Válvulas de Controle

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VVáálvulas de lvulas de 
ControleControle
Tipos de Atuadores PneumTipos de Atuadores Pneumááticosticos
DiretoDireto ReversoReverso
Válvula “ar-fecha” ou “ar-abre” depende do corpo da
válvula ou do atuador?
Ar-fecha x Ar-abre:
Ar-fecha – Fecha na presença de ar (sinal). Caso falte ar 
válvula abre
Ar-abre – Abre na presença de ar (sinal). Caso falte ar a 
válvula fecha
Lembrete: Não se utiliza válvula de controle para segurança
Controladores de aControladores de açção direta x aão direta x açção reversaão reversa
Ação direta: O sinal do controlador é proporcional à PV
Ex.: Quando a PV aumenta, o sinal de controle aumenta.
Ação reversa: O sinal do controlador é inversamente
proporcional à PV
Ex.: Quando a PV aumenta, o sinal de controle diminui.
ExemploExemplo
1) Se a válvula é ar-abre, o controlador deve ser ...
ATENÇÃO: O tipo de ação do controlador e o tipo da válvula
devem ser escolhidos adequadamente
Ação Direta
LIC
2) Se temos uma restrição de segurança que impõe que 
a válvula seja ar-fecha ���� Ação Inversa
Tipos de CasteloTipos de Castelo
Longo
Aletado
Com Foles 
de Selagem
Duplo 
Engaxetamento
Objetivo principal: Vedação ( impedir vazamento do fluido de processo)
(Baixas Temp.)
(Altas Temp.)
(Fluidos inflamáveis,
Tóxicos ou corrosivos/ 
Baixa Pressão)
(Fluidos inflamáveis,
Tóxicos ou corrosivos/ 
Alternativa para pressões
mais altas)
Tipos de CorpoTipos de Corpo Globo Sede SimplesGlobo Sede Simples
- Menor ∆P
- Estanque na posição fechada
- Corpo reversível (ar-abre/ar-fecha)
Tipos de CorpoTipos de Corpo Globo Sede DuplaGlobo Sede Dupla
- Maior ∆P
- Menor vedação
- Corpo reversível (ar-abre/ar-fecha)
Tipos de CorpoTipos de Corpo ÂnguloÂngulo
- Fluidos de alta viscosidade, pois não
possui locais para acúmulo de produto
- Melhor para trabalhar em cavitação,
pois a mesma ocorre mais afastada da
sede
CavitaCavitaççãoão
P
Posição
Pv
Pressão abaixo da pressão
de vapor do fluido � bolhas de vapor
Pressão volta a ficar acima da pressão de vapor �
colapso das bolhas de vapor � ruído, impacto
P a montante
P a jusante
Para verificar se a válvula irá cavitar:
∆Plimite=Cf2.(p1 – pv)
Cf – Fator crítico de vazão
p1 – Pressão a montante da válvula
pv– Pressão de vapor do fluido de processo
Se ∆P > ∆Plimite� Indica cavitação ou flashing� Fluxo Crítico
∆P < ∆Plimite� Fluxo Sub-crítico
P
P a montante
P a jusante Pv
P
P a montante
P a jusante Pv
Caso de Flashing
Caso de Cavitação
P
P a montante
P a jusante
Pv
Caso Limite
CavitaCavitaççãoão
Principais efeitos:
• Ruído e vibração 
• Danificação dos internos do equipamento
• Redução da vida útil do equipamento
Tipos de CorpoTipos de Corpo BorboletaBorboleta
- Baixo ∆P
- Altas vazões
Tipos de CorpoTipos de Corpo
Borboleta Borboleta 
FishFish TailTail
Note que o máximo requisito 
de torque é próximo ao 
torque de 60º. Assim, permite 
uma abertura maior do que 
as convencionais.
SaundersSaundersTipos de CorpoTipos de Corpo
- Sede com revestimento interno
( vidro, plástico, teflon, ...)
- Admite trabalho com líquidos
bastante corrosivos
Três ViasTrês ViasTipos de CorpoTipos de Corpo
Utilizadas para mistura ou divisão de fluxo
Tipos de CorpoTipos de Corpo
Corpo Corpo BiBi--partidopartido
CamflexCamflex
(Facilita manutenção)
Abertura Abertura 
RRáápidapida
Igual Igual 
PercentagemPercentagem
LinearLinear
AntiAnti--
cavitantecavitante
AntiAnti--
ruruíídodogaiolagaiola
Tipos de CorpoTipos de Corpo
PosicionadoresPosicionadores
Qual a função?
- Assegurar que a posição do obturador seja 
proporcional ao sinal de saída do controlador,
apesar de possíveis atritos existentes
Aplicações:
2) Split-range: controlar duas válvulas com um mesmo
controlador (Divide o range do controlador).
1) Garantir bom funcionamento da válvula.
P1 P2
(0 a 100%) (0 a 100%)
Controlador
3 a 15 psi
3 a 9 psi 9 a 15 psi
- Hoje em desuso
- Utilizamos dois controladores
DefiniDefiniççõesões
Cv – Coeficiente de vazão: É a capacidade a 60ºF em GPM de água que 
passará pela válvula quando a mesma estiver submetida a um ∆P igual a 
1psig. (Com o Cv é possível determinarmos o tamanho da válvula).
Características de Vazão: relação existente entre o percentual de
abertura da válvula e o respectivo percentual de vazão.
- São obtidas de acordo com a geometria da válvula
Obs.: Pode também ser obtida pelo posicionador.
Característica Inerente: Obtida em laboratório, para um ∆P constante para todas
as aberturas testadas.
Característica Instalada: É a característica apresentada pela válvula quando
instalada no sistema.
CaracterCaracteríísticas de Vazãosticas de Vazão
Linear:
Q = Y
Abertura Rápida:
Controle “On-off”
Igual Percentagem (=%):
Iguais incrementos percentuais na abertura
produzem iguais incrementos percentuais
na vazão
CaracterCaracteríística =%stica =%
Exemplo: Considerando uma válvula de abertura =%.
Se ela está 20% aberta e passa para 30%, corresponderá
a qual vazão, sabendo-se que a vazão (%) atual é 4%?
Solução:
30/20 = 1,5 (acréscimo de 50% na abertura)
Assim, a vazão atual será: Qatual= 4*1,5 = 6%
VálvulaSistema RR
VI
+
=
Para RVálvula << RSistema:
A válvula não controla nada
ControlabilidadeControlabilidade de vde váálvulas de controlelvulas de controle
Analogia:
R � Perda de carga
I � Vazão
Assim, para haver controlabilidade, deve
existir uma relação entre RVálvula e RSistema
Regras utilizadas para verificaRegras utilizadas para verificaçção da ão da 
queda de pressão atravqueda de pressão atravéés da vs da váálvulalvula
São regras empíricas conservadoras que determinam
como deve ser o ∆∆∆∆pv na vazão máxima para:
• Dar controlabilidade
• Garantir que a característica de vazão instalada seja próxima
à inerente
p1 = P1 - hf1 γ
p2 = P2 + hf2 γ + h γ
∆pv = p1 - p2 = P1 - P2 - (hf1 + hf2) γ - h γ
Para hf = (hf1 + hf2)
P1 = P2 + h γ + hf γ + ∆pv
1) C1) Cáálculo do lculo do ∆∆ppvv em Escoamento por Pressãoem Escoamento por Pressão
hf1, hf2 – Perda de carga na linha
p1 – Pressão a montante da válvula
p2 – Pressão a jusante da válvula
∆Pv (requerido) = 50% do ∆Pdin ou 10% P2 , o maior dos 
valores.
1) C1) Cáálculo do lculo do ∆∆ppvv em Escoamento por Pressãoem Escoamento por Pressão
P
QQmax
γ hf
P2 + γ h + γ hf
∆Pdin
∆Pv
P2 + γ h
P1
p1 = P1 - hf1 γ
p2 = P2 + hf2 γ + h γ
∆pv = p1 - p2 = P1 - P2 - (hf1 + hf2) γ - h γ
Para hf = (hf1 + hf2)
P1 = P2 + h γ + hf + γ ∆pv
2) C2) Cáálculo do lculo do ∆∆∆∆∆∆∆∆ppvv em eem escoamento usando scoamento usando 
bomba centrbomba centríífugafuga
2) C2) Cáálculo do lculo do ∆∆∆∆∆∆∆∆ppvv em eem escoamento usando scoamento usando 
bomba centrbomba centríífugafuga
∆P
v (requerido) = 33% do ∆Pdin ou 15 psi, o maior 
dos valores.
P
QQmax
γ hf
P2 + γ h + γ hf
∆Pdin
∆Pv
P2 + γ h
P1
DistorDistorçção da Caracterão da Caracteríística de Vazãostica de Vazão
Distorções na característica de 
vazão desejada, caso:
∆∆∆∆pv < ∆∆∆∆pv(requerido)
Ex.: Colocando ∆pv 30% do ∆pv(requerido)
acabamos tendendo para uma 
característica de abertura rápida,
quando queríamos característica de =%.
CÁLCULO DO DIFERENCIAL DE PRESSÃO 
NA VAZÃO MÁXIMA
FINALIDADES: 
• Dar controlabilidade
• Garantir característica de vazão escolhida para o processo
• Usar no cálculo do CVMÁX� determinar o tamanho da válvula
DimensionamentoDimensionamento Rotina de Dimensionamento:Rotina de Dimensionamento:
OBS.: Dimensionar uma válvula é determinar o seu Cv 
CCáálculo do Clculo do Cv v para lpara lííquidos quidos 
Para fluxo sub-crítico ( ∆P < Cf2 .∆Ps ):
Para fluxo crítico ( ∆P ≥ Cf2 .∆Ps ):
Onde: q – Vazão volumétrica (m3/h)
SpGr – (Specific Gravity) Densidade relativa do líquido (água = 1,0 a 15ºC)
P1 – Pressão de entrada ( bar a)
P2 – Pressão de saída ( bar a)
∆∆∆∆Pv – P1 - P2 ( bar a)
Pc – Pressão no ponto crítico termodinâmico ( bar a)
v
v
∆P
SpGr1,16.q.C =
limitef
v
∆P
SpGr
.
C
1,16.qC =













−−
<−
=
v
c
v P
P
P
..28,096,0P
0,5.PP se ,PP
∆P
1
1vv1
s
106,0
45,20
851,0
9,0
448,0.16,1
.16,1 ==
∆
=
P
GSQC rpv
Dados:
Flúido: óleo combustível
Qmáx. = 0,448 m3/h P1 = 26 bar a P2 = 1 bar a 
Pv = 0,75 bar a, SpGr = 0,851, nas condições de operação
Válvula escolhida: globo, Cf = 0,9
Resolução:
1) Cálculo do ∆Plimite= Cf 2 (P1 -Pv) = 0,92 (25,25) = 20,45 bar a
1) Tipo de Escoamento: ∆P = (P1 - P2) = 26 - 1 = 25 bar a
∆P > ∆Plimite.⇒ Fluxo Crítico � Irá cavitar, pois P2 > Pv.
3) Cálculo do Cv:
CCáálculo do Clculo do Cv v para lpara lííquidos quidos -- ExemploExemplo
Devemos escolher um Cv maior ou igual ao Cv calculado, determinando, 
assim, o tamanho da válvula. Podemos deixar uma folga, escolhendo uma 
válvula com Cv ligeiramente maior.
CCáálculo do Clculo do Cv v para Gases para Gases 
).(∆P
SpGr.T
.
295
qC
21v
v PP +
=
1f
v
.PC
SpGr.T
.
295
qC =
Onde: T é temperatura do escoamento (K)
Para fluxo sub-crítico ( ∆P < Cf 2 .∆Ps ):
Para fluxo crítico ( ∆P ≥ Cf2 .∆Ps ):













−−
<−
=
v
c
v P
P
P
..28,096,0P
0,5.PP se ,PP
∆P
1
1vv1
s