar o comportamento dinâmico de válvulas de alívio de mola. Foi realizada a montagem de uma bancada experimental com um circuito de água contendo uma bomba, uma válvula de alívio e uma válvula de bloqueio capaz de interromper o fluxo no circuito gerando um transiente de pressão que obriga a abertura da válvula para aliviar a pressão interna no sistema. A válvula de alívio foi instrumentada para medir as grandezas necessárias para estudar o comportamento dinâmico da válvula e os transientes de pressão e vazão gerados no duto. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados obtidos de modelos computacionais proporcionando o aperfeiçoamento e validação destes modelos. / [en] The majority of oil and refined product pipelines in Brazil employ pressure relief valves in the design of their protection system. Thus, the perfect design and operation of these valves is essential to ensure the safety of transport pipelines and loading and unloading terminals, under any abnormal condition of operation that generates overpressures. These valves work by relieving the internal pressure in case it exceeds a pre-set and calibrated value. In a nutshell, the spring-type pressure relief valve has a disk which is pressed by a spring against the inlet nozzle of the valve. When the pressure rises, the force generated on the surface of the disc increases and, depending on the pressure relief valve set point, the pressure force overcomes the force exerted by the spring, causing the disk to rise and thus discharging the fluid through the outlet nozzle to the relief tank, consequently reducing the pressure in the pipeline. Using this principle, the relief valve ensures that the pipeline is not subjected to high transient pressures, which could lead to pipeline or equipment rupture and possible product leak. The present dissertation describes a numerical and experimental study conducted to determine the dynamic behavior of spring-type relief valves. The experiments were conducted in a water pipe loop equipped a pump, a block valve to generate the pressure transients and a commercial spring-type pressure relief valve. The loop was instrumented with pressure, flow and temperature transducers. The relief valve was instrumented to measure the variables necessary to study the dynamic behavior of the valve and the transient pressure and flow generated in the pipeline. The experimental results were compared with results obtained from computer models allowing the improvement and validation of these models.

[pt] As válvulas de alívio de pressão (PRVs, do inglês, pressure relief valves) são dispositivos fundamentais para a segurança de operações em dutos de transporte de fluidos, sendo encarregadas de garantir a integridade das instalações no caso de algum bloqueio súbito do escoamento. Dependendo da natureza e duração do evento de bloqueio, das características da válvula de alívio e do comprimento do duto, o comportamento dinâmico da PRV, i.e., seu tempo de resposta e o coeficiente de descarga em função da abertura, podem variar consideravelmente. Estas informações mais detalhadas sobre o comportamento transiente da válvula não são especificadas em normas e raramente são disponibilizadas pelos fabricantes. Uma caracterização detalhada do comportamento dinâmico da válvula de alívio é informação importante para a simulação computacional de transientes hidráulicos em dutos de líquido. Em particular, o comportamento dinâmico do coeficiente de descarga da válvula não é conhecido, sendo por vezes simplificadamente representado por dados obtidos em condições de regime permanente. No presente trabalho foi realizado um estudo detalhado do comportamento dinâmico de um modelo de válvula de alívio, com o objetivo de obter informações comparativas sobre o comportamento do coeficiente de descarga da válvula quando investigada sob condições de regime permanente e transiente rápido. Para isso, construiu-se um modelo de PRV transparente, permitindo a medição de campos instantâneos de escoamento em seu interior com a técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas em duas dimensões (PIV). Transdutores de pressão e deslocamento foram devidamente instalados de maneira a fornecer informações instantâneas sobre a queda de pressão e posição de abertura da válvula, com alta resolução temporal. O modelo da válvula transparente foi montado em um circuito fechado, no qual água era bombeada através de uma tubulação longa, passando pela PRV e por uma válvula de bloqueio com tempo de fechamento controlado eletronicamente, podendo produzir bloqueios súbitos no escoamento, com tempos na faixa de 4 ms a 3,5 s. Sistemas de controle foram especialmente desenvolvidos para sincronizar os eventos de bloqueio da válvula, disparo do laser do sistema PIV, aquisição de imagens e dados de pressão e deslocamento. Estes dados permitiram a determinação do valor instantâneo e de média de fase para o coeficiente de descarga da válvula de alívio de pressão no caso transiente. / [en] Pressure relief valves (PRVs) are important devices which guarantee the safe operation of liquid pipelines, being responsible for preserving the integrity of the duct in case a sudden flow blockage event occurs. The PRV s dynamic behavior, that is, its response time and discharge coefficient as a function of open fraction, can vary considerably depending on the nature and duration of the blockage event, on the valve s characteristics and on the duct length. This more detailed information on the valve s transient behavior is not specified in standards and is rarely made available by valve manufacturers. A detailed characterization of the valve s dynamic behavior is relevant information for the computational simulation of hydraulic transients in liquid pipelines. In particular, the dynamic behavior of the valve discharge coefficient is not known, being normally replaced by data obtained from tests under steady state conditions. In the present work, a detailed study was conducted using a valve model with the objective of obtaining comparative information on the valve discharge coefficient for steady and transient conditions. To this end, a transparent PRV model was constructed in order to allow for the use of the two-dimensional Particle Image Velocimetry technique (PIV) for measuring the instantaneous flow field inside the valve. Pressure and displacement transducers were employed to yield instantaneous information on the pressure drop and valve opening. The valve model was installed in a closed circuit where water was pumped through a long pipe, passing through the PRV and through the blockage valve that was capable of producing flow blockage events in the range of 4 ms to 3.5 s. Control systems were specially constructed to synchronize the events of valve blockage, PIV laser firing, and acquisition of pressure, and displacement data. These data allowed the determination of the instantaneous and phase-averaged values for the valve discharge coefficient.