Prévia do material em texto

Válvulas de Controle 
e Segurança 
 
 
5a. edição (Revista) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Marco Antônio Ribeiro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Válvulas de Controle e 
Segurança 
 
 
 
5a. edição 
 
 
 
Marco Antônio Ribeiro 
 
 
 
 
Dedicado a Elvira Barbosa, a doutora 
 
 
 
 
 
Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se 
claramente e de modo compreensível. Quem se exprime de modo obscuro e 
pretensioso mostra logo que não entende muito bem o assunto em questão, ou 
então, que tem razão para evitar falar claramente. (Rosa Luxemburg) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ó Tek, 1991, 1993, 1995, 1999 
Salvador, BA, Primavera 1999 
 
 
Prefácio 
 
 
Os fabricantes de válvulas geralmente fornecem literatura técnica suficiente acerca 
das válvulas de controle, porém, sem um conhecimento dos conceitos básicos de 
vazão, controle, rangeabilidade, característica, é difícil interpretar ou utilizar 
corretamente tais informações. 
Este trabalho é apresentado de um modo muito conciso para rápida referência. Os 
detalhes dos equipamentos, os circuitos, as equações matemáticas, os cálculos 
teóricos não são mostrados e são disponíveis na literatura dos fabricantes. 
Procurou-se enfatizar os aspectos de controle da válvula e seu comportamento na 
malha de controle. O autor vê uma grande semelhança entre um sistema de áudio e 
um de controle. No Brasil, hoje há um grande desenvolvimento de instrumentação 
eletrônica digital para uso na sala de controle, com o uso intensivo e extensivo de 
microprocessadores, dando-se pouca importância ao elemento final de controle. É 
algo parecido com os sistemas de áudio, onde são disponíveis amplificadores de 
potência cada vez mais potentes, tocadores de disco a laser, sintonizadores digitais, 
mas pouca coisa é feita em relação às caixas acústicas. As válvulas de controle, 
como as caixas acústicas, parecem que não fazem parte do sistema; nem são 
consideradas instrumentos. 
O ponto colocado é: não adianta estratégia de controle avançada, algoritmos 
digitais, otimização do controle se a prosaica válvula de controle não foi escolhida, 
dimensionada, instalada e mantida adequadamente. 
O objetivo deste trabalho é o de fornecer os conceitos básicos e mais importantes 
para o engenheiro ou técnico envolvido na aplicação, seleção, especificação, 
dimensionamento, instalação e manutenção de qualquer tipo de válvula de controle. 
As sugestões, as criticas destrutivas e as correções são bem-vindas, desde que 
tenham o objetivo de tornar mais claro e entendido o assunto. Escrever para o autor 
no endereço: Rua Carmem Miranda 52, A 903, CEP 41 820-230, Salvador, BA, pelo 
telefone (0xx71) 452-3195, pelo Fax (0xx71) 452.4286 ou pelo e-mail 
marcotek@uol.com.br 
 
 
Marco Antonio Ribeiro 
Salvador, Outono 2003 
 
 
 
Autor 
 
 
 
 
 
 
Marco Antônio Ribeiro se formou no ITA, em 1969, em Engenharia de 
Eletrônica blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, 
blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, 
blablablá, blablablá. 
Durante quase 14 anos foi Gerente Regional da Foxboro, em Salvador, BA, 
período da implantação do pólo petroquímico de Camaçari blablablá, blablablá, 
blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, 
blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá. 
Fez vários cursos nos Estados Unidos e na Argentina e possui dezenas de 
artigos publicados nas áreas de Instrumentação, Controle de Processo, 
Automação, Segurança, Vazão e Metrologia e Incerteza na Medição blablablá, 
blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, 
blablablá, blablablá. 
Desde 1987, é diretor da Tek Treinamento & Consultoria Ltda. blablablá, 
blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, 
blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, firma que presta 
serviços nas áreas de Instrumentação e Controle de Processo. 
 
 
 
 i 
Válvulas de Controle 
Conteúdo 
 
 
1. CONSTRUÇÃO 1 
Objetivos de Ensino 1 
1. Introdução 1 
1.1. Válvula no Processo Industrial 1 
1.2. Definição de Válvula de Controle 1 
1.3. Elemento Final de Controle 2 
1.4. Funções da Válvula de Controle 3 
2. Corpo 4 
2.1. Conceito 4 
2.2. Elemento de controle 4 
2.3. Sede 5 
2.4. Plug 5 
2.5. Materiais 5 
2.6. Conexões Terminais 7 
2.7. Entradas e Saída 9 
3. Castelo 10 
3.1. Conceito 10 
3.2. Tipos de castelos 10 
3.3. Aplicações especiais 11 
4. Métodos de Selagem 11 
4.1. Vazamentos 12 
4.2. Vazamento entre entrada e saída 12 
5. Atuador 13 
5.1. Operação Manual ou Automática 13 
5.2. Atuador Pneumático 14 
5.3. Ação do Atuador 14 
5.4. Escolha da Ação 15 
5.5. Forças atuantes 16 
5.6. Mudança da Ação 16 
5.7. Dimensionamento do Atuador 16 
5.8. Atuador e Outro Elemento Final 17 
2. DESEMPENHO 19 
Objetivos de Ensino 19 
1. Aplicação da Válvula 19 
1.1. Introdução 19 
1.2. Dados do Processo 19 
1.3. Desempenho da Válvula 20 
2. Característica da Válvula 20 
2.1. Conceito 20 
2.2. Características da Válvula e do Processo20 
2.3. Relações Matemáticas 21 
2.4. Característica de Igual Percentagem 21 
2.5. Característica Linear 22 
2.6. Característica de Abertura Rápida 23 
2.7. Característica Instalada 23 
2.8. Escolha da Característica 24 
2.9. Linearização da Característica 25 
2.10. Vazão do Corpo 26 
2.11. Coeficiente de Resistência K 26 
2.12. Coeficiente de Descarga 28 
2.13. Resistência Hidráulica 28 
3. Rangeabilidade 28 
4. Controle da Válvula 29 
4.1. Ganho 29 
4.2. Dinâmica 30 
4.3. Controlabilidade da Válvula 31 
5. Vedação e Estanqueidade 32 
5.1. Classificação 32 
Vazamento 33 
5.2. Vazamento 33 
5.3. Válvulas de Bloqueio 33 
Conteúdo 
 ii 
3. APLICAÇÕES 34 
Objetivos 34 
1. Dados do Processo 34 
1.1. Coleta de dados 34 
1.2. Condições de Operação 35 
1.3. Distúrbios 36 
1.4. Tempo de resposta 37 
1.5. Tubulação 37 
1.6. Fatores ambientais 38 
1.7. Documentação 38 
1.8. Normas e Especificações 38 
2. Válvula para Líquidos 39 
2.1. Vazão ideal através de uma restrição 
ideal 39 
2.2. Vazão através da válvula 40 
2.3. Tubulação não padrão 41 
3. Válvula para Gases 44 
3.1. Fluidos Compressíveis 44 
3.2. Fator de expansão 45 
3.3. Relação dos calores específicos 45 
3.4. Fator de compressibilidade 45 
4. DIMENSIONAMENTO 47 
Objetivos de Ensino 47 
1. Introdução 47 
2. Coeficiente de vazão 48 
2.1. Introdução 48 
2.2. Dados para o cálculo 48 
2.3. Uso das equações ISA 48 
3. Queda de Pressão na Válvula 49 
3.1. Introdução 49 
3.2. Recomendações 50 
3.3. Queda de pressão e vazão 50 
3.4. Queda de pressão 51 
4. Roteiro de dimensionamento 53 
4.1. Vazão através da válvula 53 
5. Válvula para líquidos 53 
5.1. Líquido 53 
5.2. Fatores de correção 53 
5.3. Exemplo 1 56 
Dados do processo 56 
Solução 56 
6. Válvulas para gases e vapores 57 
6.1. Gases e líquidos 57 
6.2. Equações de dimensionamento 57 
6.3. Vazão crítica ou chocada 57 
6.4. Fator da relação dos calores específicos58 
6.5. Fator de expansão Y 58 
6.6. Fator de compressibilidade Z 58 
6.7 Ruído na válvula 58 
6.8. Exemplo 2 59 
Dados do processo 59 
Solução 59 
6. Curso da válvula 60 
7. Considerações Adicionais 60 
ISA S75.01-1985 (1995): 
EQUAÇÕES DE VAZÃO PARA 
DIMENSIONAR VÁLVULAS DE 
CONTROLE 61 
1. Escopo 61 
2. Introdução 61 
3. Nomenclatura 62 
4. Fluido incompressível – vazão de líquido 
não volátil 64 
4.1. Equações para vazão turbulenta 64 
4.2. Constantes numéricas 64 
4.3. Fator de geometria da tubulação 64 
4.4. Equações para vazão não turbulenta 655. Fluido incompressível – vazão chocada de 
líquido volátil 66 
5.1. Equações para vazão chocada de líquido66 
5.2. Fator de recuperação de pressão do 
líquido, FL 67 
5.3. Fator de recuperação de pressão 
combinado do líquido, FLP 67 
6. Fluido compressível – vazão de gás e 
vapor 67 
6.1. Equações para vazão turbulenta 68 
6.2. Constantes numéricas 68 
6.3. Fator de expansão Y 69 
6.4. Vazão chocada 69 
6.5. Fator de relação de queda de pressão, xT69 
6.5. Fator de relação de queda de pressão 
com redutores ou outras conexões, xTP 69 
6.7. Fator de relação dos calores específicos, 
Fk 70 
6.8. Fator de compressibilidade, Z 70 
Conteúdo 
 iii 
Apêndice A – uso das equações de 
vazão para dimensionamento de 
válvulas 71 
Apêndice B - derivação dos fatores 
Fp e Flp 72 
Apêndice C - variações de pressão 
no sistema válvula de controle e 
tubulação 74 
Apêndice D: valores 
representativos dos fatores de 
capacidade da válvula 76 
Apêndice E: fator do número de 
Reynolds 77 
Determinação do coeficiente de vazão 
requerido (Seleção do tamanho da válvula) 77 
Previsão da vazão 78 
Previsão da queda de pressão 78 
Apêndice F: equações para vazão 
de líquido não turbulenta 80 
Problema 1. 81 
Problema 2 81 
Problema 3 82 
Apêndice G: fator de relação de 
pressão crítica do líquido, FF 83 
Apêndice H: derivação de xt 84 
Apêndice I: equações da vazão da 
válvula de controle - Notação SI 85 
Equações para líquido 85 
Equações para gás e vapor 86 
Apêndice J: referências 87 
International Electrotechnical 
Commmission (IEC) 87 
ISA 87 
5. RUÍDO E CAVITAÇÃO 88 
Objetivos de Ensino 88 
1. Ouvido humano 88 
2. Som e ruído 89 
3. Ruído da Válvula 89 
Vibração mecânica 90 
Ruído hidrodinâmico 90 
Ruído aerodinâmico 91 
4. Controle do Ruído 92 
Tratamento do caminho 92 
Tratamento da fonte 93 
5. Previsão do ruído da válvula 94 
Cálculo da ruído na válvula 94 
Exemplos de cálculo de ruído 95 
6. Cavitação 99 
6.1. Geral 99 
1.2. Cavitação na válvula 100 
4. Velocidade do fluido na válvula 102 
4.1. Introdução 102 
4.2. Projeto do trim 103 
4.3. Erosão por cavitação 103 
4.4. Erosão por abrasão 103 
4.5. Ruído 103 
4.6. Vibração 104 
3. Golpe de Aríete 104 
6. INSTALAÇÃO 106 
Objetivos de Ensino 106 
1. Instalação da Válvula 106 
1.1. Introdução 106 
1.2. Localização da Válvula 106 
1.3. Cuidados Antes da Instalação 106 
1.4. Alívio das Tensões da Tubulação 107 
1.5. Redutores 107 
1.6. Instalação da Válvula 107 
1.7. Válvula Rosqueada 107 
1.8. Válvula Flangeada 108 
2. Acessórios e Miscelânea 108 
2.1. Operador Manual 108 
2.2. Posicionador 109 
2.3. Booster 110 
2.4. Chaves fim de curso 111 
2.5. Conjunto Filtro Regulador 111 
2.6. Transdutor Corrente para Ar 112 
2.7. Relés de Inversão e de Relação 112 
Conteúdo 
 iv 
3. Tubulação 113 
3.1. Classificação dos Tubos 113 
3.2. Diâmetros dos Tubos 114 
3.3. Espessuras Comerciais 114 
3.4. Aplicações dos Tubos 114 
3.5. Conexões 115 
3.6. Velocidade dos Fluidos 115 
3.7. Dimensionamento da Tubulação 116 
3.8. Válvula com Redução e Expansão 116 
7. CALIBRAÇÃO, AJUSTE E 
MANUTENÇÃO 118 
1. Calibração e Ajuste 118 
1.1. Ajuste de Bancada 118 
1.2. Ajuste do Curso da Válvula 119 
1.3. Calibração do Posicionador 120 
1.4. Montagem e Desmontagem 122 
2. Manutenção 123 
2.1. Conceitos gerais 123 
2.2. Procedimento típico de manutenção 123 
3. Pesquisa de Defeitos (Troubleshooting) 124 
3.1. Erosão do corpo e dos internos 124 
3.2. Vazamento entre sede e obturador 124 
3.3. Vazamento entre anel da sede e o corpo124 
3.4. Vazamento na caixa de gaxetas 124 
3.5. Desgaste da haste 125 
3.6. Vazamento entre castelo e corpo 125 
3.7. Haste quebrada ou conexão da haste 
quebrada 125 
3.8. Vazamento excessivo através do selo do 
pistão 125 
3.9. Válvula não responde ao sinal 125 
3.10. Válvula não atende o curso total 126 
3.11. Curso da válvula lento e atrasado 126 
8. TIPOS DE VÁLVULAS 130 
Objetivos de Ensino 130 
1. Parâmetros de Seleção 130 
1.1. Aplicação da Válvula 130 
1.2. Função da Válvula 131 
1.3. Fluido do Processo 131 
1.4. Perdas de Carga 131 
1.5. Condições de Operação 131 
1.6. Vedação 131 
1.7. Materiais de Construção 132 
1.8. Elemento de Controle da Vazão 132 
2. Tipos de Válvulas 133 
3. Válvula Gaveta 135 
3.1. Válvula Gaveta 136 
3.2. Custo 136 
3.3. Característica de vazão 136 
3.4. Descrição 136 
3.5. Vantagens 137 
3.6. Desvantagens 137 
3.7. Aplicações 138 
4. Válvula Esfera 139 
4.1. Válvula Esfera 140 
4.2. Custo 140 
4.3. Característica 140 
4.4. Descrição 141 
4.5. Vantagens 142 
4.6. Desvantagens 143 
4.7. Aplicações 143 
5. Válvula Borboleta 144 
5.1. Válvula Borboleta 145 
5.2. Custo 145 
5.3. Característica 145 
5.4. Descrição 146 
5.5. Vantagens 147 
5.6. Desvantagens 147 
5.7. Aplicações 147 
5.8. Supressão do ruído 147 
5.9. Válvula Swing 148 
6. Válvula Globo 149 
6.1. Válvula Globo 150 
6.2. Custo 150 
6.3. Característica 151 
6.4. Descrição 151 
6.4. Trim 152 
6.5. Haste 153 
6.6. Castelo 153 
6.7. Corpo 155 
6.8. Conexões 158 
6.9. Materiais de construção 158 
6.10. Vantagens 159 
6.11. Desvantagens 159 
6.12. Aplicações 159 
7. Válvula Diafragma 160 
7.1. Introdução 161 
7.2. Custo 161 
7.3. Característica 161 
7.1. Descrição 161 
7.4. Vantagens 162 
7.5. Desvantagens 162 
7.6. Aplicações 162 
7.7. Válvula Pinch 162 
Conteúdo 
 v 
8. Válvula Macho (Plug Furado) 163 
8.1. Válvula Macho (Plug) 164 
8.2. Custo 164 
8.3. Característica 164 
8.4. Descrição 165 
8.5. Vantagens 165 
8.6. Desvantagens 165 
8.7. Aplicação 165 
9. VÁLVULAS ESPECIAIS 166 
Objetivos de Ensino 166 
1. Introdução 166 
2. Válvula de Retenção 166 
2.1. Conceito 166 
2.2. Válvula de Retenção a Portinhola 166 
2.3. Válvula a Levantamento 167 
2.4. Válvula de Retenção Tipo Esfera 168 
2.6. Válvula de Retenção e Bloqueio 168 
2.7. Aplicações 168 
3. Válvula de retenção de excesso de vazão169 
4. Válvula Auto-Regulada 171 
4.1. Conceito 171 
4.2. Vantagens do Regulador 172 
4.3. Desvantagens do Regulador 172 
4.4. Regulador de Pressão 172 
4.5. Regulador de Temperatura 174 
4.6. Regulador de Nível 174 
4.7. Regulador de Vazão 176 
5. Válvula Redutora de Pressão 176 
5.1. Conceito 176 
5.2. Precisão da Regulação 177 
5.3. Sensibilidade 177 
5.4. Seleção da Válvula Redutora de Pressão177 
5.5. Instalação 177 
5.6. Operação 178 
5.7. Manutenção 178 
6. Válvula Solenóide 179 
6.1. Solenóide 179 
6.2. Válvula Solenóide 179 
6.3. Operação e Ação 179 
6.4. Invólucros da Solenóide 180 
10. VÁLVULA DE ALÍVIO E 
SEGURANÇA 182 
1. Princípios básicos 182 
1.1. Introdução 182 
1.2. Objetivo 182 
1.3. Terminologia 183 
1.4. Normas 185 
2. Projeto e Construção 187 
2.1. Princípio de Operação 187 
2.2. Válvula com mola 187 
2.4. Válvulas com piloto 190 
2.5. Operação prática 191 
3. Dimensionamento 196 
3.1. Introdução 196 
4. Sobrepressão e Alívio 198 
4.1. Introdução 198 
4.2. Condições de Fogo 199 
4.3. Fatores ambientais 201 
4.4. Condições de processo 202 
5. Instalação 205 
5.1. Introdução 205 
5.2. Metodologia 206 
5.3. Aplicação no Reator 209 
5.4. Práticas de instalação 210 
5.5. ASME Unfired Pressure Vessel Code 213 
11. TERMINOLOGIA 216 
1.Escopo 216 
2. Classificação 216 
Ação 219 
Acessório 219 
Altura de velocidade (velocity head) 220 
Amortecedor (Snubber) 220 
AOV 220 
ARC 220 
Atuador 220 
Automática 221 
Av 221 
Backlash 221 
Back Pressurre (contrapressão) 221 
Banda morta 221 
Bench Set 221 
Blowdown 221 
Bomba 221 
Booster, Relé booster de sinal 222 
Bucha (Gaxeta) 222 
Bypass 222 
Calor específico 222 
Capacidade de vazão 222 
Conteúdo 
 vi 
Característica da vazão 223 
Carga viva 223 
Castelo 223 
Cavidadedo corpo 224 
Cavitação 224 
Chave 225 
Ciclos da vida 225 
Cilindro 225 
Classe ANSI (American National Standards 
Institute) 226 
Coeficiente de Bernoulli 226 
Coeficiente de descarga 226 
Coeficiente de resistência 226 
Coeficiente de vazão (CV ) 226 
Compressível e lncompressível 226 
Compressor 226 
Conexão terminal 226 
Corpo 227 
Curso (travel, stroke) 227 
Desbalanceada, Dinâmica 228 
Desbalanceada, Estática 228 
Diafragma 228 
Disco 228 
Disco de Ruptura 229 
Distúrbio 229 
Drift (desvio) 229 
Eixo 229 
Elemento de Fechamento 229 
Elemento final de controle 230 
Emperramento (stiction) 230 
Entrada 230 
Equipamento Adjacente 230 
Equipamento Auxiliar 230 
Estados correspondentes 230 
Exatidão (accuracy) 231 
Falha 231 
Fator de compressibilidade 231 
Fator de Recuperação da Pressão (FL) 231 
Fechamento na extremidade morta 231 
Fim de curso mecânico 231 
Flacheamento (Flashing) 231 
Flange 232 
Gaiola 232 
Ganho da válvula de controle 232 
Gás ideal 232 
Gaxeta 232 
Golpe de Aríete 232 
Guia 232 
Haste 233 
Histerese 233 
Indicador do curso 233 
Kv 233 
Lift 233 
Linearidade 233 
Manual 233 
Modulação 234 
MOV 234 
Número de Reynolds 234 
Obturador 234 
Orifício de Controle da Vazão 234 
OSHA 234 
Override do sinal 234 
Pedestal (yoke) 234 
Pistão 234 
Plaqueta de dados 235 
Posicionador 235 
Precisão (precision) 235 
Pressão 236 
Queda de pressão 236 
Rangeabilidade da válvula 237 
Recuperação 237 
Redutor e Expansão 237 
Resistência Hidráulica 238 
Resolução 238 
Rosca 238 
Rotatória 238 
Ruído 238 
Schedule da Tubulação 238 
Sede 238 
Selos da Haste 239 
Sensitividade 239 
Sobrepressão 239 
Suprimento 239 
Temperatura crítica 240 
Tempo de curso 240 
Transdutor 240 
Trim 240 
Troubleshooting 241 
3. Tubulação 241 
Válvula 241 
Válvula de pé (Foot valve) 245 
Vazão 246 
Vazamento (leakage) 247 
Via (port) 247 
Vedação 247 
Vena contracta 248 
Volante (handwheel) 248 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 249 
 
 
 
 
 
 
 1 
1. Construção 
 
 
 
 
Objetivos de Ensino 
1. Mostrar as principais funções da 
válvula na indústria de processo. 
2. Listar as principais sociedades 
técnicas e associações que 
elaboram e distribuem normas sobre 
válvulas. 
3. Apresentar as funções da válvula de 
controle na malha de controle do 
processo. 
4. Descrever fisicamente as partes 
constituintes da válvula de controle 
típica. 
5. Mostrar todos os tipos disponíveis 
de castelo da válvula. 
6. Apresentar as características e 
aplicações dos principais atuadores 
de válvula. 
1. Introdução 
1.1. Válvula no Processo Industrial 
Aproximadamente 5% dos custos totais 
de uma indústria de processo químico se 
referem à compra de válvulas. Em termos 
de número de unidades, as válvulas perdem 
apenas para as conexões de tubulação. É 
um mercado estável de aproximadamente 
US$ 2 bilhões por ano. 
As válvulas são usadas em tubulações, 
entradas e saídas de vasos e de tanques 
em várias aplicações diferentes; as 
principais são as seguintes: 
1. serviço de liga-desliga 
2. serviço de controle proporcional 
3. prevenção de vazão reversa 
4. controle e alivio de pressão 
5. especiais: 
a) controle de vazão direcional 
b) serviço de amostragem 
c) limitação de vazão 
d) selagem de saídas de vasos 
De todas estas aplicações, a mais 
comum e importante se relaciona com o 
controle automático e contínuo do processo. 
1.2. Definição de Válvula de Controle 
Várias entidades e comitês de normas já 
tentaram definir válvula de controle, mas 
nenhuma definição é aceita universalmente. 
Algumas definições exigem que a válvula de 
controle tenha um atuador acionado 
externamente. Por esta definição, a válvula 
reguladora auto-atuada pela própria energia 
do fluido manipulado não é considerada 
válvula de controle mas inclui válvula 
solenóide e outras válvulas liga-desliga. 
É polêmico considerar uma válvula liga-
desliga como de controle, pois algumas 
definições determinam que a válvula de 
controle seja capaz de abrir, fechar e 
modular (ficar em qualquer posição 
intermediária), mas nem toda válvula de 
controle é capaz de prover vedação 
completa. Não há consenso do valor do 
vazamento que desqualifica uma válvula de 
controle. 
Outra definição de válvula de controle 
estabelece que o sinal para o atuador da 
válvula venha de um controlador 
automático. Porém, é aceito que o sinal de 
atuação da válvula pode vir de controlador, 
estação manual, solenóide piloto ou que a 
válvula seja também atuada manualmente. 
Certamente, não há um limite claro entre 
uma válvula de controle e uma válvula de 
bloqueio com um atuador. Embora a válvula 
de bloqueio não seja usada para trabalhar 
em posição intermediária e a válvula de 
controle não seja apropriada para dar 
vedação total, algumas válvulas de bloqueio 
Construção 
 2 
podem modular e algumas válvulas de 
controle podem vedar. Mesmo assim, há um 
enfoque diferente para as duas válvulas, de 
bloqueio e de controle. A válvula de controle 
é projetada e construída para operar 
modulando de modo contínuo e confiável 
com um mínimo de histerese e atrito no 
engaxetamento da haste. A vedação total é 
apenas uma opção extra. A válvula de 
bloqueio é projetada e construída para 
operar ocasional ou periodicamente. O selo 
da haste não precisa ser tão elaborado 
como o da válvula de controle. Atrito, 
histerese e guia da haste são de pouca 
importância para a válvula de bloqueio e 
muito importantes para a de controle. 
As equações de vazão de uma válvula de 
controle se aplicam igualmente a uma 
válvula manual, porém há também enfoques 
diferentes no projeto das duas válvulas. A 
válvula solenóide não é considerada válvula 
de controle contínuo, mas um acessório. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.1. Válvula de controle (Fisher) 
 
1.3. Elemento Final de Controle 
A malha de controle a realimentação 
negativa possui um elemento sensor, um 
controlador e um elemento final de controle. 
O sensor ou o transmissor envia o sinal de 
medição para o controlador, que o recebe e 
o compara com um ponto de ajuste e gera 
um sinal de saída para atuar no elemento 
final de controle. O elemento final de 
controle manipula uma variável, que influi na 
variável controlada, levando-a para valor 
igual ou próximo do ponto de ajuste. 
Por analogia ao corpo humano, pode-se 
dizer que o elemento sensor da malha de 
controle é o nervo, o controlador funciona 
como o cérebro e a válvula constitui o 
músculo. 
O controle pode ser automático ou 
manual. O controle manual pode ser remoto 
ou local. A válvula de controle abre e fecha 
a passagem interna do fluido, de 
conformidade com um sinal de controle. 
Quando o sinal de controle é proveniente de 
um controlador, tem-se o controle 
automático da válvula. Quando o sinal de 
controle é gerado manualmente pelo 
operador de processo, através de uma 
estação manual de controle, tem-se o 
controle manual remoto. Na atual manual 
local, o operador atua diretamente no 
volante da válvula. 
Há vários modos de manipular as vazões 
de materiais e de energia que entram e 
saem do processo; por exemplo, por 
bombas com velocidade variável, bombas 
dosadoras, esteiras, motor de passo porém, 
o modo mais simples é por meio da válvula 
de controle. 
O controle pode ser feito de modo 
continuo ou liga-desliga. Na filosofia 
continua ou analógica, a válvula pode 
assumir, de modo estável, as infinitas 
posições entre totalmente fechada e 
totalmente aberta. Na filosofia digital ou liga-
desliga, a válvula só fica em duas posições 
discretas: ou totalmente fechada ou 
totalmente aberta. O resultado do controle é 
menos satisfatório que o obtido com o 
controle proporcional, porém, tal controle 
pode ser realizadoatravés de chaves 
manuais, chaves comandadas por pressão 
(pressostato), temperatura (termostato), 
Construção 
 3 
nível, vazão ou controladores mais simples. 
Neste caso, a válvula mais usada é a 
solenóide, atuada por uma bobina elétrica. 
O sinal de controle que chega ao atuador 
da válvula pode ser pneumático ou 
eletrônico. A válvula de controle com 
atuador pneumático é o elemento final de 
controle da maioria absoluta das malhas. 
Mesmo com o uso cada vez mais intensivo e 
extensivo da instrumentação eletrônica, 
analógica ou digital, a válvula com atuador 
pneumático ainda é o elemento final mais 
aplicado. Ainda não se projetou e construiu 
algo mais simples, confiável, econômico e 
eficiente que a válvula com atuador 
pneumático. Ela é mais usada que as 
bombas dosadoras, alavancas, hélices, 
basculantes, motores de passo e atuadores 
eletromecânicos. 
Há quem considere o elemento final de 
controle o gargalo ou o elo mais fraco do 
sistema de controle. Porém, as exigências 
do processo químico são plenamente 
satisfeitas com o desempenho da válvula 
com atuador pneumático. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.2. Malha de controle com válvula 
 
1.4. Funções da Válvula de Controle 
Uma válvula de controle deve: 
1. Conter o fluido do processo, suportando 
todos os rigores das condições de 
operação. Como o fluido do processo 
passa dentro da válvula, ela deve ter 
características mecânicas e químicas 
para resistir à pressão, temperatura, 
corrosão, erosão, sujeira e 
contaminantes do fluido. 
2. Responder ao sinal de atuação do 
controlador. O sinal padrão é aplicado 
ao atuador da válvula, que o converte 
em uma força, que movimenta a haste, 
em cuja extremidade inferior está o 
obturador, que varia a área de 
passagem do fluido pela válvula. 
3. Variar a área de passagem do fluido 
manipulado. A válvula de controle 
manipula a vazão do meio de controle, 
pela alteração de sua abertura, para 
atender as necessidades do processo. 
4. Absorver a queda variável da pressão 
da linha, para compensar as variações 
de pressão a montante ou a jusante 
dela. Em todo o processo, a válvula é o 
único equipamento que pode fornecer 
ou absorver uma queda de pressão 
controlável. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.3. Símbolos de uma malha de controle 
 
 
A válvula de controle age como uma 
restrição variável na tubulação do processo. 
Alterando a sua abertura, ela varia a 
resistência à vazão e como conseqüência, a 
própria vazão. A válvula de controle está 
ajustando a vazão, continuamente, 
(throttling). 
Depois de instalada na tubulação e 
para poder desempenhar todas as funções 
requeridas à válvula de controle deve ter 
corpo, atuador e castelo. Adicionalmente, 
ela pode ter acessórios opcionais que 
facilitam e otimizam o seu desempenho, 
como posicionador, booster, chaves, 
volantes, transdutores e relé de inversão. 
Atualmente já são comercialmente 
disponíveis válvulas inteligentes de 
controle, baseadas em microprocessadores. 
XIC 
XT 
XV 
XE 
XY 
Construção 
 4 
O projeto incorpora em um único 
instrumento a válvula, atuador, controlador, 
alarmes e as portas de comunicação digital. 
As interfaces de comunicação incluem duas 
portas serial, RS-422, para ligação com 
computador digital; Várias (até 16) válvulas 
podem ser ligadas ao computador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.1.4. Válvula com corpo, castelo e atuador 
2. Corpo 
2.1. Conceito 
O corpo ou carcaça é a parte da 
válvula que é ligada à tubulação e que 
contem o orifício variável da passagem do 
fluido. O corpo da válvula de controle é 
essencialmente um vaso de pressão, com 
uma ou duas sedes, onde se assenta o plug 
(obturador), que está na extremidade da 
haste, que é acionada pelo atuador 
pneumático. A posição relativa entre o 
obturador e a sede, modulada pelo sinal 
que vem do controlador, determina o valor 
da vazão do fluido que passa pelo corpo da 
válvula, variando a queda de pressão 
através da válvula. 
No corpo estão incluídos a sede, 
obturador, haste, guia da haste, 
engaxetamento e selagem de vedação. 
Chama-se trim todas as partes da válvula 
que estão em contato com o fluido do 
processo ou partes molhadas, exceto o 
corpo, castelo, flanges e gaxetas. Em uma 
válvula tipo globo, o trim inclui haste, 
obturador, assento, guias, gaiola e buchas. 
Em válvulas rotatórias, o trim inclui o 
membro de fechamento, assento, haste, 
suportes e gaxetas. Assim, o trim da válvula 
está relacionado com: 
1. abertura, fechamento e modulação da 
vazão 
2. característica da válvula (relação entre a 
abertura e a vazão que passa através 
da válvula) 
3. capacidade de vazão (Cv) da válvula 
4. diminuição das forças indesejáveis na 
válvula, como as que se opõem ao 
atuador, as que tendem a girar ou vibrar 
as peças ou as que impõem pesadas 
cargas nos guias e suportes 
5. fatores para minimizar os efeitos da 
erosão, cavitação, flacheamento 
(flashing) e corrosão. 
2.2. Elemento de controle 
As válvulas podem ser classificadas em 
dois tipos gerais, baseados no movimento 
do dispositivo de fechamento e abertura da 
válvula: 
1. deslocamento linear 
2. rotação angular 
 
 
 
 
Fig. 1.5. Válvula globo com movimento linear do 
elemento de controle (haste) 
 
 
A válvula com elemento linear possui um 
obturador (plug) preso a uma haste que se 
desloca linearmente em uma cavidade 
variando a área de passagem da válvula. 
Construção 
 5 
Esta cavidade se chama sede da válvula. A 
válvula globo é um exemplo clássico de 
válvula com deslocamento linear. 
 
A válvula com elemento rotativo possui 
uma haste ou disco que gira em torno de um 
eixo, variando a passagem da válvula. A 
válvula borboleta e a esfera são exemplos 
de válvulas com elemento rotativo. 
 
 
 
Fig. 1.6. Válvula borboleta com movimento rotativo do 
elemento de controle (haste) 
 
2.3. Sede 
A sede da válvula é onde se assenta o 
obturador. A posição relativa entre o 
obturador e a sede é que estabelece a 
abertura da válvula. A válvula de duas vias 
pode ter sede simples ou dupla. 
Na válvula de sede simples há apenas 
um caminho para o fluido passar no interior 
da válvula. A válvula de sede simples é 
excelente para a vedação, porém requer 
maior força de fechamento/abertura. A 
válvula de sede dupla, no interior da qual há 
dois caminhos para o fluxo, geralmente 
apresenta grande vazamento, quando 
totalmente fechada. Porém, sua vantagem é 
na exigência de menor força para o 
fechamento/abertura e como conseqüência, 
utilização de menor atuador. 
Há válvula especial, com o corpo divido 
(split body), usada em linhas de processo 
onde se necessita trocar freqüentemente o 
plug e a sede da válvula, por causa da 
corrosão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (a) Sede simples (b) Sede dupla 
Fig. 1.7. Número de sedes da válvula 
 
2.4. Plug 
O plug (obturador) da válvula pode 
assumir diferentes formatos e tamanhos, 
para prover vazamentos diferentes em 
função da abertura. Cada figura geométrica 
do obturador corresponde a uma 
quantidade de vazão em função da posição 
da haste (abertura da válvula). Os formatos 
típicos fornecem características linear, 
parabólica, exponencial, abertura rápida. 
 
 
 (a) (b) (c) 
 
Fig. 1.8. Obturadores da válvula: 
(a) Igual percentagem 
(b) Linear 
(c) Abertura rápida 
2.5. Materiais 
As diversas peças da válvula necessitam 
de diferentes materiais compatíveis com sua 
função. Devem ser considerados os 
materiais do 
1. corpo (interno e externo) 
2. trim (sede, trim, plug) 
Construção 
 6 
3. revestimentos 
4. engaxetamento 
5. selo 
Corpo 
Como a válvula estáem contato direto 
com o fluido do processo o seu material 
interior deve ser escolhido para ser 
compatível com as características de 
corrosão e abrasão do fluido. 
A parte externa do corpo da válvula (em 
contato com a atmosfera do ambiente) é 
metálica, geralmente ferro fundido, aço 
carbono cadmiado, aço inoxidável AISI 316, 
ANSI 304, bronze, ligas especiais para altas 
temperatura e pressão e resistentes à 
corrosão química. O material do corpo de 
válvula que opera em baixa pressão pode 
ser não metálico: polímero, porcelana ou 
grafite. 
As partes internas, (aquelas que estão 
em contato com o fluido e são o interior do 
corpo, sede, obturador, anéis de 
engaxetamento e vedação) também devem 
ser de material adequado. 
Uma válvula de controle desempenha 
serviço mais severo que uma válvula 
manual, mas os materiais para suportar a 
corrosão podem ser os mesmos. Se o 
material é satisfatório para a válvula 
manual, também o é para a válvula de 
controle. A experiência anterior em uma 
dada aplicação é o melhor parâmetro para a 
escolha do material. A corrosão é um 
processo químico complexo, que é afetada 
pela concentração, temperatura, velocidade, 
aeração e presença de íons de outras 
substâncias. Há tabelas guia de 
compatibilidade de materiais e produtos 
típicos. Como exemplos 
1. o aço inoxidável tipo 17 4pH é resistente 
à corrosão de água comum mas é 
corroído pela água desmineralizada 
pura. 
2. O titânio é excelente para uso com cloro 
molhado mas é atacada pelo cloro seco. 
3. O aço carbono é satisfatório para o 
cloro seco mas é atacada rapidamente 
pelo cloro molhado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.9. Partes internas ou molhadas da válvula 
 
 
Por isso, não há substituto para a 
experiência real de processos menos 
comuns. O pior da corrosão é que o material 
corrosivo pode ser também perigoso e não 
deve ser vazado para o ambiente exterior. O 
sulfeto de hidrogênio (H2S) pode causar 
quebras em materiais comuns da válvula, 
resultando em vazamentos. Porém o H2S é 
também letal. 
Além da corrosão, fenômeno químico, 
deve ser considerada a erosão, que é um 
fenômeno físico associado com a alta 
velocidade de fluidos abrasivos. Um 
material pode ser resistente à corrosão de 
um fluido com processo, mas pode sofrer 
desgaste físico pela passagem do fluido em 
alta velocidade e com partículas abrasivas. 
Internos 
As partes do trim (sede, plug, haste) 
estão em contato direto com o fluido do 
processo. Pelo seu formato, elas devem ser 
de material torneável e o aço inoxidável é o 
material padrão para válvulas globo e 
gaveta. Para aplicações com alta 
temperatura e fluidos corrosivos, são 
usadas ligas especiais como aço 17-4pH, 
ANSI 410 ou ANSI 440C e ligas 
proprietárias como stellite, hastelloy, monel 
e inconel. 
Revestimento 
Às vezes, o material que suporta alta 
pressão é incompatível com a resistência à 
corrosão e por isso devem ser usados 
materiais diferentes de revestimento, como 
elastômeros, teflon (não é elastômero), 
Construção 
 7 
vidro, tântalo e borracha. Estes materiais 
são usados para encapsulamento ou como 
membros flexíveis de vedação. 
A válvula deve ser revestida quando o 
material molhado é muito caro, como os 
metais nobres e o tântalo. Para ser possível 
o revestimento, o corpo da válvula deve ter 
um formato simples. Sempre está surgindo 
material sintético diferente para suportar 
temperaturas e pressões cada vez maiores. 
A vida útil de um material de 
revestimento depende de vários fatores: 
concentração, temperatura, composição e 
velocidade do fluido, composição do 
elastômero, seu uso na válvula e qualidade 
da mão de obra em sua instalação. 
O teflonÒ é usado como material de selo 
para válvulas rotatórias e globo e para 
revestimento e encapsulamento de válvula 
esfera e borboleta. O teflon é atacado 
somente por metais alcalinos derretidos, 
como cloro ou flúor sob condições 
especiais. Praticamente, ele não tem 
problema de corrosão. As características 
notáveis do teflon são: 
1. O teflon é um plástico e não é um 
elastômero. 
2. Quando deformado, ele se recupera 
muito lentamente. 
3. Ele também não é resiliente como um 
elastômero. 
4. Ele é pouco resistente à erosão. 
5. A sua faixa nominal de aplicação é de –
100 a 200 oC. 
Há alguns problemas com o revestimento 
de válvulas. O vácuo é especialmente ruim 
para o revestimento e raramente se usam 
revestimentos com pressão abaixo da 
atmosférica. Os revestimentos devem ser 
finos e quando sujeitos a abusos, eles são 
destruídos rapidamente. Como o diâmetro 
da válvulas é tipicamente menor que o 
diâmetro da tubulação, as velocidades no 
interior da válvula são maiores que a 
velocidade na tubulação. Qualquer falha de 
revestimento deixa o metal base exposto à 
corrosão do fluido da linha, resultando em 
falha repentina da linha. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.10. Válvula com revestimento interno 
 
2.6. Conexões Terminais 
A válvula é instalada na tubulação 
através de suas conexões. O tipo de 
conexões terminais a ser especificado para 
uma válvula é normalmente determinado 
pela natureza do sistema da tubulação em 
que a válvula vai ser inserida. Uma válvula 
de 4” (100 mm) é a que tem conexões para 
ser montada em uma tubulação com 
diâmetro de 4” (100 mm). Geralmente o 
diâmetro das conexões da válvula é menor 
que o diâmetro da tubulação onde a válvula 
vai ser montada e por isso é comum o uso 
de redutores. 
As conexões mais comuns são: 
flangeadas, rosqueadas, soldadas. Há 
ainda conexões especiais e proprietárias de 
determinados fabricantes. Os fatores 
determinantes das conexões terminais são: 
tamanho da válvula, tipo do fluido, valores 
da pressão e temperatura e segurança do 
processo. 
Conexão rosqueada 
As conexões rosqueadas são usadas 
para válvulas pequenas, com diâmetros 
menores que 2" ou 4". A linha possui a 
rosca macho e o corpo da válvula a rosca 
fêmea. É econômico e simples e muito 
adequado para pequenos tamanhos. 
As conexões rosqueadas podem se 
afrouxar quando se tem temperatura 
elevada com grande faixa de variação ou 
quando a instalação está sujeita à vibração 
mecânica. As roscas em aço inoxidável 
tendem a se espanar, quando conectadas a 
outros materiais e isso pode ser evitado 
com o uso de graxas especiais. 
Construção 
 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.11. Válvula com conexões rosqueadas 
Conexão por solda 
O corpo da válvula pode ser soldado 
diretamente à linha. Este método é pouco 
flexível, porém é utilizado para montagem 
permanente, quando se tem altíssimas 
pressões e é perigoso o vazamento do 
fluido. Os dois tipos principais de solda são: 
de topo e soquete (mais eficiente). Os 
materiais e procedimentos de solda devem 
ser cuidadosamente controlados e devem 
ser usados alívios de tensão mecânica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.12. Válvula com conexões soldadas 
 
Conexão por flange 
Conectar o corpo da válvula à 
tubulação através do conjunto de flanges, 
parafusos e porcas é o método mais 
utilizado para válvulas maiores que 2". As 
flanges podem ser lisas ou de faces 
elevadas e sua classe de pressão ANSI 
deve ser compatível com a pressão do 
processo. Alguns usuários especificam um 
mínimo de 1” para o diâmetro mínimo da 
válvula para ela ter conexão flangeada. 
As dimensões do flange são 
padronizadas para diferentes materiais e 
classes. Se o corpo da válvula e da 
tubulação são de materiais diferentes ou se 
um ou ambos são revestidos, o problema de 
adequação deve ser cuidadosamente 
examinado. Por exemplo, o corpo de uma 
válvula em ferro fundido pode ter um flange 
de classe 125 e a tubulação de aço pode ter 
um flange de classe 150. Os furos dos 
parafusos seencaixam, mas os flanges de 
ferro possuem faces planas e os de aço 
possuem faces ressaltadas. Os flanges de 
aço são feitos de face ressaltada para dar 
alta força na gaxeta. Os flanges de ferro 
não podem ter faces ressaltadas porque o 
ferro é quebradiço quando submetido a alta 
força imposta pela face ressaltada. A 
solução é tirar a face ressaltada do flange 
de aço, tornando-o também de face plana. 
A classe ANSI 150 (chamada de 150 
libras) não significa que a conexão é 
limitada à pressão de 1000 kPa (150 psi). O 
limite de pressão é determinado pela 
temperatura de operação e pelo material 
ASTM do flange. Por exemplo, um aço 
especificado para 285 psig e 50 oC só pode 
ser usado em 140 psi quando exposto a 300 
oC. 
A especificação de flanges e gaxetas 
está além do presente trabalho. Apenas, os 
flanges de aço com fase ressaltada vem 
com gaxetas e canaletas, que podem ser 
concêntricas ou fonográficas. Acima de 600 
psi, os flanges são usados com anéis de 
junção (RTJ – ring type joint). 
Há ainda conexões especiais 
proprietárias, como GraylockÒ, que podem 
manipular pressão de até 10 000 psi e são 
muito mais leves que o flange ANSI 
equivalente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.13. Diferentes tipos de flange 
 
Construção 
 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.14. Classes de flange versus temperatura e 
pressão para aço carbono 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.15. Válvula de 4 vias flangeada 
 
Conexão wafer 
Algumas válvulas possuem faces lisas, 
em flange e são instaladas sanduíchadas 
entre dois flanges da tubulação. São 
chamadas de wafer e foram usadas 
inicialmente em válvula borboleta estreita. 
Atualmente, há válvula com corpo longo e 
conexões wafer. 
Devem ser tomados cuidados com os 
parafusos, gaxetas, compressão, expansão 
e contração dos materiais envolvidos. 
Recomenda-se o uso de torquímetro para 
apertar os parafusos e não se deve usar 
este tipo de conexão em processos com 
temperatura muito alta, muito baixa ou 
grande variação. 
A vantagem da conexão tipo wafer é a 
ausência de flange na válvula, reduzindo 
peso e custo. Também não há problema de 
compatibilidade e ela pode ser inserida 
entre dois flanges de qualquer tipo. 
A desvantagem inclui os problemas 
potenciais de vazamento e por isso 
equipamentos com conexões tipo wafer são 
considerados politicamente incorretos. 
 
 
 
Fig. 1.16. Válvula borboleta com tomada tipo wafer 
2.7. Entradas e Saída 
A válvula de duas vias é a que tem 
duas conexões: uma de entrada e outra de 
saída. A válvula de duas vias é a mais 
usada. Há aplicações de mistura ou divisão, 
que requerem válvulas com três vias: 
1. duas entradas e uma saída (mistura ou 
convergente) 
2. uma entrada e duas saídas (divisão ou 
divergente) 
A diferença na construção é que a força 
do fluido é feita para agir em uma direção 
tendendo a abrir ambos os obturadores em 
cada caso, dando uma estabilidade 
dinâmica sem o uso de grande atuador. 
 
Construção 
 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.17. Válvula liga-desliga de 2 vias 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.18. Válvula de controle de 2 vias 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.19. Diferentes configurações de válvula de três 
vias 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.20. Esquema de válvula de 4 vias 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.21. Vista de uma válvula de 4 vias 
3. Castelo 
3.1. Conceito 
O castelo (bonnet) liga o corpo da 
válvula ao atuador e completa o fechamento 
do corpo. A haste da válvula se movimenta 
através do engaxetamento do castelo. O 
castelo também pode fornecer a principal 
abertura para a cavidade do corpo para o 
conjuntos das partes internas ou ele pode 
ser parte integrante do corpo da válvula. É 
fundamental que a conexão do castelo 
forneça um bom alinhamento da haste, 
obturador e sede e que ela seja robusto 
suficientemente para suportar as tensões 
impostas pelo atuador. Porém, há válvulas 
que não possuem castelo. 
Normalmente, é necessário remover o 
castelo para ter acesso ao assento da 
válvula e ao elemento de controle da vazão, 
para fins de manutenção. 
3.2. Tipos de castelos 
Os três tipos básicos de castelo são: 
1. aparafusado 
2. união 
3. flangeado. 
O castelo e corpo rosqueados 
constituem o sistema mais barato e é usado 
apenas em pequenas válvulas de baixa 
pressão. 
O castelo preso ao corpo por uma 
união é usado em válvulas maiores ou para 
válvulas pequenas com alta pressão, 
permitindo uma vedação melhor que a do 
castelo rosqueado. 
O sistema com castelo flangeado é o 
mais robusto e permite a melhor vedação, 
sendo usado em válvulas grandes e em 
qualquer pressão. 
O engaxetamento no castelo para alojar 
e guiar a haste com o plug, deve ser de tal 
modo que não haja vazamento do interior da 
válvula para fora e nem muito atrito que 
dificulte o funcionamento ou provoque 
histerese. Para facilitar a lubrificação do 
movimento da haste e prover vedação, 
usam-se caixas de engaxetamento. Algumas 
caixas requerem lubrificação periódica. Os 
materiais típicos de engaxetamento incluem: 
Construção 
 11 
teflon, asbesto, grafite e a combinação 
deles (asbesto impregnado de teflon, 
asbesto grafitado). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.1.22. Castelo com flange aparafusado e 
engaxetamento padrão 
O comprimento do castelo padrão é 
suficiente apenas para conter a caixa de 
engaxetamento. 
3.3. Aplicações especiais 
Quando a aplicação envolve 
temperatura muito baixa (criogênica), para 
evitar a formação de gelo da umidade 
condensada da atmosfera em torno da 
haste e da caixa de engaxetamento, o 
castelo estendido deve 
1. ter um comprimento muito maior que o 
normal, para ser mais aquecido pelo 
ambiente 
2. ter engaxetamento com materiais 
especiais (semimetálicos) e 
3. possuir aletas horizontais, que 
aumentem a área de troca de calor, 
facilitando a transferência de energia 
entre o processo e a atmosfera externa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.23. Castelo alongado para baixas temperaturas 
Quando a aplicação envolver 
temperatura muito alta, usa-se também um 
castelo especial, com comprimento maior 
que o normal e com aletas, para baixar a 
temperatura da caixa de engaxetamento. 
Atualmente, os castelos aletados estão em 
desuso, pois é comprovado que o castelo 
plano estendido é tão eficiente quanto o 
aletado, para aplicações com líquidos e 
gases. Para um vapor condensante, a 
temperatura não é afetada, a não ser que 
válvula seja equipada com um selo baixo ou 
esteja montada de cabeça para baixo, o que 
não é recomendado. 
Em aplicações onde se quer vedação 
total ao longo da haste, pois o fluido do 
processo é tóxico, explosivo, pirofosfórico, 
muito caro, usam-se foles como selos. O 
fluido do processo pode ser selado interna 
ou externamente ao fole. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.24. Castelo para aplicações de alta temperatura 
4. Métodos de Selagem 
Há dois locais onde a válvula deve ter selos 
para prover vedação: 
1. de sua entrada e para a saída ou vice-
versa, quando ela estiver na posição 
fechada 
2. de seu interior para o exterior, quando 
ela estiver com pressão estática maior 
que a atmosférica ou do exterior para 
seu interior, quando se tem vácuo no 
corpo da válvula. 
 
Construção 
 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.25. Castelo selado com fole usado em 
aplicações com fluidos tóxicos e flamáveis 
4.1. Vazamentos 
Para não haver vazamento de dentro 
da válvula para fora, deve haver selagem 
entre 
1. o plug da válvula e a sede, 
2. entre a haste e o engaxetamento do 
castelo, 
3. nas conexões da válvula com a 
tubulação e 
4. onde o castelo sejunta ao corpo da 
válvula. 
Por causa do movimento envolvido, a 
selagem na haste é a mais difícil de ser 
conseguida. O método mais comum de 
selagem da haste é o uso de uma caixa de 
enchimento, contendo um material flexível 
de engaxetamento, como grafite e asbesto, 
teflon e asbesto, teflon . O engaxetamento 
pode ser sólido, com teflon granulado, fibras 
de asbesto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.26. Caixa de engaxetamento com lubrificador e 
válvula de isolação 
De modo a reter a pressão do fluido 
dentro da válvula, é necessário comprimir o 
engaxetamento, por meio de uma porca ou 
plug. Este tipo de selo requer inspeções 
periódicas e manutenção. Invariavelmente, 
se uma válvula fica sem operar durante 
longo período de tempo, a porca da caixa 
deve ser apertada, quando a válvula é 
operada, senão ocorrerá vazamento. 
Quando se quer uma válvula sem 
possibilidade de vazamento para o exterior, 
deve-se usar válvula sem engaxetamento, 
como a válvula com diafragma entre o 
castelo e o corpo da válvula. O diafragma é 
acionado por um componente compressor, 
fixado na extremidade da haste e que 
também age como elemento de controle da 
vazão. 
Outro tipo de válvula sem 
engaxetamento emprega um fole metálico, 
no lugar do diafragma flexível. Estas 
válvulas são apropriadas para operação sob 
alto vácuo. Uma caixa de enchimento é 
normalmente usada acima do fole, para 
evitar vazamento no caso da falha do fole. 
4.2. Vazamento entre entrada e saída 
Para que uma válvula não dê 
passagem de sua entrada para a saída, 
deve haver uma vedação entre o obturador 
e sua sede. Para prover um selo adequado 
contra a vazão do fluido do processo, 
quando a válvula estiver na posição 
fechada, deve haver um fechamento firme e 
seguro entre o elemento de controle de 
vazão e o assento da válvula. Estes 
componentes devem ser projetados de 
modo que as variações de pressão e de 
temperatura e as tensões mecânicas 
provocadas pela tubulação não distorçam 
ou desalinhem as superfícies de selagem. 
Em geral se empregam três tipos de 
selos: 
1. contato metal-metal, 
2. contato metal-material elástico, 
3. contato metal-metal com revestimento 
de material elástico 
Com o advento dos plásticos, as válvulas se 
tornam disponíveis em uma variedade de 
plásticos. Os três tipos de selos continuam 
válidos, bastando substituir metal por 
plástico. A mesma analogia se aplica em 
Construção 
 13 
válvulas tendo interiores revestidos de 
vidro, teflon, borrachas. 
A maior resistência é obtida de um selo 
metal-metal, mas pode haver desgaste e 
erosão do metal. O selo resiliente (elástico) 
é obtido pela pressão de uma superfície 
metálica contra uma superfície plástica ou 
de borracha. Este tipo de selo fornece um 
bloqueio total e é altamente recomendado 
para fluidos contendo sujeira, embora seja 
limitado a processos pouco rigorosos e com 
baixa pressão. As partículas sólidas, que 
podem ficar presas entre as superfícies de 
selagem, são forçadas e entram na 
superfície macia e não interferem no 
fechamento da válvula. Quando se tem alta 
pressão, é conveniente o uso do selo metal-
metal com revestimento resiliente. 
5. Atuador 
Atuador é o componente da válvula que 
recebe o sinal de controle e o converte em 
abertura modulada da válvula. 
Os modos de operação da válvula 
dependem do seu tipo, localização no 
processo, função no sistema, tamanho, 
freqüência de operação e grau de controle 
desejado. 
A atuação da válvula pode ser 
1. manual 
2. automática 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.27. Atuador pneumático e mola 
O atuador pode ser classificado, 
dependendo do tipo do dispositivo móvel, 
como 
1. linear 
2. rotativo. 
Outra classificação útil do atuador é 
quanto à fonte de potência, que pode ser 
1. pneumática, 
2. elétrica 
3. hidráulica. 
5.1. Operação Manual ou Automática 
A atuação manual pelo operador pode 
ser local ou remota. A atuação local pode 
ser feita diretamente por volante, 
engrenagem, corrente mecânica ou 
alavanca. A atuação manual remota pode 
ser feita pela geração de um sinal elétrico 
ou pneumático, que acione o atuador da 
válvula. Para ser atuada automaticamente a 
válvula pode estar acoplada a mola, motor 
elétrico, solenóide, servomecanismo, 
atuador pneumático ou hidráulico. 
Freqüentemente, é necessário ou desejável 
operar automaticamente a válvula, de modo 
continuo ou através de liga-desliga. Atuação 
automática significa sem a intervenção 
direta do operador. Isto pode ser 
conseguido pela adição à válvula padrão 
um dos seguintes acessórios: 
1. atuador pneumático ou hidráulico para 
operação continua ou de liga-desliga, 
2. solenóide elétrica para operação de 
liga-desliga, 
3. motor elétrico para operação continua 
ou de liga-desliga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.28. Atuação manual da válvula de controle 
 
 
Construção 
 14 
Geralmente, um determinado tipo de válvula 
é limitado a um ou poucos tipos de 
atuadores; quais sejam: 
1. Válvulas de alivio e de segurança são 
atuadas por mola. 
2. Válvulas de retenção são atuadas por 
mola ou por gravidade. 
3. Válvulas globo de tamanho grande e 
com alta pressão de processo são 
atuadas por motores elétricos ou 
correntes mecânicas. 
4. Válvulas de controle continuo são 
geralmente atuadas pneumaticamente. 
5. Válvulas de controle liga-desliga são 
atuadas através de solenóides. 
Geralmente estes mecanismos de 
operação da válvula são considerados 
acessórios da válvula. 
5.2. Atuador Pneumático 
Este tipo de operador, disponível com 
um diafragma ou pistão, é o mais usado. 
Independente do tipo, o princípio de 
operação é o mesmo. O atuador 
pneumático, com diafragma e mola é o 
responsável pela conversão do sinal 
pneumático padrão do controlador em força-
movimento-abertura da válvula. O atuador 
pneumático a diafragma recebe diretamente 
o sinal do controlador pneumático e o 
converte numa força que irá movimentar a 
haste da válvula, onde está acoplado o 
obturador que irá abrir continuamente a 
válvula de controle. 
A função do diafragma é a de converter 
o sinal de pressão em uma força e a função 
da mola é a de retornar o sistema à posição 
original. Na ausência do sinal de controle, a 
mola leva a válvula para uma posição 
extrema, ou totalmente aberta ou totalmente 
fechada. Operacionalmente, a força da mola 
se opõe à força do diafragma; a força do 
diafragma deve vencer a força da mola e as 
forças do processo. 
Erradamente, se pensa que o atuador 
da válvula requer a alimentação de ar 
pneumático para sua operação; o atuador 
funciona apenas com o sinal padrão de 20 a 
100 kPa (3 a 15 psi). 
O atuador pneumático consiste 
simplesmente de um diafragma flexível 
colocado entre dois espaços. Uma das 
câmaras deve ser vedada à pressão e na 
outra câmara ha uma mola, que exerce uma 
força contrária. O sinal de ar da saída do 
controlador vai para a câmara vedada à 
pressão e sua variação produz uma força 
variável que é usada para superar a força 
exercida pela mola de faixa do atuador e as 
forças internas dentro do corpo da válvula e 
as exercidas pelo próprio processo. 
O atuador pneumático deve satisfazer 
basicamente as seguintes exigências: 
1. operar com o sinal de 20 a 100 kPa (3 a 
15 psig), 
2. operar sem posicionador, 
3. ter uma ação de falha segura quando 
houver problema no sinal de atuação, 
4. ter um mínimo de histerese, 
5. ter potência suficiente para agir contra 
as forças desbalanceadas, 
6. ser reversível. 
5.3. Ação do Atuador 
Basicamente, há duas lógicas de 
operação do atuador pneumático com o 
conjunto diafragma e mola: 
1. ar para abrir - mola para fechar, 
2. ar para fechar - mola para abrir, 
Existe umterceiro tipo, menos usado, 
cuja lógica de operação é: ar para abrir - ar 
para fechar. 
Outra nomenclatura para a ação da 
válvula é falha-aberta (fail open), que 
equivale a ar-para- fechar e falha-fechada, 
que equivale a ar-para-abrir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.29. Ações dos atuadores pneumáticos 
 
 
Construção 
 15 
A operação de uma válvula com 
atuador pneumático com lógica de ar para 
abrir é a seguinte: quando não há nenhuma 
pressão chegando ao atuador, a válvula 
está desligada e na posição fechada. 
Quando a pressão de controle (típica de 20 
a 100 kPa) começa a crescer, a válvula 
tende a abrir cada vez mais, assumindo as 
infinitas posições intermediárias entre 
totalmente fechada e totalmente aberta. 
Quando não houver sinal de controle, a 
válvula vai imediatamente para a posição 
fechada, independente da posição em que 
estiver no momento da falha. A posição de 
totalmente fechada é também conhecida 
como a de segura em caso de falha. Quem 
leva a válvula para esta posição segura é 
justamente a mola. Assim, o sinal de 
controle deve superar 
1. a força da mola, 
2. a força apresentada pelo fluido do 
processo, 
3. os atritos existentes entre a haste e o 
engaxetamento. 
O atuador ar-para-abrir necessita de 
pressão para abrir a válvula. Para pressões 
menores que 20 kPa (3 psi) a válvula deve 
estar totalmente fechada. Com o aumento 
gradativo da pressão, a partir de 20 kPa (3 
psi), a válvula abre continuamente. A 
maioria das válvulas é calibrada para estar 
totalmente aberta quando a pressão atingir 
exatamente 100 kPa (15 psig). Calibrar uma 
válvula é fazer a abertura da válvula seguir 
uma reta, passando pelos pontos (20 kPa x 
0%) e (100 kPa x 100%) de abertura. A 
falha do sistema, ou seja, a ausência de 
pressão, deve levar a válvula para o 
fechamento total. 
Uma válvula com atuação ar-para-
fechar opera de modo contrario. Na 
ausência de ar e com pressões menores 
que 20 kPa (3 psig), a válvula deve estar 
totalmente aberta. Com o aparecimento de 
pressões acima de 20 kPa (3 psig) e seu 
aumento, a válvula diminuirá sua abertura. 
Com a máxima pressão do controlador, de 
100 kPa (15 psig), a válvula deve estar 
totalmente fechada. Na falha do sistema, 
quando a pressão cair para 0 kPa (0 psig), 
a válvula deve estar na posição totalmente 
aberta. 
Certas aplicações exigem um válvula 
de controle com um diafragma especial, 
modo que a falta o ar de suprimento ao 
atuador faca a válvula se manter na última 
posição de abertura; tem-se a falha-última-
posição. 
5.4. Escolha da Ação 
A primeira questão que o projetista 
deve responder, quando escolhendo uma 
válvula de controle é: o que a válvula deve 
fazer, quando faltar o suprimento da 
alimentação? A questão esta relacionada 
com a posição de falha da válvula. 
A segurança do processo determina o 
tipo de ação da válvula: 
1. falha-fechada (FC - fail close), 
2. falha-aberta (FC - fail open), 
3. falha-indeterminada (FI - fail 
indetermined), 
4. falha-última-posição (FL - fail last 
position). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.30. Forças atuantes na válvula 
ar para abrir 
compressão da 
mola 
sinal 
pneumático 
pressão da 
linha 
ar para fechar 
compressão da 
mola 
sinal 
pneumático 
pressão da 
linha 
pressão da linha 
pressão da linha 
Construção 
 16 
A segurança também implica no 
conhecimento antecipado das 
conseqüências das falha de alimentação na 
mola, diafragma, pistão, controlador e 
transmissor. Quando ocorrer falha no 
atuador da válvula, a posição da válvula 
não é mais função do projeto do atuador, 
mas das forças do fluido do processo 
atuando no interior da válvula e da 
construção da válvula. As escolhas são 
1. vazão-para-abrir (FTO - flow to open), 
2. vazão-para-fechar (FTC - flow to close), 
3. ficar na última posição (FB - friction 
bound). 
A ação vazão-para-fechar é fornecida pela 
válvula globo; a ação vazão-para-abrir é 
fornecida pela válvula borboleta, globo e 
esfera convencional. As válvulas com plug 
rotatório e esfera flutuante são típicas para 
ficar na última posição. 
5.5. Forças atuantes 
Os diagramas vetoriais mostram a 
representação esquemática das forças, 
quando a válvula é desligada, para os dois 
casos possíveis, de ar para abrir e ar para 
fechar, quando a vazão entra debaixo do 
obturador. 
Quando a válvula abre, a força devida 
à pressão da linha diminui. Quando a 
válvula está fechada, esta força é máxima. 
Quando a válvula está totalmente aberta, a 
força devida à pressão da linha é muito 
dissipada e a força contra o obturador é 
desprezível. Em posições intermediárias, a 
força é também intermediária. 
5.6. Mudança da Ação 
Há vários modos de se inverter a ação 
de controle do sistema constituído de 
controlador, atuador e válvula de controle: 
1. troca da posição do atuador, alternando 
a posição relativa diafragma + mola. 
2. alguns atuadores possuem uma 
alimentação alternativa: o sinal pode ser 
aplicado em dois pontos possíveis, cada 
um correspondendo a uma ação de 
controle. 
3. alteração do obturador + sede da 
válvula. 
4. alteração do modo de controle, no 
próprio controlador. A maioria dos 
controladores possui uma chave 
seletora para a ação de controle: direta 
(aumenta medição, aumenta sinal de 
saída) e inversa (aumenta medição, 
diminui sinal de saída). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.31. Atuador reversível diafragma - mola 
 
 
 
Na aplicação prática, deve se consultar a 
literatura técnica disponível e referente a 
todos os equipamentos: controlador, 
atuador e válvula, para se definir qual a 
solução mais simples, segura e flexível. 
5.7. Dimensionamento do Atuador 
O atuador pneumático deve ter um 
diafragma com área efetiva suficiente para 
permitir o fechamento contra a pressão da 
linha e uma mola com elasticidade suficiente 
para posicionar o obturador da válvula em 
resposta ao sinal contínuo da saída do 
controlador. 
Há atuadores de diferentes tamanhos 
que dependem dos seguintes parâmetros: 
1. pressão estática do processo, 
2. curso da haste da válvula, 
3. deslocamento da mola do atuador e 
4. sede da válvula. 
A força gerada para operar a válvula é 
função da área do diafragma, da pressão 
pneumática e da pressão do processo. 
Quanto maior a pressão do sinal 
Construção 
 17 
pneumático, menor pode ser a área do 
diafragma. Como normalmente o sinal de 
atuação é padrão, de 20 a 100 kPa (3 a 15 
psig), geralmente o tamanho do diafragma 
depende da pressão do processo; quando 
maior a pressão do fluido do processo, 
maior deve ser a área do diafragma. O 
atuador pneumático da válvula funciona 
apenas com o sinal do controlador, padrão 
de 20 a 100 kPa. Ele não necessita do 
suprimento de ar de 120 a 140 kPa (20-22 
psig). 
O tamanho físico do atuador depende 
da pressão estática do processo e da 
pressão do sinal pneumático. A faixa de 
pressão mais comum é o sinal de 20 a 100 
kPa (3 a 15 psig); outra também usada é a 
de 40 a 200 kPa (6 a 30 psig). Os 
fabricantes apresentam equações para 
dimensionar e escolher o atuador 
pneumático. 
Os atuadores industriais, para o sinal 
de 100 kPa (15 psi), fornecem forças de 
atuação de 400 a 2000 N. 
É importante saber que embora a saída 
linear de um controlador seja nominalmente 
20 a 100 kPa (ou 60 200 kPa), a largura de 
faixa da saída disponível real é muito mais 
larga. A mínima saída é 7 kPa (0,5 psi) 
devida a algum vazamento do relé e a 
máxima saída é escolhida de 120 kPa (18 
psi) para refletir as perdas da linha do 
controlador para a válvula. Assim, com uma 
alimentação de 140 kPa, a saída real varia 
de 7 a 120 kPa.As duas regras para dimensionar um 
atuador, baseando-se na faixa real do sinal 
do controlador em 7 a 120 kPa (mais larga 
que a padrão de 20 a 100 kPa) são: 
1. Se a ação é ar para abrir, a força 
compressiva inicial da mola deve ser 
suficiente para superar o efeito da 
pressão da linha mais 30 kPa ou 25% 
da pressão inicial da mola teórica, a que 
for maior, para garantir um fechamento 
completo. 
2. Se a ação é ar para fechar, a força 
inicial da mola tende a manter o 
obturador fora do assento. Por esta 
razão, deve-se ter uma pressão de 4 
kPa aplicada no diafragma. Depois que 
a válvula estiver totalmente 
movimentada, o restante da saída do 
sinal do controlador é usado para como 
força de assento. 
5.8. Atuador e Outro Elemento Final 
O atuador de válvula pode, 
excepcionalmente, ser acoplado a outro 
equipamento que não seja a válvula de 
controle. Assim, é comum o uso do atuador 
pneumático associado a cilindro, basculante 
e bóia. Mesmo nas combinações que não 
envolvem a válvula, o atuador é ainda 
acionado pelo sinal pneumático padrão do 
controlador. A função do atuador continua a 
de converter o sinal de 20 a 100 kPa em 
força que pode provocar um movimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.32. Posicionador e transdutor i/p integral 
 
 
 
Mesmo em sistema com instrumentação 
eletrônica, com controladores eletrônicos 
que geral 4 a 20 mA cc, a norma é se usar o 
atuador pneumático com diafragma e mola. 
Para compatibilizar seu uso, insere-se na 
malha de controle o transdutor corrente – 
para – pneumático (i/p). O conjunto 
transdutor I/P + atuador pneumático é ainda 
mais simples, eficiente, rápido e econômico 
que o atuador eletromecânico disponível 
comercialmente. 
Atuador a Pistão 
O atuador a pistão é usado 
normalmente quando se quer a máxima 
saída da passagem, com resposta rápida, 
tipicamente em aplicações com altas 
pressões do processo. Este atuador opera 
usando um suprimento de pressão 
pneumática elevada, ate de 1 Mpa (150 
Construção 
 18 
psig). Os melhores projetos possuem dupla 
ação para dar a máxima abertura, nas duas 
direções. 
Atuador Eletromecânico 
Com o uso cada vez mais freqüente da 
instrumentação eletrônica, o sinal padrão 
para acionamento da válvula é o de 4 a 20 
mA cc. Assim, deve-se desenvolver um 
mecanismo que converta este sinal de 
corrente elétrica em um movimento e 
abertura da válvula. A solução mais 
freqüente e econômica é a de usar um 
transdutor corrente – para - ar pneumático e 
continuar usando a válvula com atuador 
pneumático. 
São disponíveis atuadores 
eletromecânicos que convertem o sinal da 
saída do controlador eletrônico em 
movimento e abertura da válvula, através de 
um motor. Esta conversão corrente para 
movimento é direta, sem passar pelo sinal 
pneumático. Pretendia-se ter um atuador 
rápido, porém, na prática, os atuadores 
eletromecânicos são poucos usados, por 
causa do custo elevado e complexidade. 
Ainda é mais conveniente usar o conjunto 
transdutor I/P e atuador pneumático. 
 
 
 
 19 
2. Desempenho 
 
 
 
Objetivos de Ensino 
1. Apresentar os principais parâmetros 
relacionados com o desempenho da 
válvula de controle. 
2. Descrever os conceitos, relações 
matemáticas e significado físico das 
características inerente e instalada 
da válvula. 
3. Apresentar as principais 
características de válvula de 
controle: linear, igual percentagem e 
de abertura rápida. 
4. Conceituar rangeabilidade e 
controlabilidade da válvula de 
controle. 
5. Apresentar as exigências de 
estanqueidade da válvula de 
controle. 
1. Aplicação da Válvula 
1.1. Introdução 
Antes de especificar e dimensionar uma 
válvula de controle, deve-se avaliar se a 
válvula é realmente necessária ou se existe 
um meio mais simples e mais econômico de 
executar o que se deseja. Por exemplo, 
pode-se usar uma válvula autocontrolada 
em vez da válvula de controle, quando se 
aceita um controle menos rigoroso, se quer 
um sistema econômico ou não se tem 
energia de alimentação disponível. Em outra 
aplicação, é possível e conveniente 
substituir toda a malha de controle de vazão 
por uma bomba de medição a deslocamento 
positivo ou por uma bomba centrífuga com 
velocidade variável. A relação custo - 
beneficio destas alternativas é usualmente 
obtida pelo custo muito menor do 
bombeamento, pois não se irá produzir 
energia para ser queimada na queda de 
pressão através da válvula de controle. 
1.2. Dados do Processo 
Quando se decide usar a válvula de 
controle, deve-se selecionar o tipo correto e 
dimensiona-se adequadamente. Para a 
seleção da válvula certa deve-se entender 
completamente o processo que a válvula 
controla. Conhecer completamente significa 
conhecer as condições normais de 
operação e as exigências que a válvula 
deve satisfazer durante as condições de 
partida, desligamento do processo e 
emergência. 
Todas os dados do processo devem 
ser conhecidos antecipadamente, como os 
valores da vazões (mínima, normal e 
máxima), pressão estática do processo, 
pressão de vapor do líquido, densidade, 
temperatura, viscosidade. É desejável 
identificar as fontes e naturezas dos 
distúrbios potenciais e variações de carga 
do processo. 
Deve-se determinar ou conhecer as 
exigências de qualidade do processo, de 
modo a identificar as tolerâncias e erros 
aceitáveis no controle. Os dados do 
processo devem também estabelecer se a 
válvula necessita fornecer vedação total, 
quando fechada, qual deve ser o nível 
aceitável de ruído, se há possibilidade de 
martelo d'água, se a vazão é pulsante. 
Desempenho 
20 
1.3. Desempenho da Válvula 
O bom desempenho da válvula de 
controle significa que a válvula 
1. é estável em toda a faixa de operação 
do processo, 
2. não opera próxima de seu fechamento 
ou de sua abertura total, 
3. é suficientemente rápida para corrigir os 
distúrbios e as variações de carga do 
processo, 
4. não requer a modificação da sintonia do 
controlador depois de cada variação de 
carga do processo. 
Para se conseguir este bom 
desempenho da válvula, deve-se considerar 
os fatores que afetam seu desempenho, tais 
como característica, rangeabilidades 
inerente e instalada, ganho, queda de 
pressão provocada, vazamento quando 
fechada, características do fluido e resposta 
do atuador. 
2. Característica da Válvula 
2.1. Conceito 
A característica da válvula de controle é 
definida como a relação entre a vazão 
através de válvula e a posição da válvula 
variando ambas de 0% a 100%. A vazão na 
válvula depende do sinal de saída do 
controlador que vai para o atuador da 
válvula. Na definição da característica, 
admite-se que: 
1. o atuador da válvula é linear (o 
deslocamento da haste da válvula é 
proporcional à saída do controlador), 
2. a queda de pressão através da válvula é 
constante, 
3. o fluido do processo não está em 
cavitação, flacheamento ou na vazão 
crítica ou sônica (choked) 
São definidas duas características: 
1. inerente 
2. instalada 
A característica inerente da válvula se 
refere à característica observada com uma 
queda de pressão constante através da 
válvula; é a característica da válvula 
construída e fora do processo. A instalada 
se refere à característica quando a válvula 
está em operação real, com uma queda de 
pressão variável e interagindo com as 
influências do processo não considerados 
no projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.1. Características típicas de válvulas 
2.2. Características da Válvula e do 
Processo 
Para se ter um controle eficiente e 
estável em todas as condições de operação 
do processo, a malha de controle deve ter 
um comportamento constante em toda a 
faixa. Isto significa que a malhacompleta do 
processo, definida como a combinação de 
sensor, transmissor, controlador, válvula, 
processo e algum outro componente, deve 
ter seu ganho e dinâmicas os mais 
constantes possível. Ter um comportamento 
constante simplesmente significa ser linear. 
Na prática, a maioria dos processos é 
não-linear, fazendo a combinação sensor-
transmissor-controlador-processo não 
linear. Assim, deve-se ter o controlador não-
linear para ter o sistema total linear. A outra 
alternativa é a de escolher o 
comportamento da válvula não-linear, para 
tornar linear a combinação sensor-
transmissor-controlador-processo. Se isso é 
feito corretamente, a nova combinação 
sensor-transmissor-processo-válvula se 
torna linear, ou com o ganho constante. O 
comportamento da válvula é a sua 
característica de vazão. 
Desempenho 
21 
O objetivo da caracterização da vazão é 
o de fornecer um ganho do processo total 
relativamente constante para a maioria das 
condições de operação do processo. 
A característica da válvula depende do 
seu tipo. Tipicamente os formatos do 
contorno do plug e da sede da válvula 
definem a característica da válvula. As três 
características típicas são: linear, igual 
percentagem e abertura rápida; outras 
menos usadas são: hiperbólica, raiz 
quadrática e parabólica. 
2.3. Relações Matemáticas 
Para uma única fase líquida, a vazão 
através da válvula é dada pela relação: 
 
r
D
=
p
)x(fCQ v 
 
onde 
Q é a vazão volumétrica do líquido, 
Cv é a capacidade de vazão da válvula 
Dp é a queda de pressão através da 
válvula, 
r é a densidade do líquido em relação a 
água 
f(x) é a curva característica da vazão na 
válvula, onde 
 
f(x) = x, para válvula linear 
 
f(x) = x , raiz quadrática 
 
1X
x
a)x(f -= , igual percentagem 
 
]x)1a(a[
1
)x(f
--
= , hiperbólica 
 
onde 
x é a excursão da haste da válvula, 
X é a excursão máxima da válvula, 
a é uma constante; representando a 
rangeabilidade da válvula. 
2.4. Característica de Igual 
Percentagem 
Matematicamente, a vazão é 
proporcional exponencialmente à abertura. 
O índice do expoente é a percentagem de 
abertura. 
 
1X
x
R)x(f -= 
 
A razão do nome da característica de 
igual percentagem está na variação da 
vazão em relação a posição da válvula: 
 
)x(fK
dx
)x(df
´= 
 
ou seja, para igual variação na posição da 
haste, há a mesma percentagem de 
variação na vazão, independente do curso 
da válvula. A vazão varia de df/f para cada 
incremento da posição da haste dx. 
 
 
 
Fig. 2.11. Características de igual percentagem 
 
 
O termo igual percentagem se aplica 
porque, iguais incrementos da posição da 
válvula causam uma variação da vazão em 
igual percentagem, isto e, quando se 
aumenta a abertura da válvula de 1%, indo 
de 20 a 21% na posição, a vazão irá 
aumentar de 1% de seu valor à posição de 
Desempenho 
22 
20%. Se a posição da válvula é aumentada 
de 2%, indo de 60 a 62%, a vazão ira 
aumentar de 2% de seu valor à posição de 
60%. A válvula é quase linear (e com 
grande inclinação) próximo à sua abertura 
máxima. 
A característica de vazão de igual 
percentagem produz uma muito pequena 
vazão no inicio de sua abertura, mas 
quando esta próxima de sua abertura total, 
pequenas variações da abertura produzem 
grandes variações de vazão. Ela exibe 
melhor controle nas pequenas vazões e um 
controle instável em altas vazões. A válvula 
de igual percentagem é de abertura lenta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.2. Característica de igual percentagem, com 
escala logarítmica na ordenada 
 
 
Teoricamente, a válvula de igual 
percentagem nunca veda totalmente, pois 
quando a posição da válvula estiver em 
x = 0, a vazão será f = 1/R, onde R é a 
rangeabilidade da válvula. Por exemplo, 
uma válvula com rangeabilidade de R = 50, 
vaza 2% quando totalmente fechada. Na 
prática, o projeto da válvula garante a sua 
vedação, quando a válvula estiver 
totalmente fechada, colocando-se um ombro 
no plug. 
As válvulas que, pelo projeto e 
construção, naturalmente fornecem 
característica de igual percentagem são a 
borboleta e a globo, onde a variação da 
vazão é estabelecida pela rotação da haste. 
A válvula de igual percentagem típica 
possui rangeabilidade igual a 50, exibindo 
uma inclinação de 3.9 (ln 50) na máxima 
vazão. 
Combinando a inclinação da válvula 
com o ganho da válvula, 
 
100
FfRln
G maxv
´´
= 
 
Como o produto (f x Fmax) é a vazão 
real, o ganho da válvula de igual 
percentagem não é uma função do tamanho 
da válvula, enquanto a vazão estiver 
confinada à faixa onde a característica 
estiver não distorcida. 
A característica da válvula hiperbólica 
se aproxima da característica da válvula de 
igual percentagem. 
2.5. Característica Linear 
Na válvula com característica linear a 
vazão é diretamente proporcional à abertura 
da válvula. A abertura é proporcional ao 
sinal padrão do controlador, de 20 a 100 
kPa (3 a 15 psig), se pneumático e de 4 a 
20 mA cc, se eletrônico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.3. Característica linear de válvula de controle 
0 10 20 30 40 50 60 70 90 80 100 
10
20 
30
40
50
60
70 
80 
90 
100 
Curso, % 
Va
zã
o,
 %
 
Desempenho 
23 
A característica linear produz uma vazão 
diretamente proporcional ao valor do 
deslocamento da válvula ou de sua posição 
da haste. Quando a posição for de 50%, a 
vazão através da válvula é de 50% de sua 
vazão máxima. 
A válvula com característica linear possui 
ganho constante em todas as vazões. O 
desempenho do controle e uniforme e 
independente do ponto de operação. 
Sua rangeabilidade é media, cerca de 
10:1. 
2.6. Característica de Abertura 
Rápida 
A válvula de abertura rápida possui 
característica oposta à da válvula de igual 
percentagem. A característica de vazão de 
abertura rápida produz uma grande vazão 
com pequeno deslocamento da haste da 
válvula. A curva é basicamente linear para a 
primeira parte do deslocamento com uma 
inclinação acentuada (grande ganho). Ela 
introduz uma grande variação na vazão 
quando há uma pequena variação na 
abertura da válvula, no inicio da faixa. A 
válvula de abertura rápida apresenta grande 
ganho em baixa vazão e um pequeno ganho 
em grande vazão. 
Ela não é adequada para controle 
continuo, pois a vazão não é afetada para a 
maioria de seu percurso. Tipicamente usada 
para controle liga-desliga, batelada e 
controle seqüencial e programado. Sua 
rangeabilidade é pequena, cerca de 3:1. 
Válvula típica de abertura rápida é a 
Saunders. 
A válvula raiz quadrática se aproxima 
da válvula de abertura rápida. 
2.7. Característica Instalada 
O dimensionamento da válvula se 
baseia na queda de pressão através da 
válvula, tomada como constante e relativa à 
abertura de 100% da válvula. Quando a 
válvula está instalada na tubulação do 
sistema, a queda de pressão através dela 
varia, quando a vazão varia, ou seja, ela 
depende do resto do sistema. A vazão está 
sujeita aos atritos viscosos na válvula. A 
instalação afeta substancialmente a 
característica e a rangeabilidade da válvula. 
A característica instalada é real e 
diferente da característica inerente, que é 
teórica e de projeto. Na prática, uma válvula 
com característica inerente de igual 
percentagem se torna linear, quando 
instalada. A exceção, quando a 
característica inerente é igual à instalação, 
ocorre quando se tem um sistema com 
bombeamento com velocidade variável, 
onde é possível se manter uma queda de 
pressão constante através da válvula, pelo 
ajuste da velocidade da bomba. 
A característica instalada de qualquerválvula depende dos seguintes parâmetros: 
1. característica inerente, ou a 
característica para a válvula com queda 
de pressão constante e a 100% de 
abertura, 
2. relação da queda de pressão através da 
válvula com a queda de pressão total do 
sistema, 
3. fator de super dimensionamento da 
válvula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.4. Característica linear inerente e instalada 
 
 
O tipo da característica instalada é útil 
em duas aplicações: 
1. para complementar a curva do 
sensor/medidor de vazão. Se o ganho 
do sensor é for linear e igual a 2 em 
toda a faixa, a característica da válvula 
deve ter uma inclinação de 1/2, 
conseguida quando a relação entre a 
queda de pressão mínima sobre a 
máxima valer 1/2 , 
Desempenho 
24 
2. para compensar o ganho do processo 
com ganho aumentando diretamente 
com o aumento da vazão. 
Quando o ganho da válvula variando 
inversamente com a vazão for indesejável, 
deve-se compensa-lo. A característica de 
igual percentagem é a melhor para eliminar 
o efeito da queda de pressão variável sobre 
o ganho da válvula. Quando houver grande 
variação da queda de pressão na válvula 
(queda de pressão mínima sobre a máxima 
é muito pequena), a característica de igual 
percentagem se torna praticamente linear. 
A queda de pressão variável reduz a 
rangeabilidade da válvula. Desde que a 
vazão máxima ocorre com a mínima queda 
de pressão na válvula e vice-versa, a 
relação das quedas de pressão determina a 
rangeabilidade efetiva ou instalada da 
válvula: 
 
max
min
ef p
p
RR
D
D
= 
 
Quando a queda de pressão variar de 
10:1, a rangeabilidade vai de 50 para 15.8. 
É difícil prever o comportamento da 
válvula instalada, principalmente porque a 
característica inerente se desvia muito da 
curva teórica, há não linearidades no 
atuador da válvula, nas curvas das bombas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.5. Característica igual percentagem inerente e 
instalada 
 
2.8. Escolha da Característica 
A escolha da característica da válvula e 
seu efeito no dimensionamento é 
fundamental para se ter um bom controle, 
em larga faixa de operação do processo. A 
válvula com característica inerente linear 
parece ser a mais desejável, porém o 
objetivo do projetista é obter uma 
característica instalada linear. O que se 
deseja realmente é ter a vazão através da 
válvula e de todos os equipamentos em 
série com ela variando linearmente com o 
deslocamento de abertura da válvula. Como 
a queda de pressão na válvula varia com a 
vazão (grande vazão, pequena queda de 
pressão) uma válvula não-linear 
normalmente fornece uma relação de vazão 
linear após a instalação. 
As malhas de controle são usualmente 
sintonizadas nos níveis normais de carga e 
assume-se que o ganho total da malha não 
varia com o ganho do processo. Esta 
hipótese é raramente encontrada, na 
prática. O ganho do processo é usualmente 
não linear. Como não se pode sintonizar o 
controlador depois de cada variação de 
carga do processo, é desejável selecionar a 
válvula de controle que irá compensar os 
efeitos das variações de carga. 
A escolha da característica correta da 
válvula para qualquer processo requer uma 
analise dinâmica detalhada de todo o 
processo. Há numerosos casos onde a 
escolha da característica da válvula não 
resulta em conseqüências sérias. Qualquer 
característica de válvula é aceitável quando: 
1. a constante de tempo do processo é 
pequena (processo rápido), como 
vazão, pressão de líquido e temperatura 
com misturadores, 
2. a banda proporcional ajustada do 
controlador é estreita (alto ganho), 
3. as variações de carga do processo são 
pequenas; menos que 2:1. 
A válvula com característica linear é 
comumente usada em processo de nível de 
líquido e em outros processos onde a queda 
da pressão através da válvula é 
aproximadamente constante. 
A válvula com característica de igual 
percentagem é a mais usada; geralmente, 
em aplicações com grandes variações da 
queda de pressão ou onde uma pequena 
percentagem da queda de pressão do 
sistema total ocorre através da válvula. 
Desempenho 
25 
Quando se tem a medição da vazão com 
placa de orifício, cuja saída do transmissor 
é proporcional ao quadrado da vazão, deve-
se usar uma válvula com característica de 
raiz quadrática (aproximadamente a de 
abertura rápida). A válvula com a 
característica de vazão de abertura rápida 
é, tipicamente, usada em serviço de 
controle liga-desliga, onde se deseja uma 
grande vazão, logo que a válvula comece a 
abrir. 
As recomendações (Driskell) para a 
escolha da característica da válvula são: 
1. Abertura rápida, para controle de vazão 
com medição através da placa de 
orifício e com variação da queda de 
pressão na válvula pequena (menor que 
2:1). 
2. Linear, para controle de vazão com 
medição através da placa de orifício e 
com variação da queda de pressão na 
válvula grande (maior que 2:1 e menor 
que 5:1). 
3. Linear, para controle de vazão com 
sensor linear, nível e pressão de gás, 
com variação de queda de pressão 
através da válvula menor que 2:1. 
4. Igual percentagem, para controle de 
vazão com sensor linear, nível e 
pressão de gás, com variação de queda 
de pressão através da válvula maior que 
2:1 e menor que 5:1. 
5. Igual percentagem, para controle de 
pressão de líquido, com qualquer 
variação da queda de pressão através 
da válvula. 
Como há diferenças grandes entre as 
características inerente e instalada das 
válvulas e por causa da imprevisibilidade da 
característica instalada, deve-se preferir 
1. válvula cuja construção tenha uma 
propriedade intrínseca, como a 
borboleta e a de disco com abertura 
rápida, 
2. válvula que seja caracterizada pelo 
projeto, como as com plug linear e de 
igual percentagem, 
3. válvula digital, que possa ser 
caracterizada por software, 
4. característica que seja obtida através de 
equipamento auxiliar, como gerador de 
função, posicionador caracterizado, cam 
de formato especial. Estes instrumentos 
são principalmente úteis para a 
alteração da característica instalada 
errada. 
Em resumo, a característica da válvula 
de controle deve casar com a característica 
do processo. Este casamento significa que 
os ganhos do processo e da válvula 
combinados resultem em ganho total linear. 
2.9. Linearização da Característica 
Há situações em que se quer uma 
válvula linear, mas ela não é disponível. Isto 
ocorre quando se quer usar uma válvula 
borboleta ou esférica, por causa de sua 
mecânica, mas se quer uma válvula com 
característica linear, por causa do controle 
do processo. Um método de moderar a 
característica exponencial é através de um 
divisor, com função: 
 
]Z)z1(Z[
yY
X
-+
= 
 
onde 
X é o sinal de saída do divisor, 
Y e Z são os sinais de entrada do 
multiplicador, 
y é o ganho do multiplicador 
z é a polarização (bias) do multiplicador 
O sinal do controlador entra nas duas 
entradas do multiplicador, de modo que sua 
saída fica 
 
]m)z1(z[
m
)m(f
-+
= 
 
Esta curva passa pelos pontos (0,0) e 
(1,1), para quaisquer valores de z, com 
inclinação da curva determinada por z. A 
inclinação da curva vale: 
 
2]m)m1(z[
z
dm
df
-+
= 
 
Quando m = 0, a inclinação é 1/z; 
quando m = 1, a inclinação é z. A variação 
do ganho é entre 1/z2. Quando z = 0.1, a 
curva varia de 10 a 0.1, com rangeabilidade 
de 100. 
Desempenho 
26 
O ganho de uma válvula igual 
percentagem varia diretamente com a 
vazão. Deste modo, a sua variação de 
ganho é também a rangeabilidade. O divisor 
usado para linearizar o ganho de uma 
válvula de igual percentagem deve ter seu 
ganho variando da mesma quantidade. 
Assim, uma estimativarápida para o valor 
de z para linearizar a válvula vale: 
 
R
1z = 
 
Para a válvula com rangeabilidade de 
50 o z deve ser ajustado em 0.141. 
2.10. Vazão do Corpo 
A boa válvula de controle deve ter uma 
grande coeficiente de vazão (Cv) 
consistente com uma boa rangeabilidade e 
com a característica de conformidade com 
as exigências do comportamento do 
processo. Um alto Cv é obtido quando o 
corpo e os internos (trim) da válvula são 
bem projetados. 
Tem-se: 
 
2
t
2
b
2
v C
1
C
1
C
1
+= 
 
onde 
Cv é o coeficiente de vazão da válvula 
Cb é o coeficiente de vazão do corpo 
da válvula 
Ct é o coeficiente de vazão do trim da 
válvula 
O Cb praticamente não varia e os Cv e 
Ct variam muito com a posição da haste; 
para isso Cb deve ser muito maior que Ct. 
Fisicamente, isto significa que existe um 
limite para o tamanho do trim em um 
particular tamanho do corpo da válvula. 
2.11. Coeficiente de Resistência K 
Os dados do teste de perda de pressão 
para uma grande variedade de válvulas e 
conexões são disponíveis do trabalho de 
numeroso pesquisadores. Estudos 
extensivos no campo tem sido feitos pelo 
Crane. Porém, devido à perda de tempo e 
alto custo destes testes, é virtualmente 
impossível obter dados de testes para cada 
tamanho e tipo de válvula e conexão. 
As perdas de pressão em um sistema de 
tubulação resulta de um número de 
características do sistema, que podem ser 
classificados como: 
1. Atrito da tubulação, que é uma função 
da rugosidade da superfície da parede 
interior da tubulação, do diâmetro 
interno da tubulação e da velocidade, 
densidade e viscosidade do fluido. Os 
fatores de atrito são levantados 
experimentalmente e disponíveis na 
literatura (Crane). Eles dependem de: 
2. mudanças na direção da trajetória da 
vazão. 
3. obstruções na trajetória da vazão. 
4. mudanças graduais ou repentinas na 
seção transversal e formato da trajetória 
da vazão. 
A velocidade na tubulação é obtida da 
perda da pressão estática e a diminuição da 
pressão estática devida a velocidade é 
 
n
2
L g2
v
h = 
 
que é definida como a altura da velocidade. 
A vazão através da válvula ou conexão em 
uma tubulação também causa uma redução 
na pressão estática que pode ser expressa 
em termos da pressão (head) da 
velocidade. 
O coeficiente de resistência K na 
equação 
 
n
2
L g2
v
Kh = 
 
é deste modo, definido como o número da 
perda da pressão de velocidade devida a 
válvula ou a conexão. O fator K está sempre 
associado com o diâmetro em que ocorre a 
velocidade. Em muitas válvulas ou 
conexões, as perdas devidas ao atrito 
resultante de um comprimento real da 
trajetória da velocidade são menores, 
comparadas aquelas devidas a um ou mais 
das outras três categorias listadas. 
Desempenho 
27 
O coeficiente de resistência K é assim 
considerada como sendo independente do 
fator de atrito ou número de Reynolds e 
pode ser tratada como uma constante para 
qualquer obstrução dada (i.e., válvula ou 
conexão) em um sistema de tubulação sob 
todas as condições de vazão, incluindo 
laminar. 
A mesma perda na tubulação reta é 
expressa pela equação de Darcy: 
 
n
2
L g2
v
D
fL
h ÷
ø
ö
ç
è
æ= 
Segue se que: 
 
D
L
fK = 
 
A relação L/D é o comprimento 
equivalente, em diâmetros de tubulação 
reta, que causará a mesma queda de 
pressão como a obstrução sob as mesmas 
condições de vazão. Desde que o 
coeficiente de resistência K é constante 
para todas as condições de vazão, o valor 
de L/D para qualquer válvula dada ou 
conexão deve necessariamente variar 
inversamente com a mudança no fator de 
atrito para diferentes condições de vazão. 
O coeficiente de resistência K seria 
teoricamente constante para todos os 
tamanhos de um dado projeto ou linha de 
válvulas e conexões, se todos os tamanhos 
forem geometricamente similares. Porém, a 
similaridade geométrica é rara, por causa de 
o projeto de válvulas e conexões ser ditada 
pela economia do fabricante, normas, 
resistência estrutural e outras 
considerações. 
Os dados experimentais mostram que as 
curvas de K apresentam uma tendência 
definida para seguir a mesma inclinação da 
curva f(L/D) para tubulação de aço 
comercial e limpa, em condições de vazão 
resultando em um fator de atrito constante. 
É provavelmente coincidência que o efeito 
da diferença geométrica entre diferentes 
tamanhos da mesma linha de válvulas ou 
conexões sobre o coeficiente de resistência 
K é semelhante aquele da rugosidade 
relativa, ou tamanho da tubulação, sobre o 
fator de atrito. 
Experimentalmente se conclui que o 
coeficiente de resistência K, para uma dada 
linha de válvulas ou conexões, tende a 
variar com o tamanho, como ocorre com o 
fator de atrito, f, para tubo de aço comercial 
e limpo, em condições de vazão resultando 
em um fator de atrito constante e que o 
comprimento equivalente L/D tender em 
direção a uma constante para os vários 
tamanhos de uma dada linha de válvulas ou 
conexões, nas mesmas condições de vazão. 
Na base desta relação, a coeficiente de 
resistência K para cada tipo de válvula 
ilustrado e conexão é mostrado no Apêndice 
deste trabalho. Estes coeficientes são 
dados como produto do fator de atrito para 
o tamanho desejado de tubulação de aço 
comercial limpo com vazão totalmente 
turbulenta e uma constante, que representa 
o comprimento equivalente L/D para a 
válvula ou conexão nos diâmetros da 
tubulação para as mesmas condições de 
vazão, na base dos dados do teste. Este 
comprimento equivalente ou constante é 
valido para todos os tamanhos do tipo de 
válvula ou conexão com que é identificado. 
Os fatores de atrito para tubulação de 
aço comercial e limpo com a vazão 
turbulenta (fT), para tamanhos nominais de 
1/2 a 24" (15 a 600 mm) são tabulados no 
inicio da Tabela do Fator K (A.26) . 
Há algumas resistências à vazão na 
tubulação, tais como as contrações e 
alargamentos graduais ou repentinos e 
entradas e saídas na tubulação, que 
possuem similaridade geométrica entre 
tamanhos. Os coeficientes de resistência 
(K) para estes itens são independentes do 
tamanho, como indicados pela ausência do 
fator de atrito em seus valores dados na 
tabela. 
Como dito anteriormente, o coeficiente 
de atrito é sempre associado com o 
diâmetro em que a velocidade no termo 
(v2/2gc) ocorre. Os valores na Tabela do 
fator K são associados com o diâmetro 
interno dos seguintes schedules de 
tubulações, para as várias classes de 
válvulas e conexões: 
 
 
Desempenho 
28 
Tab.1 - Fator K e Schedule 
Classe 300 e menor Schedule 40 
Classe 400 e 600 Schedule 80 
Classe 900 Schedule 120 
Classe 1500 Schedule 160 
Classe 2500 (1/2 a 6") XXS 
Classe 2500 (> 8") Schedule 160 
 
2.12. Coeficiente de Descarga 
O Cv da válvula depende do seu tipo. 
Para indicar a capacidade relativa entre 
válvulas diferentes, define-se o coeficiente 
de descarga, Cd: 
 
2
v
d
d
C
C = 
 
onde d é o diâmetro da válvula. 
2.13. Resistência Hidráulica 
Resistência hidráulica ou resistência 
acústica é variação da queda de pressão na 
válvula pela variação da vazão. 
 
dQ
dp
R = 
 
A resistência hidráulica é um parâmetro 
importante para a seleção da válvula, 
derivado da expressão do Cv. A partir da 
expressão do Cv, 
 
p
Q
Cv
D
r
= 
 
e da definição de resistência hidráulica (R), 
tem-se, para as condições turbulentas e 
uma válvula industrial: 
 
Q
p
2Rm
D
= 
 
onde Rm é a resistência hidráulica media, 
pois as resistências hidráulicas antes e 
depois da válvula são diferentes, 
Conclui-se que 
1. o Cvé grande para pequenas quedas 
de pressão e grandes vazões. 
2. a resistência hidráulica é grande para 
grandes quedas de pressão e pequenas 
vazões. 
3. Rangeabilidade 
Um fator de mérito muito importante no 
estudo da válvula de controle é a sua 
rangeabilidade. Por definição, a 
rangeabilidade da válvula de controle é a 
relação matemática entre a máxima vazão 
sobre a mínima vazão controláveis com a 
mesma eficiência. É desejável se ter alta 
rangeabilidade, de modo que a válvula 
possa controlar vazões muito pequenas e 
muito grandes, com o mesmo desempenho. 
Na prática, é difícil definir com exatidão o 
que seja controlável com mesma eficiência 
e por isso os números especificados variam 
de 10 a 1 000%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.6. Característica e rangeabilidade da válvula 
 
 
Em inglês, rangeabilidade (rangeability) 
é também chamada de turn-down. 
A rangeabilidade realmente dá a faixa 
usável da válvula. O mais importante é ter 
bom senso e tratar o conceito de 
Desempenho 
29 
rangeabilidade sob um ponto de vista 
qualitativo. Este conceito é importante por 
duas razões: 
1. ele diz o ponto em que se espera que a 
válvula atue em liga-desliga ou perca 
completamente o controle, devido a 
vazamentos, 
2. ele estabelece o ponto em que a 
característica começa a se desviar do 
esperado. 
Buckley define rangeabilidade como 
sendo a relação entre a vazão 
correspondente a 95% de abertura da 
válvula (x = 0.95 xmax) sobre a vazão 
correspondente a 10% da abertura 
(x = 0.10 xmax). Isto significa que a válvula 
opera de um modo eficiente entre 10% e 
95% de sua abertura total. 
A rangeabilidade da válvula está 
associada diretamente à característica da 
válvula. A válvula com característica 
inerente de abertura rápida está 
praticamente aberta a 40%, pois ela só 
fornece controle estável entre 10% e 40% e 
sua rangeabilidade é de 4:1. A válvula de 
abertura rápida tem uma ganho variável, 
muito grande em vazão pequena e 
praticamente zero em vazão alta. Ela é 
instável em vazão baixa e inoperante em 
alta vazão. 
A rangeabilidade da válvula com 
característica inerente linear é de 10:1 pois 
ela fornece controle entre 10 e 100%. A 
válvula linear possui ganho (sensibilidade) 
uniforme em toda a faixa de abertura da 
válvula, ou seja, a mesma dificuldade e 
precisão que se tem para medir e controlar 
100% da vazão, tem se em 10%. 
A válvula com característica inerente de 
igual percentagem tem rangeabilidade de 
aproximadamente 40:1, pois ela controla 
desde 2,5 a 100%. A válvula com igual 
percentagem possui ganho variável, 
pequeno em vazão baixa e elevado em 
vazão alta. Ela possui um desempenho 
excelente em baixas vazões e é instável 
para vazões muito elevadas. 
Patranabis define a rangeabilidade 
como a relação do Cv máximo sobre o Cv 
mínimo da válvula. 
Lipták define rangeabilidade intrínseca 
como a relação do Cv(max) para o Cv(min), 
entre os quais o ganho da válvula não varie 
mais que 50% do valor teórico. Por esta 
definição, a rangeabilidade da válvula linear 
é maior do que a da válvula de igual 
percentagem. 
Na consideração da rangeabilidade da 
válvula, é importante se considerar que a 
rangeabilidade da válvula instalada é 
diferente da rangeabilidade teórica, fora do 
processo. A rangeabilidade instalada é 
sempre menor que a teórica. Isso ocorre 
porque o Cv instalado é geralmente maior 
que o Cv teórico. Por exemplo, se o Cv real 
é cerca de 1,2 do Cv teórico, a máxima 
vazão controlada pela válvula é cerca de 
80% da abertura da válvula. Se a válvula é 
de igual percentagem, 80% da abertura 
corresponde a cerca de 50% da vazão. 
Deste modo, a rangeabilidade instalada real 
é a metade da teórica inerente. 
4. Controle da Válvula 
4.1. Ganho 
O ganho estático de qualquer 
instrumento é a relação entre a entrada 
sobre a saída. O ganho dinâmico é a 
relação entre a variação da entrada sobre a 
variação da saída. Na válvula de controle, a 
entrada é o deslocamento (x) da haste e a 
saída é a vazão correspondente (q). O 
ganho dinâmico da válvula é a relação entre 
a variação de vazão sobre a variação da 
sua haste. 
Matematicamente, 
 
x
Q
Gv ¶
¶
= 
 
ou na forma normalizada: 
 
x
Q
Q
1
G
n
Nv ¶
¶
= 
onde 
Q é a vazão instantânea 
Qn é a vazão normal de operação 
x é o deslocamento da haste da válvula 
Xo é o deslocamento correspondente à 
abertura total 
Desempenho 
30 
Gv é o ganho da válvula 
GNv é o ganho normalizado, expresso 
como percentagem, com a vazão 
variando em percentagem (Q/Qn) e 
a haste variando em percentagem 
(x/Xo). 
Por exemplo, se uma válvula é capaz de 
manipular 500 LPM, quando totalmente 
aberta, o seu ganho é de 5 LPM/%. 
O ganho do processo, sob o ponto de 
vista da válvula de controle, é a variação da 
variável de processo controlada sobre a 
variação de vazão manipulada 
correspondente. Por exemplo, quando se 
controle o nível h através da manipulação 
da vazão q, o ganho do processo vale: 
 
dQ
dh
Gp = 
 
assumindo todas as outras condições 
constantes. 
Como já visto, a vazão de um líquido 
através da válvula depende do Cv, da 
característica da válvula, da queda de 
pressão através da válvula e da densidade 
relativa do líquido em relação a água. Para 
que a vazão que varie com a posição da 
válvula, com uma queda de pressão e 
gravidade especificas constantes, o 
coeficiente Cv deve variar também com a 
posição da válvula. Assim, o Cv é função da 
posição da válvula. 
Do mesmo modo que a rangeabilidade 
da válvula, o seu Cv teórico ou inerente 
(Cvt) é diferente do Cv real ou instalado 
(Cvr). 
Tem-se 
 
Cvr = Cvt . x (válvula linear) 
 
Cvr = Cvt . ax-1 (válvula igual 
percentagem 
 
onde a é um parâmetro de rangeabilidade 
da válvula. 
Das relações entre o coeficiente de 
vazão Cvt e a posição da válvula (x), 
considerando a queda de pressão e a 
densidade constantes, pode-se calcular os 
ganhos das válvulas linear e de igual 
percentagem: 
Válvula linear 
 
Vazão Q = Cvt . x 
 
Ganho dQ/dx = K Cvt 
 
Válvula de igual percentagem 
 
Vazão Q = Cvt . ax-1 
 
Ganho dQ/dx = KCvt ax-1 
 
Pela analise das relações matemáticas 
tem-se: 
1. o ganho inerente da válvula linear é 
constante e independe da posição da 
válvula. 
2. o ganho inerente (com queda de 
pressão através da válvula constante) 
da válvula de igual percentagem varia 
diretamente com a posição da válvula. 
Isto pode ser fácil e diretamente 
observado nas curvas das características 
inerentes da válvula. A inclinação da curva 
(ganho) da válvula linear é constante: a 
inclinação da curva da válvula de igual 
percentagem é pequena em vazões baixas 
e grande, nas vazões elevadas. 
O ganho instalado é diferente do ganho 
inerente. Realmente como mostrado pelas 
curvas, o ganho instalado da válvula de 
igual percentagem é mais constante que o 
ganho instalado da válvula linear. O ganho 
instalado da válvula linear é grande em 
pequenas vazões e pequeno em grandes 
vazões. Ou seja, o ganho instalado da 
válvula de igual percentagem é 
aproximadamente igual ao ganho inerente 
da válvula linear. O ganho instalado da 
válvula linear é aproximadamente igual ao 
ganho inerente da válvula de abertura 
rápida. 
4.2. Dinâmica 
A válvula com atuador pneumático é o 
elemento final de controle mais usado. Ela 
faz parte da maioria das malhas de controle 
automático e continuo dos processos 
industriais. 
A posição da haste (ou a posição do 
plug no fim das haste) determina o tamanho 
Desempenho 
31 
da abertura para a passagem da vazão. A 
posição da haste é determinada pelo 
balanço de todas forças que agem nela. 
Tem-se 
pA - força exercida pelosinal pneumático 
no topo do diafragma, onde 
p é a pressão que abre e fecha a válvula 
(20 a 100 kPa), proveniente da 
saída do controlador, 
A é a área do diafragma. 
Nesta válvula, a força age para baixo. 
Kx - força exercida pela mola acoplada à 
haste e ao diafragma, onde 
K é a constante de Hook da mola, 
x é o deslocamento da haste, 
M massa da haste da válvula. 
Nesta válvula, esta força age para cima. 
C dx/dt - força de atrito exercida para 
cima e resultante do contato direto 
entre a haste e o engaxetamento da 
válvula, onde 
C é o coeficiente de atrito entre a haste e 
o engaxetamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2..7. Forças no atuador da válvula 
 
 
Pela segunda lei de Newton (força = 
massa x aceleração), 
 
2
2
dt
xd
g
M
dt
dx
CKxpA =-- 
 
ou 
 
p
K
A
x
dt
dx
K
C
dt
xd
g
M
2
2
=++ 
 
Esta é uma equação diferencial do 
segundo grau; a válvula exibe uma dinâmica 
de segunda ordem inerente. 
Sua função de transferência vale: 
 
1s
K
C
s
gK
M
K
A
)s(p
)s(x
2 ++
= 
 
Na prática, como M é muito menor que 
K g (a massa da haste é muito menor que o 
produto da constante da mola pela 
aceleração da gravidade), tem-se a função 
de transferência de um sistema de primeira 
ordem: 
 
1)(
)(
+
=
s
K
C
K
A
sp
sx
 
 
Interpretando fisicamente o significado 
das equações diferenciais, o modelo 
matemático da válvula que descreve seu 
comportamento dinâmico é de segunda 
ordem. Porém, a resposta às variações das 
válvulas pequenas e medias (pequeno M) é 
tão rápida, que sua dinâmica pode ser 
considerada de primeira ordem. 
Adicionalmente, quando o coeficiente de 
atrito é desprezível e a constante da mola é 
grande (C/K = 0) a dinâmica da válvula 
pode ser desprezada. Neste caso, fica 
apenas um ganho constante, que relaciona 
a saída do controlador com a vazão do 
fluido através da válvula. 
4.3. Controlabilidade da Válvula 
A constante de tempo do processo 
depende do tamanho da válvula e como 
conseqüência, a banda proporcional 
ajustada no controlador é função do 
tamanho da válvula. 
Uma válvula superdimensionada, com o 
Cv instalado maior do que o necessário, 
opera apenas na parte inferior de sua 
excursão, próxima de seu fechamento e 
Desempenho 
32 
numa largura de faixa menor que 100%. 
Dito de outro modo, o ganho da válvula 
superdimensionada é grande e a banda 
proporcional ajustada no controlador 
correspondente deve ser larga, para 
compensar. 
5. Vedação e Estanqueidade 
5.1. Classificação 
Não se deve usar uma única válvula 
para fornecer simultaneamente as funções 
de controle e de vedação completa (tight 
shutoff). As melhores válvulas para bloqueio 
não são necessariamente as melhores 
escolhas para o controle. 
A vedação entre entrada e saída da 
válvula está relacionada com a 
possibilidade e probabilidade de vazamento. 
A norma ANSI B16.104 (1976) 
1. trata do vazamento de válvulas de 
controle novas e sem uso 
2. se limita a válvulas com Cv acima de 0,1 
3. especifica os procedimentos e 
tolerâncias dos testes para seis classes 
de vazamento 
4. é dirigida para fabricantes 
5. não se pode esperar que os vazamentos 
estabelecidos devam ser mantidos após 
a válvula ser colocada em operação 
O preço de um a válvula aumenta muito 
quando se exige um teste de vazamento; em 
alguns casos o preço dobra. 
Qualquer vazão através da válvula 
totalmente fechada, quando exposta à 
pressão diferencial e à temperatura de 
operação é chamada de vazamento 
(leakage). O vazamento é expresso como 
uma quantidade acumulada durante um 
período de tempo especifico, para 
aplicações de fechamento com vedação 
completa ou como percentagem da 
capacidade total, para as válvulas de 
controle convencionais. 
Os vazamentos especificados pelos 
testes da ANSI não podem ser extrapolados 
para outras pressões diferenciais e para 
outros fluidos diferentes dos usados. A 
vazão de vazamento é laminar e o Cv da 
válvula não importa e é usado apenas como 
critério para o tamanho relativo do orifício. 
Quando se compra um teste de válvula, 
tem-se apenas a garantia que a válvula é 
capaz de atender uma certa medida de 
estanqueidade. Para reter esta 
característica em operação, a válvula requer 
manutenção preventiva periódica e para 
muitos fluidos, o vazamento pode exceder 
os limites desejados. 
 
 
Tab. 2.1. Classificação de estanqueidade das válvulas 
conforme ANSI B16.104-1976 
 
Classe I Não testadas nem garantidas para 
vazamentos 
Classe II Vazamento menor que 0.5% da 
vazão máxima 
Classe III Vazamento menor que 0.1% da 
vazão máxima 
Classe 
IV 
Vazamento menor que 0.01% da 
vazão máxima 
Classe V Vazamento menor que 5x10-4 
mL/min de vazão d'água por 
polegada do diâmetro da sede 
Classe 
VI 
Válvula com sede macia e 
vazamento expresso como vazão 
volumétrica de ar, com pressão 
diferencial nominal de até 345 kPa 
(345 psig), conforme a Tab. 2.2.. 
 
 
Não se espera que a válvula de 
controle seja à prova de vazamento, mas se 
a vedação da sede é importante, existem 
meios de se conseguir resultados 
satisfatórios. Pode se dizer que uma sede 
macia veda, para fins práticos. 
De acordo com a norma (ANSI B 
16.104), as válvulas são categorizadas em 
seis classes, de acordo com seu vazamento 
permissível. Estes limites de estanqueidade 
são aplicáveis apenas à válvula nova, sem 
uso. 
 
Desempenho 
33 
 
Tab. 2.2. Classificação de estanqueidade das válvulas 
Classe VI por ANSI B16.104-1976 
 
Diâmetro nominal Vazamento 
Inch mm mL/min 
1 25 0,15 
1 ½ 38 0,30 
2 50 0,45 
3 75 0,90 
4 100 1,70 
6 150 4,00 
8 200 6,75 
5.2. Vazamento 
Alguns fabricantes listam em seus 
catálogos os coeficientes de vazão, Cv, 
aplicáveis para as válvulas totalmente 
abertas e os valores dos vazamentos, 
quando totalmente fechadas. Estes valores 
só valem para a válvula nova, limpa, 
operando nas condições ambientes. Após 
alguns anos de serviço, o vazamento da 
válvula varia drasticamente, em função da 
instalação, temperatura, pressão e 
características do fluido. 
A estanqueidade depende da 
viscosidade dos fluidos; fluidos com 
viscosidade muito baixa são muito difíceis 
de serem contidos; por exemplo, 
dowthermÒ, freonÒ, hidrogênio. 
A temperatura afeta o vazamento, 
principalmente quando o corpo da válvula 
está a uma temperatura diferente da 
temperatura do plug ou quando o 
coeficiente de dilatação termal do material 
do corpo é diferente do coeficiente do 
material do plug. Em algumas válvulas, por 
exemplo, nas borboletas, é prática usual 
deixar espaçamentos entre o disco e a 
sede, para acomodar a expansão do disco, 
quando se tem grandes variações de 
temperatura do processo. O vazamento 
nestas válvulas será maior quando se 
estiver operando em temperaturas abaixo 
da temperatura de projeto da válvula. 
Gradientes de temperatura através da 
válvula também podem gerar tensões 
mecânicas que provocam ou aumentam o 
vazamento. Tais gradientes são freqüentes 
em serviço de mistura de fluidos em 
válvulas de três vias, quando tais fluidos se 
encontram em temperaturas diferentes. 
Tensões mecânicas na tubulação onde 
está instalada a válvula podem também 
provocar vazamentos na válvula. Por isso 
deve se tomar cuidados em sua instalação e 
principalmente no aperto dos parafusos. 
Deve-se isolar a válvula das forças externas 
da tubulação, através de suportes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.8. Estanqueidade da válvula (bloqueio da 
entrada para a saída) 
 
5.3. Válvulas de Bloqueio 
Quanto maior a força de assentamento 
na válvula, menor é a probabilidade de 
ocorrer vazamentos. Somente as válvulaspequenas podem suportar grandes forças 
em suas sedes. Por isso, os materiais da 
sede devem ser duros, para suportar estas 
grandes forças de fechamento. Os materiais 
mais apropriados para aplicações com 
fluidos não lubrificantes, abrasivos, com alta 
temperatura são aço Stellite ou inoxidável 
endurecido 
Por outro lado, os materiais da sede 
devem ser macios para prover a vedação 
completa, durante longos períodos. Os 
materiais padrão são o TeflonR e Buna-N. 
O Teflon é superior na resistência à 
corrosão e na compatibilidade à alta 
temperatura (até 250 oC); o Buna-N é mais 
macio, mas é limitado a temperaturas abaixo 
de 100 oC. Estes materiais devem operar 
em pressões menores que 3 MPa (450 psig) 
e com fluidos não abrasivos. 
 
 
 
 
 34 
3. Aplicações 
 
 
 
Objetivos 
1. Listar todas as informações 
necessárias para selecionar, 
dimensionar e especificar uma 
válvula de controle. 
2. Avaliar a necessidade de cada dado 
individual e as tolerâncias 
associadas devidas às distorções 
humanas. 
3. Listar as razões para documentar e 
preservar as fontes de dados e as 
razoes atrás das decisões tomadas. 
4. Apresentar os termos usuais 
associados com a vazão de fluido 
através de uma válvula de controle 
5. Propor as equações básicas para a 
vazão de líquidos e gases através de 
uma válvula. 
1. Dados do Processo 
1.1. Coleta de dados 
Depois da analisar a aplicação, definir a 
função da válvula e estabelecer os fatores 
de segurança, o próximo passo é coletar os 
dados confiáveis a serem usados na 
seleção e dimensionamento da válvula. 
Estes dados devem ser documentados 
adequadamente para uso e referência 
futuros. 
Porém, às vezes, a coleta de dados 
completos e confiáveis é a parte mais difícil 
do trabalho. Em plantas novas, durante o 
projeto, muita informação ainda não é 
disponível, muitos números são 
aproximados e todos os dados podem sofrer 
revisão. Isto significa que o primeiro projeto 
é baseado em muitas hipóteses e 
aproximações. Quando o equipamento é 
comprado e o layout da planta fica pronto, 
os dados se tornam definitivos, mas 
diferentes dos originais. Os dados 
definitivos seriam aqueles dos fabricantes 
das bombas e de outros equipamentos, 
depois de recebidos e analisados. Mas, 
geralmente isto é muito tarde. Muitas vezes, 
depois que a válvula foi comprada, os 
dados são alterados, resultando em não 
cumprimento de orçamentos e cronogramas. 
Em plantas existentes, os dados podem 
ser também não confiáveis, pois os 
desenhos desaparecem, as modificações 
não são documentadas, as tubulações são 
modificadas, as plaquetas de identificação 
de instrumentos e equipamentos 
desaparecem ou ficam ilegíveis, as 
espessuras das paredes de tubulações se 
alteram ou são desconhecidas. 
Cada firma de engenharia e cada planta 
tem métodos de operação diferentes, fontes 
diferentes e pessoas diferentes, de modo 
que não existe uma única regra para a 
coleta dos dados confiáveis. Esta coleta de 
dados é mais um problema de gente do que 
de qualquer outra coisa. Quando se tem 
uma informação, é necessário julgar sua 
autenticidade e confiabilidade, que 
dependem da fonte. Às vezes, se necessita 
de uma informação que ainda não é 
disponível, pois os cronogramas se baseiam 
no que é desejável e não no que é possível. 
Incertezas de números resultam sempre 
em superdimensionamento. O 
conservadorismo natural dos projetistas 
sempre resulta em válvula maior que a 
necessária, pois em caso de dúvida, sempre 
se toma a maior vazão ou a menor queda de 
pressão através da válvula. Todos os 
excessos se acumulam e no final se tem 
uma válvula maior que a correta e, no final, 
ela vai trabalhar em 40% de sua capacidade 
em vez de 80%. Projeto superdimensionado 
resulta em custos adicionais devidos a 
retrabalhos, multas de fornecedores, 
Aplicações 
 35 
manutenção mais freqüente, desperdício de 
energia e pior qualidade de controle. 
1.2. Condições de Operação 
O fluido que passa dentro da válvula 
deve ser completamente identificado em sua 
entrada, ou seja, deve se saber se 
1. o fluido é puro ou é uma mistura 
2. o fluido é limpo ou possui 
contaminantes 
Por exemplo, uma pequena quantidade 
de umidade no cloro faz uma grande 
diferença em seu poder de corrosão e 
portanto nos materiais de construção das 
partes molhadas da válvula. A água 
desmineralizada é corrosiva para alguns 
metais e a água potável pode não ser. Se 
fluido é uma mistura, sua composição deve 
ser conhecida. Se o líquido possui sólidos 
em suspensão formando uma lama (slurry), 
o conteúdo dos sólidos deve ser 
determinado. O conhecimento do tamanho 
das partículas maiores e sua dureza é 
necessário para a seleção da válvula. 
Composições multifásicas devem ser 
precisamente conhecidas para prever a 
vazão razoável dentro da válvula. Deve-se 
informar se há gases dissolvidos no líquido 
ou se o gás é condensável. Mesmo que as 
equações de dimensionamento independem 
destes fatores, eles ajudam no julgamento. 
Deve se saber se o fluido: 
1. é venenoso ou tóxico 
2. tem alguma propriedade química 
atípica 
3. é quimicamente estável, flamável ou 
pirofórico 
4. é polimerizável e em que condições 
ocorre a polimerização 
5. é corrosivo e os registros e 
experiências destas propriedades 
6. necessita de limpeza inicial da 
tubulação e qual a influência do 
líquido de limpeza na válvula. 
7. necessita de tratamento após a 
operação e como isso afeta a 
válvula. 
Deve-se estabelecer as propriedades 
físicas do fluido e as condições referidas. 
As condições padrão, definidas pela 
ISO 5024 (1976) são: 
Temperatura: 15,0 oC (288 K ou 59,0 oF) 
Pressão: 101,325 kPa (14,696 psi abs) 
Umidade relativa: 0% 
As condições de operação, de trabalho 
ou reais são aquelas efetivamente 
presentes no processo. 
Por exemplo, a vazão volumétrica de ar 
igual a 100 m3/h, nas condições reais de 30 
oC e 200 kPa equivalem a 
1. 100 m3/h real (30 oC e 100 kPa) 
2. 180 m3/h normal (0 oC e 101 kPa) 
3. 190 m3/h padrão (15 oC e 101 kPa) 
Em inglês, as unidades e abreviaturas 
comuns são: 
ACFM – actual cubic feet/minute – real 
ou pés cúbicos por minuto real 
SCFM – standard cubic feet/minute – ou 
pés cúbicos por minuto padrão 
Algumas propriedades das substâncias 
puras (como viscosidade, densidade, 
relação de calores específicos, pressão de 
vapor) variam com a temperatura e por isso 
deve se conhecer estas propriedades em 
toda a faixa de temperatura do processo. A 
pressão de vapor se aplica a líquidos e está 
relacionada com a sua evaporação e 
portanto com os fenômenos indesejáveis de 
cavitação e flacheamento, que podem 
ocorrer no interior da válvula. A viscosidade 
do gás está relacionada com a perda de 
carga na tubulação. A viscosidade 
raramente entra nos cálculos de 
dimensionamento de válvulas. A relação dos 
calores específicos (fator isentrópico) é 
necessária para todos os gases e vapores, 
pois está relacionada com o fator de 
compressibilidade e o afastamento do gás 
ideal ou perfeito. 
Devem ser conhecidos três valores de 
regime estável da vazão na válvula: 
1. vazão mínima controlada 
2. vazão máxima controlada 
3. vazão máxima requerida para se 
recuperar depois de um distúrbio. 
Estes dados permitem o cálculo da 
rangeabilidade, da margem de excesso da 
capacidade e da previsão de ruído da 
válvula. Também devem ser conhecidas as 
temperaturas em cada condição de 
operação, mínima, normal e máxima. Se 
houver alguma temperatura anormal que 
possa afetar os materiais da válvula, o valor 
e a duração desta temperatura devem ser 
conhecidos. 
Aplicações 
 36 
A pressão absoluta a montante (antes ou 
na entrada) da válvula deve ser computada 
para quatro condições: 
1. vazão mínimacontrolada 
2. vazão máxima controlada 
3. vazão máxima requerida para se 
recuperar depois de um distúrbio 
4. fechamento da válvula 
Para se obter a pressão a montante da 
válvula, deve se ter todos os dados na 
pressão da fonte (bomba ou compressor) e 
as curvas de desempenho de todos os 
equipamentos na fonte e entre a fonte e a 
válvula. Para se obter a pressão a jusante 
(depois ou na saída) da válvula, deve se ter 
todos os dados na pressão do receptor e de 
todos os equipamentos entre a válvula e o 
receptor que afetem a pressão. Se um 
líquido cavita ou flacheia devido à grande 
queda de pressão através da válvula, a 
massa e volume do vapor na saída devem 
ser determinados para uso nos cálculos da 
queda de pressão e velocidade. 
Além dos dados coletados para as 
condições normais de operação, deve-se 
também registrar os dados relacionados 
com outras condições que sejam 
importantes para o fabricante ou para a 
seleção e especificação da válvula. 
Exemplos deste tipo de informação incluem: 
1. Possibilidade de a válvula operar tanto 
em pressão positivo e sob vácuo, pois 
isto afeta o projeto do engaxetamento e 
o revestimento interno (quando 
aplicável). 
2. Pressão pulsante que requer 
equipamento auxiliar de amortecimento. 
3. Operação freqüente de liga-desliga em 
alta temperatura ou alta pressão. 
4. Precauções de segurança necessárias 
para eliminar os perigos potenciais que 
podem envolver acessórios como 
chaves limite, relés ou batente de 
parada. 
5. Máximo vazamento permissível quando 
a válvula estiver totalmente fechada. 
1.3. Distúrbios 
Distúrbio é qualquer alteração 
indesejável que ocorre no processo que 
tende a afetar o valor da variável 
controlada. Distúrbio é aquilo que torna 
necessário o controle automático do 
processo. Na seleção e dimensionamento 
da válvula de controle, quer se obter o 
desempenho adequado de controle com o 
mínimo custo. Um fator que afeta o 
desempenho do controle é a natureza do 
distúrbio que ocorre no processo. 
O distúrbio mais evidente que afeta a 
válvula é uma alteração na queda de 
pressão através da válvula. Se uma válvula 
está sujeita a perturbações de pressão a 
montante ou a jusante, deve-se conhecer a 
magnitude, duração e velocidade de 
variação deste distúrbio. Todos os 
distúrbios devem ser investigados para se 
coletar dados que possam ser usados para 
avaliar seus efeitos no sistema de controle e 
na válvula. Além desta investigação, deve-
se conhecer a tolerância do processo, ou 
seja, quanto, por quanto tempo e quão 
freqüente a variável controlada pode ficar 
fora do ponto de ajuste sem prejuízo para o 
controle do processo. A partir da análise 
deste dados, pode-se determinar o tempo 
de resposta da válvula e as mudanças do 
processo que devem ser feitas para se ter 
um controle aceitável. As mudanças podem 
incluir: maior pressão na saída da bomba, 
controle cascata, controle da fonte do 
distúrbio. 
A seleção e dimensionamento da válvula 
de controle não pode ser separada do 
projeto dos outros equipamentos do sistema 
de controle. Se uma válvula não tem 
operação crítica ou se não há distúrbios 
grandes, a válvula, tubulação e bomba 
podem ser selecionadas de acordo com a 
economia global. Geralmente a válvula tem 
maior queda de pressão disponível do que a 
calculada. Como ponto de partida e quando 
a tubulação já foi dimensionada 
corretamente, assume-se uma válvula com 
o diâmetro menor que a tubulação. Para se 
escolher a bomba, atribui-se um valor de 
resistência para a válvula, que é um fator 
associado com a velocidade na válvula e é 
usado para calcular a queda de pressão 
através da válvula, redutores e conexões. 
O fator K depende do tipo da válvula e é 
mostrado na Tab. 1. 
 
 
Aplicações 
 37 
Tab. 1. Fator K e tipo de válvula 
 
Tipo de válvula Fator K 
Globo 6 
Borboleta 3 
Esfera especial .2 
Esfera padrão 11 
 
 
Na seleção da bomba, tubulação e 
válvula, deve-se considerar os tamanhos 
diferentes da válvula e da tubulação e, 
como resultado, do uso de redutores e 
alargadores, que também possuem seu 
fator K. Por exemplo, se na tubulação de 8" 
vai ser usada uma válvula borboleta de 6", 
as resistências no cálculo da bomba 
incluem: 
1. fator K da válvula borboleta de 6" (3) 
2. fator K do redutor de 8" para 6" 
3. fator K do alargador de 6" para 8" 
Pelos dados da tabela de conexões, 
obtém-se 0,29 para as conexões e a 
resistência total fica K = 3,29, que é um 
número baseado na velocidade na entrada 
da válvula e não no tamanho da tubulação 
principal. Para colocar o coeficiente da 
resistência em termos do tamanho da 
tubulação principal, deve-se multiplicar o 
fator K por (D/d)4, onde 
D é o diâmetro interno da tubulação 
principal, 
d é o diâmetro interno da entrada da 
válvula. 
No exemplo acima, tem-se 
 
87,9
065,6
981,7
29,3
4
=÷
ø
ö
ç
è
æ´ 
 
Para qualquer tipo e tamanho de válvula 
e tamanho da tubulação, o coeficiente de 
resistência para a válvula e redutores, em 
termos da velocidade da tubulação principal 
é 
2
v
2
p
4
CF
D890K = 
onde 
Fp é o fator de geometria da tubulação, 
adimensional 
Cv é o coeficiente de vazão da válvula ou 
coeficiente de dimensionamento da válvula 
D é o diâmetro interno da tubulação 
Quando o fluido é um líquido com 
viscosidade muito elevada, a queda de 
pressão através da válvula é importante 
para o dimensionamento da bomba. Os 
líquidos de alta viscosidade geralmente são 
não newtonianos e exigem cálculos 
experimentais especiais e os dados 
reológicos completos na temperatura de 
operação. 
1.4. Tempo de resposta 
O tempo de resposta da válvula depende 
da dinâmica do processo e dos tipos dos 
distúrbios que o afetam. Por exemplo, qual 
deve ser a resposta da válvula de controle 
de nível na saída de um tanque. Se o maior 
distúrbio é a interrupção repentina da vazão 
de entrada do tanque, a válvula deve ser 
capaz de se fechar antes que o tanque se 
esvazie. Isto significa que, quanto maior o 
tanque, mais lenta pode ser a válvula de 
controle. Em determinados casos, pode ser 
necessário colocar equipamentos auxiliares 
para apressar a velocidade da válvula, 
como posicionador ou solenóide. 
1.5. Tubulação 
A válvula de controle deve estar de 
conformidade com as normas aplicáveis à 
tubulação. A tubulação é especificada de 
conformidade com as normas para que haja 
uniformidade de tubulação, válvulas e 
conexões. Exemplos de discrepâncias que 
podem ocorrer: 
1. válvula de controle de ferro fundido 
possui face da flange diferente da 
existente em tubulação de aço. 
2. válvula de controle flangeada 
especificada para tubulação rosqueada. 
3. a pressão estática da linha pode 
danificar o diafragma de uma válvula, 
embora o corpo da válvula possa 
suportar esta pressão. 
4. válvula com revestimento interno 
instalada em tubulação sem 
revestimento. 
A configuração da tubulação é 
importante para a válvula de controle pelas 
seguintes razões: 
Aplicações 
 38 
1. cálculo das pressões na entrada e na 
saída da válvula, que dependem das 
conexões, comprimento e elevações 
da tubulação. 
2. conexões (cotovelos, tês, 
bifurcações) e descargas de bomba 
ou ventiladores próximas da entrada 
da válvula que perturbam o perfil de 
velocidade da vazão, de modo que a 
vazão dentro da válvula fica instável 
e imprevisível. 
3. válvula com grande capacidade é 
mais afetada que a de pequena 
capacidade 
4. válvula borboleta é mais afetada pela 
distorção do perfil de velocidade do 
que as válvulas globo. 
Manter grandes trechos retos, mínimo de 
seis diâmetros de tubulação, antes da 
válvula diminui ou elimina as perturbações. 
Conexão como cotovelo, que provocar 
redemoinho, requermaior trecho reto para 
eliminar os distúrbios. 
Quando um líquido entra em 
flacheamento (flashing) depois de passar 
pela válvula, a descarga contem um grande 
volume de vapor. A configuração da 
tubulação se torna importante, tanto para o 
desempenho de controle da válvula quanto 
para a integridade da tubulação. 
1.6. Fatores ambientais 
O ambiente pode ter uma grande 
influência na seleção e dimensionamento da 
válvula de controle. Por isso, devem ser 
conhecidos: 
1. condições climáticas de extremos de 
temperatura e umidade relativa 
2. zona sísmica 
3. elevação acima do nível do mar ou faixa 
de pressões atmosféricas 
4. condições locais de radiação e alta 
temperatura 
5. procedimentos atípicos da planta, como 
lavagem e descontaminação. 
6. classificação elétrica da área e a 
composição de qualquer gás, pó ou 
fibra flamável. 
7. tolerância ao ruído do local da válvula. 
Os fatores não técnicos que entram na 
seleção da válvula geralmente são 
econômicos e incluem: 
1. Restrições de orçamento 
2. Prazo de entrega 
3. Vida esperada da planta 
4. Oficina para manutenção e 
calibração 
É útil conhecer as opiniões, preconceitos 
e habilidades das pessoas que devem 
conviver com a válvula. Se elas não 
acreditam que a válvula irá operar, ela 
certamente não irá! 
1.7. Documentação 
Há vários motivos justos para se registrar 
todos os dados, fontes de dados e cálculos 
desde o começo do projeto: 
1. um registro legível, facilmente 
encontrado, pode ser útil, quando 
procurado 
2. as modificações devem ser sempre 
documentadas 
3. as razões das modificações também 
devem ser escritas 
4. as modernizações, ampliações e 
revisões futuras ficam mais fáceis 
quando já existe documentação 
confiável da planta em operação 
1.8. Normas e Especificações 
Sociedades técnicas, associações de 
comercio e agências de governo que 
possuem normas e especificações de 
válvulas mais conhecidas e importantes: 
ASTM (American Society for Testing 
Materiais) 
Estabelece e escreve as exigências 
físicas e químicas de todos os materiais 
usados na fabricação das válvulas e 
conexões. 
API (American Petroleum lnstitute) 
Estabelece as normas de compra de 
válvulas e conexões para a indústria 
petroquímica. 
UL (Underwriters Laboratories) e FM 
(Factory Mutual) 
Laboratórios de certificação que 
estabelecem normas de projeto e 
desempenho de válvulas e conexões 
usadas no serviço de proteção contra 
Aplicações 
 39 
incêndio e manipulação de líquidos 
perigosos. 
ASME (American Society of Mechanical 
Engineers) 
Estabelece códigos cobrindo 
especificações de pressão e temperatura, 
espessuras mínimas de paredes, 
especificações de roscas para válvulas 
feitas de materiais que estão de 
conformidade com as especificações ASME. 
As principais normas editadas pela ISA 
(Instrument Society of America) relativas a 
Válvulas de Controle são as seguintes: 
1. ISA S75.01-1985, Flow Equations for 
Sizing Control Valves 
2. ANSI/ISA S75.02-1982, Control Valve 
Capacíty Test Procedure 
3. ANSI/ISA S75.03-1985, Face-to-Face 
Dímensíons for Fianged Globe-Style 
Control Valve Bodíes. 
4. ANSI/ISA S75.04-1985, Face-to-Face 
Dimensions for Flangeless Control 
Valves. 
5. ISA S75.05-1983, Control Valve 
Terminology 
6. ISA S75.06-1981, Control Valve 
Manifold Designs 
7. ANSI/ISA S75.11-1985, Inherent Flow 
Characteristíc and Rangeabilíty of 
Control Valves. 
8. ISA S75.14-1985, Face-to-Face 
Dímensions for Butterweld-End Globe 
Style Control Valves. 
2. Válvula para Líquidos 
2.1. Vazão ideal através de uma 
restrição ideal 
Seja um fluido perfeitamente 
incompressível vazando através de um 
restrição com formato tal que os jatos 
adiram nas paredes sem separação. A 
velocidade do fluido é suficientemente alta 
para o fluido ser totalmente turbulento. 
Sendo ideal, não há perda de pressão. 
Quando há uma restrição, há uma variação 
nas formas de energia hidráulica e cinética. 
De acordo com a conservação de energia e 
com a continuidade a 
vazão tem-se os seguintes fatos: 
1. em qualquer ponto da tubulação a vazão 
é a mesma 
2. a vazão volumétrica, em qualquer ponto 
vale o produto da velocidade do fluido e 
com a área da seção transversal 
3. na restrição, a área diminui, a velocidade 
aumenta e a pressão estática na 
tubulação diminui 
4. depois da restrição, a área volta a 
aumentar, a velocidade diminui para seu 
valor original e a pressão estática 
aumenta 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3.1. Tubulação com vazão 
 
 
Matematicamente, tem-se 
 
2211 vAvAq == (3.1) 
 
22
1
2
1 mvvA
A
v == (3.2) 
 
onde 
q é a vazão volumétrica 
v é a velocidade do fluido 
A é a área de passagem 
1 e 2 são os índices para as condições a 
montante e na restrição, 
respectivamente. 
Pelo teorema de Bernoulli para a 
conservação da energia, tem-se: 
 
2
2
2
1
2
1 H
g2
v
H
g2
v
+=+ (3.3) 
 
)H(H g2vv 21
2
1
2
2 -=- (3.4) 
 
onde g é a aceleração da gravidade 
Aplicações 
 40 
Combinando-se as eqs. (3.2), (3.4) e 
(3.1), tem-se 
 
2
21
m1
)HH(g2
Aq
-
-
= (3.5) 
 
As restrições nunca são ideais e as 
tubulações sempre apresentam alguma 
rugosidade, de modo que há uma perda de 
pressão ao longo da tubulação e a restrição 
altera a vazão que passava na tubulação 
antes de sua colocação. Para considerar 
esta perda, é introduzido o fator 
experimental chamado de coeficiente de 
descarga e a velocidade de aproximação 
 
2m1
1
F
-
= (3.6) 
 
e a equação da vazão através de um tubo 
venturi com formato bem definido se torna 
 
)HH(g2FACq 2121 -= (3.7) 
 
2.2. Vazão através da válvula 
Um tubo venturi Herschei é quase uma 
restrição ideal. Válvulas, placas de orifícios 
e muitas outras restrições estão muito longe 
do ideal. O fluido forma seus próprios 
canais de entrada e saída. A garganta é a 
parte mais estreita do jato quando ele se 
contrai a uma área mínima logo depois do 
orifício (vena contracta). Como a área da 
vena contracta não é conhecida, deve-se 
alterar o fator experimental para incluir um 
coeficiente de contração 
 
o
vc
1 A
A
CC = (3.8) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3.2. Geometria do tubo venturi 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3.3. Geometria da placa de orifício 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3.4. Geometria da válvula de controle 
 
 
Com o venturi e mesmo na placa de 
orifício, a pressão da vena contracta é 
acessível, mas ela é inacessível na válvula. 
Felizmente, a recuperação da pressão após 
a vena contracta apresenta uma relação 
constante com a queda de pressão de 
interesse e a queda de pressão na vena 
contracta. Esta relação é constante para 
qualquer restrição fixa desde que a 
densidade do líquido permaneça constante. 
Esta relação produz um fator que permite a 
substituição da queda de pressão total na 
equação 
 
Aplicações 
 41 
vc1
21
L HH
HH
F
-
-
= (3.9) 
 
onde 
FL é o fator de recuperação da pressão. 
Por exemplo, para uma norma ASME, o 
FL da placa vale 
 
212,0)925,0970,0FL =-= 
 
Combinando as eq. (6-7) e (6-8) e (6-9) 
tem-se 
 
)HH(g2
F
CFA
q 21
L
o -= (3.10) 
 
Quando se usam unidades inglesas 
 
G
p
F
CFA
0,38q
L
o D= (3.11) 
Fazendo 
 
L
o
v F
CFA
0,38C = (3.12) 
 
tem-se 
 
G
pCq v
D= (3.13) 
 
O importante neste desenvolvimento é a 
eq. (3.13) e os fatores que constituem o 
coeficiente Cv. Se as condições de vazão 
fazem qualquer um destes coeficientes ser 
diferente do valor quando a válvula foi 
testada em laboratório, o Cv é afetado e 
deve seraplicado algum fator de correção. 
As variações mais comuns incluem: 
1. 1 .variação na área do orifício 
2. variação na velocidade de 
aproximação 
3. variação na viscosidade do líquido 
4. vazão turbulenta se tornar laminar 
5. distúrbios no perfil de velocidade, 
tornando-o anormal e assimétrico 
Em vazão de líquido, o fator de 
recuperação da pressão (FL) permanece 
constante desde que não haja mudança de 
estado. Se ocorrer vaporização do líquido, 
a recuperação de pressão será menor e o 
fator FL que está contido no Cv 
especificado da válvula pode não mais 
servir para prever a pressão na vena 
contracta. 
2.3. Tubulação não padrão 
Quando uma válvula é testada em seu 
Cv em laboratório, são usados os 
procedimentos de teste da ISA. Entre 
outras coisas, esta norma especifica que 
1. o diâmetro da tubulação seja o 
mesmo que o da válvula 
2. os trechos retos antes e depois da 
válvula tenham valores determinados 
mínimos 
Quando uma válvula é usada na planta, 
a geometria da tubulação é sempre 
diferente daquela usada no teste de 
laboratório. Vários fatores que constituem o 
Cv são afetados e isto requer o primeiro 
fator de correção, o fator da geometria da 
tubulação. Desde que o número possível 
de configurações de tubulação é muito 
grande, não é possível derivar um fator Fp 
para todas as configurações possíveis e 
para todos os tipos de válvula. Atualmente, 
os únicos valores disponíveis são para 
válvula com redutores concêntricos 
adjacentes localizados em uma tubulação 
reta. Ainda não há dados publicados sobre 
os efeitos de cotovelos, tees, válvulas de 
bloqueio, localizados imediatamente depois 
de válvulas de controle. 
Em muitos problemas de 
dimensionamento de válvula, o tamanho da 
tubulação é conhecido mas não são 
conhecidos os tamanhos da válvula e dos 
redutores. É conveniente calcular o Cv da 
válvula combinada com os redutores. O 
produto do fator de geometria da tubulação 
pelo Cv especificado da válvula é 
equivalente ao Cv da válvula e dos 
redutores combinados. Os valores de Fp 
podem ser determinados pelo teste físico 
das combinações válvula-redutor e também 
são publicados pelos fabricantes em 
catálogos. Outra alternativa, é computar Fp 
das dimensões físicas dos redutores ou do 
teste físico das conexões. Se Fp é derivado 
Aplicações 
 42 
de testes físicos, existem os seguintes 
problemas: 
1. redutores de tubulação de materiais 
diferentes podem provocar efeitos 
diferentes 
2. apenas configurações com idênticas 
conexões de entrada e saída são 
testadas. Não há dados disponíveis 
para apenas uma conexão de 
entrada ou para conexões de entrada 
e de saída diferentes. 
Se Fp é computado a partir de dados 
dimensionais, existem os seguintes 
problemas: 
1. os métodos computacionais 
consideram apenas variações na 
pressão e velocidade. Outros 
efeitos, como causados pela 
alteração do perfil de velocidade, não 
são mostrados. 
2. dados precisos de teste sobre a 
queda de pressão através de 
redutores convencionais não são 
disponíveis. Isto leva ao uso de 
fatores de pior caso. 
Os níveis de energia e pressão através 
de uma válvula com redutores são os 
seguintes: 
1. energia de pressão da entrada 
2. energia cinética de entrada 
3. queda no redutor 
4. queda de pressão para a vena 
contracta 
5. recuperação da pressão dentro da 
válvula (4) - (8) 
6. recuperação de pressão na 
expansão 
7. perda de energia cinética no redutor 
8. perda na válvula 
9. perda na expansão 
10. energia de pressão na saída 
11. energia cinética na saída 
12. perda total, (1) - (10) 
Para outras conexões vizinhas, 
diferentes do redutor e expansão, o 
conhecimento é limitado a generalidades 
baseadas em leis físicas conhecidas e na 
observação de campo. Sabe-se que quanto 
maior a relação das áreas (m) de uma 
orifício de medição, maior é a influência de 
configurações não-padrão de tubulações. 
No caso de válvulas, em vez da relação de 
áreas, pode-se tomar a relação seguinte 
como um critério 
 
2
v
d
d
C
C = 
 
onde 
Cd é chamado de capacidade relativa. 
Dependendo da severidade do distúrbio 
a montante, é necessário um maior trecho 
reto antes da válvula para se ter resultados 
previsíveis. Porém o erro resultante de 
trecho reto a montante insuficiente tende a 
ser maior com válvulas com grandes Cv. 
Algumas válvulas são mais afetadas que 
outras pelo perfil de velocidade e 
redemoinhos. 
Para computar um valor de Fp usando 
dados dimensionais ou de teste nos 
redutores de pressão, pode-se usar a 
seguinte equação: 
 
1
890
KC
1
F
2
d
p
+
=
å
 (3.14) 
onde 
 
å -++= 2B1B21 KKKKK 
 
Esta é a soma de todos os coeficientes 
de energia cinética para as conexões de 
entrada e de saída. 
K1 se refere a perda de pressão devida à 
turbulência 
K2 se refere a perda de pressão devida 
ao atrito 
KB1 e KB2 são os coeficientes de 
Bernoulli e se referem às conversões entre 
energia potencial e cinética. 
Todos os fatores K são coeficientes 
adimensionais. Os fatores KB são 
representados pela fórmula: 
 
4
4
2B1B
D
d1KK -== 
 
Se as entradas e saídas da tubulação 
são do mesmo tamanho, KB1 e KB2 são 
iguais e se cancelam na eq. (3.16), o que é 
lógico, pois não há mudança de energia 
Aplicações 
 43 
cinética das entradas e saídas com áreas 
iguais. 
Os coeficientes de resistência, K1 e K2, 
devem ser determinados por testes físicos. 
Dados publicados aparecem no Apêndice F 
do Driskell. A norma ISA apresenta fórmulas 
para seu cálculo, que são as seguintes: 
 
2
2
2
1
D
d
15,0K ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-@ (3.15) 
 
2
2
2
2
D
d
10,1K ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-@ (3.16) 
 
As eq. (3.15) e (3.16) podem ser escritas 
de modo mais simples como 
 
22
1 )1(5,0K b-@ (3.17) 
 
22
2 )1(0,1K b-@ (3.18) 
 
desde que 
D
d
=b 
 
Pela análise da eq. (3.14), nota-se que 
quanto maior a capacidade relativa da 
válvula medida pelo Cd, maior é o efeito dos 
redutores de tubulação. Por exemplo, uma 
válvula de 1" e Cv igual a 40, em uma 
tubulação de 2", tem sua capacidade 
reduzida de 37%. Porém, se o Cv é de 12, 
sua capacidade é reduzida de apenas 6%. 
Outro ponto interessante é que, se há 
uma expansão na saída da válvula, mas não 
há ,redutor em sua entrada, o Fp será maior 
do que 1,0. Este fato é estranho, pois 
parece que a expansão aumenta a 
capacidade da válvula. O fato ajuda a 
lembrar que uma variação no tamanho da 
linha causa uma mudança na velocidade e 
uma correspondente mudança na pressão 
estática. Uma diminuição na velocidade a 
jusante cria um aumento na pressão e um 
aparente diminuição na queda de pressão 
através da válvula. O que é mais 
surpreendente é quando o fator Fp é um 
número imaginário, o ganho de pressão 
através da expansão da tubulação excede a 
queda de pressão através da válvula. Isto 
ocorre quando a soma dos K é negativa e 
numericamente excede 890/Cd2 Considere 
a seguinte situação: 
1. uma válvula com Cd de 50 
2. não há redutor na entrada 
3. há uma expansão na saída com o 
diâmetro da tubulação dobro do 
diâmetro da válvula. 
Então, 
 
2B2 KKK -=å 
 
375,0)5,01()5,01( 422 -=---= 
 
Portanto, 
1
890
50375,0
1F
2p
+
´-
= 
 
que é o número imaginário 4,33 i. O melhor 
modo de racionalizar este paradoxo 
aparente é arranjar as equações de vazão 
para resolver o DP: 
2
c
2
p
2
CF
Gq
p =D 
 
Para o exemplo acima, Fp = -18,7, 
indicando que a queda de pressão através 
da válvula e da expansão é negativa. A 
expansão, pela redução da velocidade do 
fluido, aumentou a pressão mais do que a 
resistência da válvula e a conexãode 
entrada a diminuiu. Se SK é negativo e 
exatamente igual a 890/Cd2, a equação irá 
mostrar um Fp infinito. Isto indica que a 
queda de pressão através da combinação 
válvula e expansão é zero. Enquanto a 
física e matemática são corretos, o 
procedimento não é válido com estes altos 
valores para Cd, porque os dados de teste 
e valores de K não são suficientemente 
confiáveis. Isto é umas das várias 
demonstrações do fato de que, quando Cd 
se torna maior, a utilidade do Cv prever a 
vazão através de uma válvula se torna 
menos confiável. 
Aplicações 
 44 
3. Válvula para Gases 
A equação padrão para a vazão de 
líquido através de uma válvula tem várias 
limitações graves, geralmente como na 
prática industrial. Uma limitação é a 
vaporização do líquido resultando em 
cavitação ou flacheamento; outra é a 
viscosidade do líquido. Os fluidos 
compressíveis, como o gás ou vapor, 
raramente encontram condições que afetem 
as equações da vazão. 
3.1. Fluidos Compressíveis 
Os fluidos compressíveis se expandem 
quando a pressão diminui e como 
conseqüência, a densidade diminui quando 
o fluido passa da conexão a montante para 
a vena contracta. Isto significa que um gás 
deve ser acelerado até um valor maior do 
que uma igual massa de líquido. Para 
corrigir este efeito, inclui-se um fator de 
expansão (Y) na equação. Este fator é de 
mesma natureza que o fator de expansão 
comumente usado nas equações para 
placas de orifício e outros medidores 
geradores de pressão diferencial. Deve-se 
fazer outra alteração na equação 
incompressível. O termo Dp é substituído 
pelo produto xp1, onde x é a relação da 
queda de pressão Dp/p1. Quando se fazem 
estas modificações, a equação 
compressível se torna: 
 
11vp xpYCF3,63w g= (3.19) 
 
A expansão do gás faz a vazão seguir 
uma curva diferente da linha reta, que seria 
a vazão do fluido incompressível. Até este 
ponto, este desvio é causado pela 
expansão do fluido previamente descrito. 
Quando se atinge a velocidade sônica na 
vena contracta, uma abaixamento adicional 
na pressão a jusante não aumenta a 
velocidade na vena contracta (porem, o 
fluido pode ter velocidades supersônica 
depois da vena contracta). Se a restrição 
for um venturi ou bocal, a vazão se torna 
crítica (chocada), onde a garganta é 
confinada quando a velocidade sônica for 
atingida. Vazão crítica existe quando, em 
uma pressão a montante fixa, a vazão 
satura e não pode mais aumentar pelo 
abaixamento da pressão a jusante. Se a 
restrição for uma placa de orifício ou uma 
válvula, onde a vena contracta é não 
confinada, a área da garganta irá aumentar 
e a vena contracta irá migrar para um ponto 
a montante quando x aumenta além da 
relação sônica. Este processo continua até 
atingir um limite, quando a vena se move 
para a posição do orifício e atinge sua área 
máxima. Este valor limite de x para 
qualquer válvula específica é identificado 
pelo símbolo xT (T indicando terminal) e é 
chamado de fator de relação da queda de 
pressão. Se o valor real de x maior que xT, 
este número maior não contribui para a 
vazão. Assim, xT, um fator determinado 
experimentalmente para uma válvula 
específica é o maior valor de x que pode ser 
usado nas equações. Este é o motivo para 
o x aparecer na equação. 
Foi visto que o redutor e a expansão 
adjacentes da válvula devem ser 
considerados no cálculo do Cv da válvula 
através da inclusão do fator de modificação 
Fp. O fator xT é também modificado se a 
tubulação for reduzida e o redutor é 
considerado como parte da válvula, para 
fins de dimensionamento. Este fator xT 
ajustado é designado xTP e é dado por: 
 
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
=
1
1000
CKx
F
x
1x
2
diT
2
p
T
TP (3.20) 
onde 
 
1B1i KKK += (3.21) 
 
Felizmente, este ajuste de xT raramente 
influi na capacidade da válvula e 
provavelmente não influi na seleção da 
válvula. A correção se torna importante 
somente quando o Cd da válvula for grande 
e o diâmetro da válvula for muito menor que 
o da tubulação. 
Também aqui ocorre o paradoxo quando 
a válvula com grande Cd é seguida de uma 
expansão sem ter um redutor na entrada. 
Fp2 pode se tornar negativo ou infinito e a 
Aplicações 
 45 
pressão diferencial em que a válvula irá 
chocar não é bem definida. 
3.2. Fator de expansão 
Os valores do fator de expansão da 
maioria das válvulas variam linearmente 
com x. Teoricamente, as curvas se desviam 
levemente de uma linha reta, mas a 
representação linear tem duas justificativas: 
1. exceto para válvulas especiais, os 
testes de laboratório indicam que uma 
reta é o mais conveniente e ela está 
dentro das tolerâncias estabelecidas 
para os dados de dimensionamento 
2. as válvulas que não seguem este regra 
não seguem também as curvas 
teóricas. 
Quando se aceita uma curva reta para Y 
versus x, o ponto de vazão crítica vale 
 
Tx3
x
1Y -= (3.22) 
 
A maioria das válvula possui xT menor 
que 1,0 e uma minoria excede de 1,0. Estas 
poucas válvulas são construídas para fazer 
o fluido passar através de uma série de 
restrições. Se xT é maior que 1,0 a válvula 
não irá ter vazão crítica, independente da 
queda de pressão. Neste caso, xT perde o 
seu significado e só serve para estabelecer 
a inclinação da reta Y versus x. 
3.3. Relação dos calores específicos 
A eq. 7-4 se aplica para o fluido de teste, 
ar e todos os gases diatômicos, cuja relação 
de calores específicos seja igual a 1,4. 
Para outros gases e vapores, xT deve ser 
corrigido para a diferença das propriedades 
termodinâmicas. De novo, embora não seja 
teoricamente preciso, se usa um fator de 
correção, Fk, computado em base linear e 
dentro da tolerância do dimensionamento da 
válvula. 
Assim, 
 
40,1
k
Fk = (3.23) 
 
e a equação final para Y se torna 
 
TPkxF3
x
1Y -= (3.24) 
 
É interessante notar que a eq. (7.6) é 
semelhante à equação ASME para placa de 
orifício. 
Resumindo o desenvolvimento até agora, 
tem-se: 
1. uma equação de vazão mássica 
baseada na pressão a montante e na 
densidade, 
2. uma relação da queda de pressão x que 
é limitada a um valor máximo na 
equação, que vale o produto de Fk x 
TP. 
3. fator xT é determinado em teste de 
laboratório com ar 
4. a modificação para xT incluir os 
redutores pode ser feita em teste de 
laboratório ou por cálculos 
5. fator Fk é um modificador de xT para 
fluidos diferentes do ar e é baseado nas 
propriedades termodinâmicas do gás, 
especificamente na relação dos calores 
6. fator de expansão Y depende da relação 
de x com o valor crítico de x, expresso 
como Fx versus TP. 
7. todos os fatores que constituem Y 
possuem dimensão e devem ser usadas 
as do SI. 
3.4. Fator de compressibilidade 
A equação da vazão mássica usando a 
densidade real a montante é a fórmula mais 
exata para fluidos compressíveis. Mesmo 
assim, é conveniente usar outras formas 
para esta equação, quando se usam 
unidades do sistema inglês. Por exemplo, 
tem-se: 
ZGT
x
YpCF1360q
1
1vp= (3.25) 
onde 
q é expresso em pés cúbicos padrão por 
hora e tomada a 14,69 psia e 60 oF. 
Nesta equação a densidade é 
computada da pressão, temperatura e 
densidade relativa baseada nas leis do gás 
perfeito. Os gases reais se desviam muito 
de um gás perfeito, de modo que se usa um 
fator de compressibilidade, Z, 
Aplicações 
 46 
 
RT
pV
Z = (3.26) 
 
para um mol de gás e R é a constante 
universal dos gases. 
O valor de Z pode ser determinado para 
a maioria dos gases usando o princípio dos 
estados correspondentes. Dado uma 
pressão crítica, pc e uma temperatura crítica 
Tc do gás ou da mistura, a pressão 
reduzida e a temperatura reduzida são 
definidas comoc
r p
p
p = e 
c
r T
T
T = (3.27) 
Das condições reduzidas, o fator de 
compressibilidade pode ser encontrado de 
gráficos do Apêndice F. Para misturas, usa-
se a pressão e temperatura pseudocríticas. 
 
å= ciipc pXp 
e 
å= ciipc TXT 
 
onde 
Xi é uma fração molar do componente i. 
As cartas de compressibilidade usadas 
para se obter Z e consequentemente a 
densidade, tem limitações. A precisão é 
aceitável para o dimensionamento de 
válvulas para fluido tendo um fator de 
compressibilidade crítico Zc de 0,27, onde 
 
c
cc
c RT
Vp
Z = (3.28) 
 
Cerca de 60% de todos os componentes 
satisfazem esta condição, incluindo a 
maioria dos hidrocarbonetos. Água, 
acetona, amônia, ésteres, álcoois, oxigênio, 
nitrogênio, argônio, néon, CO, H2S, CH4 e 
C2H6 apresentam os maiores erros. 
Hidrogênio e hélio situam-se abaixo Tr=2,5 
mas somente com suas constantes críticas 
aumentadas por 8 oC e 8 atmosferas. 
O ar e a maioria dos gases industriais 
são usados em pressões e temperaturas 
onde seus comportamentos estão próximos 
dos gases perfeitos. O vapor d'água é um 
gás comum no mundo do dimensionamento 
de válvula e seria conveniente evitar usar a 
densidade e a relação dos calores 
específicos no dimensionamento da válvula. 
Na maioria dos casos, o vapor é suposto 
ser seco e saturado. Para pressões entre 
140 a 10 MPa (20 e 1600 psia), e com erro 
menor que ±5%, a fórmula simplificada fica: 
 
X)
x
x
3(pCFw
TP
1vp -= (3.29) 
 
Para vazão crítica, quando x > xTP, fica 
 
TP1vp xpCF2w = (3.30) 
 
= 
 
 
 
=
 Apostilas\Valvula VALVULA1.DOC 30 DEZ 98 (Substitui 13 JUN 98) 
 
 47 
4. Dimensionamento 
 
 
 
 
 
 
Objetivos de Ensino 
1. Conceituar Cv da válvula de controle 
2. Explicar a importância da escolha da 
queda de pressão através da válvula. 
3. Fazer as considerações sobre a vazão 
critica dos fluidos. 
4. Mostrar de modo resumido as 
principais fórmulas da norma ANSI/ISA 
75-01 para o dimensionamento de 
válvulas para líquidos e gases. 
5. Apresentar os principais fatores de 
correção de dimensionamento. 
6. Dar exemplos simples de roteiros de 
dimensionamento de válvulas para 
líquido e vapor d'água 
7. Apresentar a tradução livre da norma 
ANSI/ISA S75-01. 
1. Introdução 
Rigorosamente, uma válvula de controle 
não é dimensionada, pois o usuário final 
não calcula e usa um tamanho exato, mas 
depois de alguns cálculos, escolhe um tipo 
e um tamanho fixo próximo do valor 
calculado para satisfazer as necessidades 
das condições do processo. 
O dimensionamento da válvula de 
controle é o procedimento de calcular 
principalmente o coeficiente de vazão ou o 
fator de capacidade da válvula, Cv 
(unidades inglesas), Av e Kv (unidades do 
SI). Embora as dimensões e unidades 
destes três coeficientes sejam diferentes, 
eles estão relacionados numericamente, na 
norma IEC 534-1: Control Valve 
Terminology and General 
Considerations. 
 
 
Há vários cálculos envolvidos no 
dimensionamento de válvulas, como: 
1. coeficiente de vazão requerido 
2. possibilidade de vazão chocada, 
cavitação e ruído 
3. tamanho da tubulação versus 
tamanho da válvula 
4. velocidade aceitável do fluido 
5. nível de ruído desenvolvido 
6. tamanho do atuador 
Os métodos de cálculo incluem 
7. equações físicas 
8. softwares baseados em normas 
vigentes 
9. réguas de cálculo (Foxboro e 
Manheim) 
1. fatores de correção 
Todo dimensionamento de válvula inclui 
um julgamento de engenharia, onde se 
aceita que a válvula é adequada 
aproximadamente para todos os objetivos 
práticos. Quanto mais se conhece acerca 
do comportamento da vazão do fluido dentro 
da válvula, mais estreita é a faixa de 
incerteza deste julgamento de engenharia. 
As considerações básicas no 
dimensionamento são 
1. economia no custo da válvula e sua 
instalação, 
2. economia no consumo de energia do 
sistema, 
3. eficiência no sistema de controle, 
Para isso deve-se usar a menor válvula 
possível, utilizando a maior abertura 
disponível possível. A válvula não deve ficar 
fechada com a mínima carga do processo e 
deve manipular a máxima vazão necessária. 
Dimensionamento 
 48 
2. Coeficiente de vazão 
2.1. Introdução 
O Cv é basicamente um índice de 
capacidade, através do qual o engenheiro é 
capaz de estimar, de modo rápido e preciso, 
o tamanho de uma restrição necessária, em 
qualquer sistema de fluido. O Cv foi definido 
pela Masoneilan, em 1944, como o número 
de galões por minuto (GPM) de água que 
flui através da válvula totalmente aberta 
(100%), quando há uma queda de pressão 
de 1 psi através dela, a 60 oF. 
Desse modo, quando se diz que a 
válvula tem o Cv igual a 10, significa que, 
quando a válvula está totalmente aberta e 
com a pressão da entrada maior que a da 
saída em 1 psi e a temperatura ambiente é 
de 15,6 oC, sua abertura deixa passar uma 
vazão de 10 GPM. 
Uma vez calculado o Cv da válvula e 
conhecido o tipo de válvula usada, o 
projetista pode obter o tamanho da válvula 
do catálogo do fabricante. Como os valores 
de Cv são discretos, deve-se escolher 
sempre o acima do calculado. 
2.2. Dados para o cálculo 
O Cv depende principalmente dos dados 
do processo e pouco do método de cálculo. 
O Cv pode ser obtido experimentalmente ou 
calculado. Todo fabricante de válvulas 
apresenta em seus catálogos tabelas com 
os diâmetros e Cv correspondentes de cada 
tipo de válvula. 
O dimensionamento da válvula feito pelo 
fabricante é um assunto diferente que o 
feito pelo engenheiro usuário. O fabricante 
dispõe de dados que ele não pode alterar e 
tem uma escolha limitada dos tipos de 
válvula para usar. O engenheiro usuário 
projeta um sistema, que pode ser 
manipulado dentro de limites para produzir 
uma planta ótima. O engenheiro tem algum 
controle sobre os dados de 
dimensionamento, mais uma escolha de 
tipos e fabricantes de válvula e por isso 
pode ter a facilidade de fazer mais cálculos 
e dar a resposta mais rápida do que o 
fabricante. 
Os dados para o dimensionamento 
podem ser divididos em três grupos: 
1. Dados da vazão 
1. Vazão normal, mínima e máxima 
2. Pressão a montante e a jusante para 
todas as vazões acima 
3. Temperatura do fluido 
2. Dados do fluido 
1. Identificação do fluido 
2. Estado de fase do fluido: líquido, 
gás ou vapor d'água 
3. Densidade absoluta, relativa, peso 
específico ou peso molecular 
4. Viscosidade 
5. Pressão de vapor 
3. Dados da instalação 
Diâmetro da tubulação, na entrada e 
saída da válvula 
Para o engenheiro projetista, o principal 
problema é ainda a coleta, verificação e 
manipulação dos dados de 
dimensionamento. O dimensionamento de 
uma válvula é tão bom quanto seus dados 
de processo. 
2.3. Uso das equações ISA 
Quando o coeficiente de vazão, Cv, foi 
inventado pela Masoneilan, em 1944, 
muitos acharam que isto era algo 
complicado e desnecessário, pois as 
válvulas eram dimensionadas, 
anteriormente, com apenas o diâmetro 
nominal como um fator de 
dimensionamento. Quando o FCI (Flow 
Controls Institute) e ISA (International 
Society for Measurement and Control e ex-
Instrument Society of America) lançaram 
suas equações, os instrumentistas 
reclamaram de sua complexidade. 
Realmente, a gente tem saudades dos 
tempos em que o imposto de renda e o 
dimensionamento de válvulas eram simples. 
Mas as leis naturais geralmente parecem 
ser tão perversas quanto as leis humanas e 
infinitamente mais difíceis de mudar. As 
válvulas de controle obedecem as leis da 
física mas seu dimensionamento é feito por 
métodos humanos. O seu desempenho 
inadequado é motivado principalmente pelo 
Dimensionamento49 
conhecimento incompleto ou incorreto 
destas leis pelo projetista. Analogamente, 
quando um barco afunda, deve-se reclamar 
de seu fabricante e não do Arquimedes ou 
se um avião cai a culpa não é da lei da 
gravidade de Newton, mas de algum erro 
humano. 
Foram desenvolvidas fórmulas de vazão 
que eram fáceis de usar, pois não eram 
disponíveis computadores ou outras 
máquinas para resolver equações 
complexas. Por isso estas fórmulas 
aproximadas não eram muito precisas. 
Estas fórmulas relacionavam os seguintes 
fatores: 
1. pressão fornecida pela bomba, 
compressor ou ventilador 
2. curva entre a vazão mínima e máxima 
3. quedas de pressão nos outros 
equipamentos, exceto na válvula, 
como filtro, medidores de vazão, 
trocadores de calor, conexões 
4. queda de pressão na linha, devida ao 
atrito e rugosidades 
5. queda de pressão através da válvula 
6. densidade do fluido 
7. pressão e temperatura do processo 
8. viscosidade, pressão de vapor do 
líquido 
Atualmente, o mais usada é dimensionar 
a válvula de controle através de programa 
aplicativo de computador pessoal baseado 
na norma ANSI/ISA S75.01 (1985-1995): 
Equações de Vazão para Dimensionar 
Válvulas de Controle, que é mostrada 
traduzida ao final deste capítulo. Ao lado de 
regras e recomendações, o cálculo para o 
coeficiente de vazão da válvula é detalhado 
na norma O objetivo da norma esclarece 
que as equações não são orientadas para 
fluidos multifásicos, fluidos não 
newtonianos, lamas e sólidos secos. 
Tampouco esta norma cuida dos níveis de 
ruído e da prevenção da cavitação e 
flacheamento. 
Mesmo que o dimensionamento da 
válvula seja feito através de programas é 
fundamental entender os menus e as 
condições requeridas pelo programa, para 
que o dimensionamento seja correto e 
baseado no conhecimento completo das 
condições reais da vazão. 
Freqüentemente, uma ou várias destas 
condições são assumidas arbitrárias; é a 
avaliação destes dados arbitrarias que 
realmente determina o tamanho final da 
válvula. Nenhuma fórmula mas apenas o 
bom senso combinado com a experiência 
pode resolver este problema. Nada substitui 
um bom julgamento de engenharia. A 
maioria dos erros no dimensionamento é 
devida a hipóteses incorretas relativas às 
condições reais da vazão. 
Psicologicamente, a tendência é 
superdimensionar a válvula, ou seja, estar 
do lado mais seguro. Uma combinação 
destes vários fatores de segurança pode 
resultar em uma válvula superdimensionada 
e incapaz de executar o controle desejado. 
3. Queda de Pressão na Válvula 
3.1. Introdução 
O objetivo da válvula não é o de operar 
em uma única posição fixa. A válvula recebe 
o sinal da saída do controlador e varia 
continuamente sua aberta. Como 
conseqüência ou para poder variar sua 
abertura, a queda de pressão através da 
válvula é variável. A válvula de controle 
pode manipular a vazão somente 
absorvendo uma queda de pressão no 
sistema. 
Em um sistema de redução de pressão, é 
fácil conhecer precisamente a queda de 
pressão através da válvula. Isto também 
ocorre em um sistema de nível de um 
líquido, onde o líquido passando de um 
vaso para outro, em uma pressão constante 
e baixa. Porém, na maioria das aplicações 
de controle, a queda de pressão através da 
válvula deve ser escolhida arbitrariamente. 
O dimensionamento da válvula de 
controle é difícil, porque 
as recomendações publicadas são 
ambíguas, conflitantes ou incompletas 
não há regra numérica para determinar a 
queda de pressão através da válvula. 
Dimensionamento 
 50 
3.2. Recomendações 
Luyben recomenda que a válvula esteja 
a 50% de abertura, nas condições normais 
de operação; Moore recomenda que o Cv 
necessário não exceda 90% do Cv instalado 
e que a válvula provoque 33% da queda de 
pressão total, na condição nominal de 
operação. Outros autores sugerem 5 a 10%. 
Quanto menor a percentagem, maior é a 
válvula. Quanto maior a válvula, maior é o 
custo inicial da instalação mas menor é o 
custo do bombeamento. 
Uma boa regra de trabalho considera um 
terço da queda de pressão do sistema total 
(filtros, trocadores de calor, bocais, 
medidores de vazão, restrições de orifício, 
conexões e a tubulação com atrito) é 
absorvido pela válvula de controle. Isto 
significa que, se a válvula for retirada do 
sistema, a vazão iria aumentar de cerca de 
apenas 23%. 
Em sistemas com descarga de bomba, a 
característica da coluna da bomba é o fator 
determinante. Para válvulas instaladas em 
linhas muito longas ou com alta queda de 
pressão, a percentagem da queda de 
pressão através da válvula deve ser menor, 
entre 15 e 25%, da queda total do sistema. 
A pressão diferencial absorvida pela 
válvula de controle, em operação real, será 
a diferença entre a coluna total disponível e 
aquela necessária para manter a vazão 
desejada através da válvula. Esta pressão 
diferencial é determinada pelas 
características do processo e não pelas 
hipóteses teóricas do projetista. 
A queda de pressão através da válvula 
deve ser a mínima, por motivo de economia, 
pois a pressão é fornecida por uma bomba 
ou compressor. Assim, a economia deve 
ditar o dimensionamento da válvula, com 
pequena queda de pressão. Porém, há uma 
contradição inerente com relação à 
economia, pois para poder provocar a 
mínima queda de pressão a válvula deve ter 
tamanho grande e portanto, custo maior. 
A queda de pressão através da válvula 
deve ser a máxima, por motivo de 
desempenho do controle. Para poder 
controlar, a válvula deve absorver do 
sistema e devolver para o sistema, a queda 
de pressão. Quando a proporção da queda 
de pressão através da válvula é diminuída, 
a válvula de controle perde a habilidade de 
aumentar rapidamente a vazão. 
Se uma válvula está com abertura de 3% 
quando controlando uma variável, nas 
condições normais de operação, esta 
válvula está superdimensionada. Quando a 
válvula está próxima de sua abertura total 
ou fechamento completo, obtém-se um mau 
controle, pois está próxima de seu limite de 
operação ou da saturação. 
A queda de pressão projetada afeta o 
desempenho da válvula. Em alguns casos, 
pode ser necessário fazer uma escolha 
arbitrária desta queda de pressão porque os 
dados da vazão disponíveis são vagos. Se 
a válvula está na linha de descarga de uma 
bomba com pressão de saída de 660 kPa 
(100 psig), por exemplo, pode-se assumir 
uma queda de 66 a 166 kPa (10 a 25 psig) 
através da válvula, desde que a linha não 
seja muito longa ou complicada (com muitos 
obstáculos na linha). A tendência é usar 166 
kPa (25 psig) em vez de 66 kPa (10 psig). 
3.3. Queda de pressão e vazão 
A quantidade de vazão máxima da 
válvula deve ser de 15 a 50% acima da 
máxima vazão requerida pelo processo. As 
vazões normal e máxima usadas no 
dimensionamento devem ser baseadas nas 
condições reais de operação, sem aplicação 
de qualquer fator de segurança. 
Em muitas aplicações, a redução da 
vazão significa um aumento na queda de 
pressão e na rangeabilidade da válvula. Por 
exemplo, se as condições de operação 
máximas para a válvula são de 200 GPM e 
queda de pressão de 166 kPa (25 psig) e as 
condições mínimas são de 25 GPM e queda 
de 166 kPa (100 psig), a faixa da área da 
abertura é 16:1 e não 8:1, como poderia 
parecer, à primeira vista. 
A variação requerida na área de 
passagem da válvula é o produto de relação 
da máxima/mínima vazão pela raiz quadrada 
da relação da máxima/mínima queda de 
pressão. Neste exemplo, 
 
1
16
psig 25
psig 100
gpm 25
gpm 200
=´ 
Dimensionamento 
 51 
 
A queda da pressão na válvula como 
uma fração da queda total do sistema não 
influi no desempenho do sistema de 
controle, desde que a rangeabilidade da 
válvula seja adequada. A rangeabilidade daválvula deve ser, no mínimo, igual à do 
processo, que teoricamente é a relação das 
vazões nominais máxima e mínima. 
Quando a rangeabilidade da válvula for 
menor que a do processo, deve-se usar 
duas ou mais válvulas em paralelo, na 
configuração de faixa dividida, para 
aumentar a rangeabilidade das vazão 
controlada. A menor válvula deve ser 
dimensionada de modo que seu Cv seja 
maior do que a capacidade da outra válvula, 
quando a maior estiver a 10% da abertura. 
3.4. Queda de pressão 
A característica inerente da válvula é 
distorcida por causa da variação da pressão 
diferencial através da válvula. 
 
r
D
=
p
aCQ v 
onde 
a é a abertura relativa da válvula, 
 a = x/X (linear) 
a = R(x/X-1) (=%) 
x é a posição da haste 
X é a excursão total possível da haste 
R é a rangeabilidade da válvula, 
Cv é o coeficiente de vazão 
r é a densidade do fluido 
Quando a válvula está totalmente 
fechada a sua queda de pressão é máxima 
e não há vazão e não há quedas de 
pressão nos outros equipamentos; toda a 
queda é provocada pela válvula. Quando a 
válvula começa a abrir, aumentando a 
vazão, a queda de pressão na válvula 
diminui e as quedas provocadas pelos 
outros equipamentos do sistema aumentam. 
2
max kQpp -D=D 
 
onde k representa as resistências fixas do 
sistema. Na vazão máxima, tem-se a queda 
de pressão mínima na válvula: 
 
2
maxmin kQpp -D=D 
Definindo f como 
 
minmax
max
max pp
pp
Q
Q
f
D-D
D-D
== 
ou 
minp
p
af
D
D
= 
 
rearranjando, tem-se: 
 
maxmin
2 p/p)1a/1(1
1
f
DD-+
= 
 
que são as expressões para a 
característica instalada da válvula linear. 
A inclinação da curva é dada pela 
derivada: 
 
2
3
max
min22
max
min
p
p
)a1(a
p
p
da
df
-
ú
û
ù
ê
ë
é
D
D
-++
D
D
=
 
A máxima inclinação ocorre em a=0, 
 
maxmin0 pp
1
da
df
DD
=÷
ø
ö
ç
è
æ
 
 
A mínima inclinação ocorre em a=1, 
 
max
min
1 p
p
da
df
D
D
=÷
ø
ö
ç
è
æ
 
 
A variação do ganho através de toda a 
excursão da abertura da válvula vale: 
 
2
3
max
min
1
0
p
p
)da/df(
)da/df(
-
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
D
D
= 
 
Se todos os elementos restantes da 
malha de controle tiverem ganhos 
constantes ou ganhos variando na mesma 
direção, a estabilidade variará com a vazão. 
 
 
 
 52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 4.1. Quedas de pressão no processo e na válvula de controle 
 
 
 
 53 
4. Roteiro de dimensionamento 
4.1. Vazão através da válvula 
Geralmente a válvula tem diâmetro 
menor que a tubulação. Mesmo quando os 
diâmetros da válvula e da tubulação são 
iguais, quando a válvula está em operação, 
ela quase sempre está restringindo a 
passagem da vazão, de modo que o fluido 
no interior da válvula passa por um 
processo de mudança de energia. A energia 
de pressão se transforma em enérgica 
cinética, ou na garganta da válvula a 
velocidade aumenta e a pressão diminui. 
Depois do fluido passar pela válvula, a 
sua velocidade retorna ao valor original e a 
pressão se recupera, mantendo um valor 
menor que a pressão de entrada na válvula. 
Diferentes tipos de válvulas apresentam 
diferentes valores de recuperação da 
pressão estática da tubulação. 
Para que uma válvula opere, sempre 
haverá uma queda de pressão diferencial 
entre sua entrada (P1) e saída (P2). Esta 
queda de pressão ou pressão diferencial é 
tipicamente representada por DP. 
 
 
Tab. 1.1. Coeficientes de vazão para válvulas 
 
Diâmetro válvula (“) CV 
¼ 0,3 
½ 3 
1 14 
1 ½ 35 
2 55 
3 108 
4 174 
6 400 
8 725 
 
 
 
5. Válvula para líquidos 
5.1. Líquido 
A vazão do líquido no interior da válvula 
é mais previsível e é não compressível e por 
isso o dimensionamento de válvula para 
líquido é mais fácil e direto, sem 
necessidade de muitos fatores de correção. 
A vazão de um líquido newtoniano (cuja 
viscosidade independe da tensão de 
cisalhamento) pode ser determinada por: 
 
f
21
vRp1 G
pp
CFFNq
-
= 
 
onde 
FF = Fator de relação da pressão crítica do 
líquido, adimensional 
CV = Coeficiente de vazão da válvula 
FR = Fator de número de Reynolds, 
adimensional 
N1 = Constantes numéricas para as 
unidades de medição usadas 
p1 = Pressão estática absoluta a montante, 
medida em dois diâmetros nominais a 
montante do conjunto válvula-conexão 
p2 = Pressão estática absoluta a jusante, 
medida em seis diâmetros nominais a 
jusante do conjunto válvula-conexão 
DP = Pressão diferencial, p1 - p2 
Gf = Densidade relativa (gravidade 
específica) do líquido nas condições a 
montante. Relação da densidade do 
líquido à temperatura de vazão para a 
densidade d'água a 15,6 oC (60 oF ), 
adimensional 
q = Vazão instantânea volumétrica 
5.2. Fatores de correção 
FP = Fator de geometria da tubulação 
adjacente 
O fator de geometria é devido ao efeito 
dos cones de redução e expansão usados 
respectivamente na entrada e saída da 
válvula, pois geralmente o diâmetro da 
válvula é menor que o da tubulação. 
O uso da redução na entrada da válvula 
diminui a sua capacidade de vazão por 
causa da queda de pressão adicional no 
Dimensionamento 
 54 
redutor. Com o redutor, a pressão de 
entrada da válvula é menor que a pressão 
da tubulação. 
O cálculo para este fator FP é 
 
1
dN
KC
1
F
4
2
2
v
p
+
=
å
 
 
onde o fator SK é a soma algébrica dos 
coeficientes da velocidade efetiva de todas 
as conexões colocadas na válvula mas não 
a inclui: 
 
å -++= 2B1B21 KKKKK (4) 
 
onde 
 
2
2
1
2
1
D
d
15,0K ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-= 
 
2
2
2
2
2
D
d
10,1K ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-= 
 
4
B D
d
1K ÷
ø
ö
ç
è
æ-= 
 
sendo 
d = diâmetro nominal da válvula 
D1 = diâmetro na entrada da válvula 
D2 = diâmetro na saída da válvula 
O caso mais comum é ter os cones de 
entrada e saída da válvula iguais, 
simplificando a equação para 
 
2
2
2
21
D
d
15,1KK ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-=+ 
 
Queda de pressão através da válvula 
A válvula para operar deve ter uma 
queda de pressão ou pressão diferencial 
através dela, expressa como 
 
DP = (P1 – P2 ) 
 
Para efeito de cálculo deve-se 
considerar o menor valor entre: 
 
DP = (P1 – P2 ) 
 
)PFP(FP vF1
2
Lmax -=D 
 
onde 
DPmax = máxima queda de pressão capaz de 
produzir vazão, na condição crítica 
FF= Fator de relação da pressão crítica do 
líquido, adimensional 
FL=Fator de recuperação de pressão do 
líquido de uma válvula sem conexão 
anexa, adimensional 
PV = pressão de vapor do líquido 
FL = Fator de recuperação de pressão 
Este fator experimental e adimensional é 
dado por: 
 
vc1
21
L pp
pp
F
-
-
= 
 
onde Pvc = pressão na vena contracta 
O fator de recuperação depende do tipo 
(geometria) da válvula e é fornecido pelo 
fabricante, que o determinou 
experimentalmente em ensaios 
hidrodinâmicos. 
FL baixo significa que a válvula absorve 
pouca queda de pressão e apresenta alta 
recuperação de pressão. De outro modo, a 
válvula apresenta alta velocidade do fluido e 
grande capacidade de vazão. Exemplos de 
válvula com baixo FL: borboleta, esfera. 
FL alto significa que a válvula absorve 
grande queda de pressão e apresenta 
pequena recuperação de pressão. De outro 
modo, a válvula apresenta baixa velocidade 
do fluido e pequena capacidade de vazão. 
Exemplos de válvula com alto FL: globo 
convencional de sede simplesou dupla, 
Dimensionamento 
 55 
globo gaiola, válvula com plug para baixo 
ruído. 
FF = Fator da relação de pressão crítica 
do líquido 
Fator adimensional definido como 
 
v
vc
F P
P
F = 
 
onde 
PVC = pressão na vena contracta (ponto 
de menor pressão), nas condições de vazão 
crítica 
PV = pressão de vapor do líquido, na 
temperatura de entrada 
Desta equação, tem-se 
 
vFvc PFP = 
 
que é o valor da pressão mínima no 
interior da válvula nas condições de vazão 
crítica ou chocada. 
Este fator é usado no cálculo da máxima 
queda de pressão DPmax e pode ser obtido 
pela equação 
 
c
v
F p
p
28,096,0F -= 
 
Pc = pressão crítica, obtida de tabelas 
FR = Fator do número de Reynolds 
O regime de vazão de um fluido dentro 
da válvula pode ser turbulento, transicional 
ou laminar. O fluxo turbulento ocorre com 
alta velocidade, baixa viscosidade e alta 
densidade. Na condição turbulenta, a 
capacidade da válvula é maior que a 
esperada para uma não turbulenta e por 
isso deve-se introduzir um fator, quando se 
tem a vazão não turbulenta para 
compatibilizar com o regime da vazão. 
O número de Reynolds com relação à 
válvula vale: 
4
4
2
2
v
2
L
vL
d4
v 1
dN
CF
CF
qFN
Re +
n
= 
 
onde 
Fd = fator que relaciona os dados dos 
testes de vários tipos de válvulas com os 
diferentes raios hidráulicos, de modo que 
uma única curva representa todos os tipos 
testados. Os valores representativos de Fd 
são apresentados em tabelas. 
n = viscosidade cinemática, em 
centistoke 
A combinação do regime da vazão e o 
número de Reynolds é a seguinte: 
 
Rev Tipo de vazão 
<56 Laminar 
56 a 40 000 Transicional 
>40 000 Turbulenta 
 
Quando Rev < 56, o valor de FR pode se 
obtido da curva (Fig. E-1) ou da seguinte 
equação: 
 
67,0
vR )(Re019,0F = 
 
Quando Rev estiver entre 56 e 40 000, 
pode-se usar a curva (Fig. E-1) ou a Tab. 
Quando Rev for maior que 40 000, a 
vazão é turbulenta e não há necessidade de 
correção, ou seja, FR = 1. 
Fd = Fator modificador do número de 
Reynolds 
O fator Fd corrige o número de Reynolds 
em função da geometria interna da válvula. 
Empiricamente, o coeficiente Fd é 
proporcional a 
n
1
, 
onde 
n é o número de passagens no interior 
da válvula 
Em geral, Fd pode ser usado como igual 
a 1 para válvulas com uma passagem de 
sede simples. Usa-se Fd igual a 0,7 para 
válvulas com duas passagens de fluxo, tais 
como globo de sede dupla ou borboleta. 
Fd é mostrado na tabela D-1. 
 
Dimensionamento 
 56 
5.3. Exemplo 1 
Dados do processo 
 
 Unidade 
Fluido Benzeno 
Vazão máxima 160 Gpm 
Pressão a montante 150 Psia 
Pressão a jusante 120 Psia 
Temperatura 200 OF 
Densidade relativa 0,879 @ 200 oF 
Pressão de vapor 25 Psia 
Pressão crítica 701 Psia 
Diâmetro da tubulação 3 Polegada 
Tipo de válvula Globo Gaiola 
Sentido da vazão Vazão para abrir 
Tipo de vazão Turbulenta (FR = 1) 
 
Solução 
1. Escolher a fórmula: 
 
f
21
vp1 G
pp
CFNq
-
= 
 
onde N1 = 1 
 
2. Verificar o tipo de vazão 
 
DP = (P1 – P2 ) 
 
)PFP(FP vF1
2
Lmax -=D 
 
onde 
 
c
v
F p
p
28,096,0F -= 
 
701
2528,096,0FF -= = 0,91 
 
Então, 
)25,091,0150(9,0P 2max ´-=D = 103,1 
psi 
 
Como DP < DPmax, a vazão é normal e 
não chocada. 
 
3. Calcular Fp Cv 
Da equação principal 
 
f
21
vp1 G
pp
CFNq
-
= 
 
879,0
120150
1)CF(1160 vp
-
´´´= 
 
tem-se: 
 
FpCv = 27,4 
 
A pré seleção indica uma válvula de 2 
polegadas com Cv = 41. 
4. Determinar Fp 
Como a tubulação é de 3” e a válvula de 
2”, tem-se 
d/D = 2/3 = 0,67 
Válvula Globo Gaiola, diâmetro de 2” 
Da Tab., tem-se 
 
Fp = 0,96 
 
5. Calcular o Cv para o tipo de válvula 
selecionado 
FpCv = 27,4 
 
Cv = 27,4/0,96 = 28,5 
A válvula continua a mesma, porque 41 é 
o Cv imediatamente superior a 27,4 ou 28,5. 
6. Curso da válvula 
O curso da válvula é determinado pela 
relação do Cv calculado pelo Cv a ser 
usado (máximo), ou seja, 
 
%100
Cv
Cv
 vazão %
máximo
calculado ´= 
 
%100
41
28,5
 vazão % ´= = 69,5% 
Dimensionamento 
 57 
6. Válvulas para gases e 
vapores 
6.1. Gases e líquidos 
Diferentes do líquido (incompressível), o 
gás e o vapor são compressíveis e por isso 
se comprimem quando se aumenta a 
pressão e expandem, quando a pressão 
estática diminui, como ocorre no interior da 
válvula. Quando o gás se comprime, ele 
aumenta sua densidade e quando se 
expande, sua densidade diminui. 
Para compensar a redução da densidade 
ou peso específico do gás, foi introduzido 
um fator de correção, chamado de fator de 
expansão, Y. 
Outro enfoque diferente no 
dimensionamento de válvula para gás é o 
uso da relação da queda de pressão e a 
pressão de entrada, no lugar de usar a 
queda de pressão. Com gases se usa: 
 
1P
P
x
D
= 
 
Quando o gás é expandido na garganta 
da válvula, por causa da queda de pressão, 
sua densidade diminui. Como a vazão 
mássica é constante, o gás expandido é 
acelerado na saída. A energia requerida 
para esta aceleração é originada da 
pressão diferencial através da válvula. Este 
fenômeno não ocorre com o líquido, pois 
sua densidade é constante. 
Assim, para uma mesma pressão 
diferencial, a vazão mássica de um gás é 
sempre menor que a vazão obtida com um 
líquido, porque parte da pressão diferencial 
é usada para acelerar o gás. Como 
resultado, deve-se compensar esta perda 
através do fator de expansão Y. 
6.2. Equações de dimensionamento 
 
11vp6 xpYCFNw g= 
x
ZTG
YpFN
qC 1g
1p7
v = 
ZTG
x
YpCFNq
1g
1vp7= 
 
xM
ZT
YpFN
w
C 1
1p8
v = 
 
ZT
xM
YpCFNw
1
1vp8= 
 
ZMT
x
YpCFNq
1
1vp9= 
 
x
ZMT
YpFN
q
C 1
1p9
v = 
 
6.3. Vazão crítica ou chocada 
A vazão critica é a condição que existe 
quando a vazão não é mais função da raiz 
quadrada da diferença de pressão através 
da válvula, mas apenas função da pressão 
à montante. Este fenômeno ocorre quando 
o fluido atinge a velocidade do som na vena 
contracta. Assim que o gás atinge a 
velocidade do som, na vazão critica, a 
variação na pressão à jusante não afeta a 
vazão, somente variação na pressão a 
montante afeta a vazão. A vazão crítica, 
chocada ou bloqueada é aquela que atingiu 
a velocidade máxima e não pode mais 
aumentar pela diminuição da pressão a 
jusante. 
A vazão crítica ocorre quando 
 
x > Fk xT 
 
onde 
x é a relação entre queda de pressão 
através da válvula e pressão de entrada 
xT é o fator da relação da máxima queda 
de pressão, na qual é possível ainda 
aumentar a vazão na válvula. 
O fator xT é obtido através de ensaios de 
laboratório e depende do tipo da válvula. 
Este fator pode ser obtido da Tab. D-1. 
Dimensionamento 
 58 
6.4. Fator da relação dos calores 
específicos 
A relação dos calores específicos de um 
fluido compressível afeta a vazão 
instantânea através de uma válvula. O fator 
Fk leva em conta este efeito. 
Fk tem um valor de 1,0 para o ar em 
temperaturas e pressões moderadas, onde 
sua relação de calores específicos é 1,40. A 
experiência e a teoria indicam que, para o 
dimensionamento da válvula, Fk pode ser 
considerado uma função linear de k, como: 
 
40,1
k
Fk = 
 
6.5. Fator de expansão Y 
O fator de expansão Y corrige a variação 
da densidade do gás ou vapor quando ele 
passa através da válvula (desde o ponto de 
entrada até a vena contracta), por causa da 
diminuição da pressão. O fator de expansão 
também corrige a variação da área na vena 
contracta, em função da queda de pressão. 
Estefator é dado pela equação: 
 
TKxF3
x
1Y -= 
 
Para a vazão crítica, onde x = Fk xT, 
tem-se 
 
Tk
Tk
xF3
xF
1Y -= = 1 – 1/3 = 0,67 
 
6.6. Fator de compressibilidade Z 
O fator de compressibilidade é usado 
para corrigir o afastamento do 
comportamento do gás real do gás ideal, 
determinando sua densidade para as 
condições reais de pressão e temperatura. 
Como todas as equações de 
dimensionamento usam a densidade 
relativa, exceto uma que usa o peso 
específico, é necessário usar a correção do 
fator de compressibilidade. 
O fator de compressibilidade pode ser 
obtido de gráficos e é função direta da 
temperatura reduzida e pressão reduzida, 
que valem: 
pressão reduzida Pr é definida como a 
relação da pressão absoluta real de entrada 
para a pressão absoluta termodinâmica 
crítica para o fluido em questão. A 
temperatura reduzida Tr é definida de modo 
semelhante. Tem-se: 
 
c
1
r p
p
p = 
 
c
1
r T
T
T = 
 
A pressão e temperatura crítica de um 
fluido estão relacionadas com a habilidade 
de o líquido estar ou não em estado gasoso. 
6.7 Ruído na válvula 
O dimensionamento incorreto da válvula 
de controle pode provocar o aparecimento 
de altos níveis de ruído por causa da 
passagem do fluido em alta velocidade no 
seu interior. Como o ruído é um som 
indesejável, prejudicial à saúde física e 
mental das pessoas, normas internacionais 
[Organização Mundial da Saúde, OSHA, 
Portaria 3214 (1972) ou NR 15] 
estabelecem limites do nível de ruído 
permissíveis e quantidade de horas de 
exposição. 
A última versão (1985) da norma ISA 
S75-01 não trata diretamente da prevenção 
de cavitação ou ruído na válvula. 
 
Dimensionamento 
 59 
6.8. Exemplo 2 
Dados do processo 
 
 Unidade 
Fluido Vapor saturado seco 
Vazão máxima 33 000 Lb/hr 
Pressão a montante 170 Psia 
Pressão a jusante 100 Psia 
Temperatura 370 OF 
Peso molecular 18,02 Adimens. 
Temperatura crítica 705,5 OF 
Pressão crítica 3 208,2 Psia 
Diâmetro da tubulação 6 Polegada 
Tipo de válvula Globo Gaiola 
Sentido da vazão Vazão para abrir 
Razão dos calores 1,33 Adimens. 
 
Solução 
Por causa da erosão, deve-se usar 
válvula que apresenta grande perda de 
carga e por isso não se deve usar válvula 
rotativa. 
1. Escolher a fórmula: 
ZT
xM
YpCFNw
1
1vp8= 
 
onde N8 = 19,3 
2. Verificar o tipo de vazão 
 
170
100170
P
PP
x
1
21 -=
-
= = 0,41 
 
40,1
33,1
74,0
k
k
xxF
ar
vapor
TTk =ú
û
ù
ê
ë
é
= = 0,70 
 
Como x < Fk xT , a vazão é normal e não 
crítica. 
3. Calcular Y 
Substituindo na equação 
 
TKxF3
x
1Y -= 
70,03
41,0
1Y
´
-= = 0,80 
4. Determinar Z 
 
c
1
r p
p
p = 
 
2,3208
170
pr = = 0,05 
 
c
1
r T
T
T = 
 
4605,705
460370
Tr +
+
= = 0,71 
 
Da curva, Z = 0,95 
 
5. Calcular o Fp Cv 
Da equação principal, 
 
ZT
xM
YpCFNw
1
1vp8= 
 
95,0)460370(
02,1841,0
80,0170CF3,1933000 vp ´+
´
´´´=
 
Fp Cv = 130 
 
Pré seleção da válvula = Diâmetro de 4 “ 
e Cv = 195 
6. Determinação de Fp 
Tem-se 
d/D = 4/6 = 0,67 
Da Tab. de Fp, obtém-se: 
Fp = 0,96 
7. Cálculo do Cv 
Fp Cv = 130 
 
4,135
96,0
130
Cv == 
A válvula selecionada permanece a 
mesma, de 2 ”. 
 
Dimensionamento 
 60 
6. Curso da válvula 
O curso da válvula é determinado pela 
relação do Cv calculado pelo Cv a ser 
usado (máximo), ou seja, 
 
%100
Cv
Cv
 vazão %
máximo
calculado ´= 
 
%100
195
135,4
 vazão % ´= = 69,4% 
 
7. Considerações Adicionais 
Quando se ignoram os fatores de 
dimensionamento e de correção propostos 
pelas normas pode-se ter erros grandes e 
pequenos, dependendo das condições de 
processo. Por exemplo, o fator Fk, 
compensação para a relação de calores 
específicos de vários gases e vapores, a 
faixa de erro possível, se o fator é omitido, é 
de –15 a +9 %. Outro exemplo, uma válvula 
borboleta com 80o de abertura, instalada 
entre dois redutores 20 x 10”, deixa passar 
apenas 65% do que passaria em nesta 
mesma válvula em uma linha de 10” e o 
fator Fp considera isto. 
Quando se omite o fator de 
compressibilidade Z, que considera o desvio 
da lei dos gases perfeitos, em casos 
extremos, pode resultar em erros variando 
de –100 a +100%. 
O fator FR considera as condições de 
não turbulência de vazão e quando omitido, 
pode apresentar erro de até –10 000%! 
O fator xT se aplica a fluidos 
compressíveis (gases e vapores) e define a 
relação de pressão em que um determinado 
tipo de válvula pode atingir vazão totalmente 
chocada. Equações simples para a vazão 
de gás assume que todas as válvulas se 
comportam do mesmo modo, independente 
do seu tipo. Por exemplo, com uma válvula 
borboleta com 60o de abertura, manipulando 
100 psia de ar e tendo uma queda de 
pressão de 40 psi, a antiga equação FCI 
(Fluid Controls Institute) prevê uma vazão 
50% maior do que a equação ISA. Com uma 
válvula borboleta a 90o , o erro é de –100%. 
O erro em uma vazão de ar ou água fria 
fluindo em válvula globo, com baixa queda 
de pressão, o erro pode ser desprezível, 
Porém, com válvula de grande diâmetro e 
do tipo de alta recuperação de alta pressão, 
com alta queda de pressão através dela e 
com outros fluidos e outras condições de 
vazão, o erros se tornam vitais. 
Uma válvula superdimensionada, além 
de custar mais, apresenta um desempenho 
de controle degradado que pode afetar a 
economia e qualidade do produto. 
A relação do máximo Cv requerido pelo 
processo e o mínimo Cv controlável pela 
válvula estabelece o limite da 
rangeabilidade da planta: quanto maior a 
válvula, menor é a rangeabilidade 
disponível. Por exemplo, se uma válvula de 
4” está no limite, pode-se escolher uma 
válvula de 6”. Se a aplicação não tolera 
este superdimensionamento, há sempre trim 
reduzido ou abertura reduzida da válvula. 
Outro ponto importante é a precisão 
requerida pela aplicação e a qualidade dos 
dados do processo usado para o 
dimensionamento da válvula. Quando se 
requer um bom desempenho da válvula, é 
fundamental gastar mais esforço para 
refinar os dados de dimensionamento da 
válvula. (Se o seu relógio tem precisão de 
um segundo por ano, ele não pode ser 
ajustado pelo relógio da matriz da praça). 
 
= 
 
 
 
= Apostila\Válvulas 4Valvula Dimensionamento 02 FEV 00 (Substitui 12 OUT 99) 
 
 61 
ISA S75.01-1985 (1995): 
Equações de Vazão para 
Dimensionar Válvulas de 
Controle 
 
 
 
1. Escopo 
Esta norma apresenta equações para 
prever a vazão de fluidos compressíveis e 
incompressíveis através de válvulas de 
controle. As equações não pretendem ser 
usadas quando o fluido for multifásico, 
lamas densas, sólidos secos ou líquidos 
não newtonianos. Além disso, a previsão de 
cavitação, de ruído e de outros efeitos não 
é parte desta norma. 
2. Introdução 
As equações desta norma são baseadas 
no uso de fatores de capacidade 
determinados experimentalmente obtidos de 
teste de válvulas de controle de acordo com 
os procedimentos da norma ANSI/ISA 
S755.02, Procedimento de Teste de 
Capacidade de Válvula de Controle. 
As equações são usadas para prever a 
vazão instantânea de um fluido através de 
uma válvula quando todos os fatores, 
incluindo aqueles relacionados com o fluido 
e sua condição de vazão, são conhecidos. 
Quando as equações são usadas para 
selecionar um tamanho de válvula, é 
geralmente necessário usar fatores de 
capacidade associados com a condição 
totalmente aberta ou especificada para 
prever um coeficiente de vazão da válvula 
requerido aproximado (CV ). Este 
procedimento é explicadomelhor no 
Apêndice A. 
A vazão instantânea de um fluido através 
de uma válvula de controle é uma função 
do seguinte (quando aplicável): 
a) Condições de entrada e saída: 
1. Pressão 
2. Temperatura 
3. geometria da tubulação 
b) Propriedades do liquido 
1. Composição 
2. Densidade 
3. Pressão de vapor 
4. Viscosidade 
5. Tensão superficial 
6. Pressão crítica 
c) Propriedades do gás ou vapor 
1. Composição 
2. Densidade 
3. Relação dos calores específicos 
d) Propriedades da válvula de controle 
1. Tamanho 
2. Curso da haste ou rotação do 
disco 
3. Geometria do caminho da vazão 
 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 62 
3. Nomenclatura 
 
Símbolo Descrição 
CV Coeficiente de vazão da válvula 
d Diâmetro da entrada da válvula 
D Diâmetro interno da tubulação 
Fd Modificador do tipo da válvula 
FF Fator de relação da pressão crítica do líquido, adimensional 
FL Fator de recuperação de pressão do líquido de uma válvula sem conexão anexa, 
adimensional 
FLP Produto do fator de recuperação de pressão do líquido de uma válvula com conexão 
anexa e o fator da geometria da tubulação, adimensional 
Fp Fator de geometria da tubulação, adimensional 
FR Fator de número de Reynolds, adimensional 
Fs Fator de vazão laminar, adimensional 
g Aceleração local da gravidade 
Gf Densidade relativa (gravidade específica) do líquido nas condições a montante. 
Relação da densidade do líquido à temperatura de vazão para a densidade d'água a 
15,6 oC (60 oF ), adimensional 
Gg Densidade relativa (gravidade específica) do gás em relação à densidade do ar, ambos 
nas condições padrão. Igual à relação do peso molecular do gás para o peso molecular 
do ar, adimensional 
k Relação dos calores específicos, adimensional 
K Coeficiente de perda de pressão de um dispositivo, adimensional 
KB Coeficiente de Bernoulli, adimensional 
Ki Fatores de altura da velocidade para uma conexão de entrada, adimensional 
M Peso molecular, unidade de massa atômica 
N1, N2, ... Constantes numéricas para as unidades de medição usadas 
p1 Pressão estática absoluta a montante, medida em dois diâmetros nominais a montante 
do conjunto válvula-conexão 
p2 Pressão estática absoluta a jusante, medida em seis diâmetros nominais a jusante do 
conjunto válvula-conexão 
DP Pressão diferencial, p1 - p2 
pc Pressão absoluta termodinâmica crítica 
pr Pressão reduzida, adimensional 
pvc Pressão absoluta aparente na vena contracta 
q Vazão instantânea volumétrica 
qmax Vazão instantânea máxima (condições de vazão chocada) a uma dada condição a 
montante 
Rev Número de Reynolds da válvula, adimensional 
Tc Temperatura absoluta termodinâmica crítica 
Tr Temperatura reduzida, adimensional 
T1 Temperatura absoluta a montante, em kelvin (K) ou grau Rankine (
oR) 
U1 Velocidade na entrada da válvula 
w Vazão instantânea em massa ou peso 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
63 
 
 
Símbolo Descrição 
x Relação da queda de pressão para a pressão absoluta de entrada (DP/P1), 
adimensional 
xT Fator de relação das quedas de pressão, adimensional 
xTP Valor do fator xT para conjunto válvula-conexão, adimensional 
Y Fator de expansão, relação do coeficiente de vazão para um gás e para uma líquido 
para o mesmo número de Reynolds, adimensional 
Z Fator de compressibilidade, adimensional 
g1 (gama) Peso específico, para as condições a montante 
m (mi) Viscosidade absoluta 
n (ni) Viscosidade cinemática, centistoke 
r (rô) Densidade 
 
Índices 
1 Condições a montante 
2 Condições a jusante 
s Não turbulenta 
T Turbulenta 
 
 
 
 
 
Tab.1. Constantes numéricas para equações de vazão de líquido 
 
Constante Unidades usadas nas equações 
N w q p, DP d, D g1 n 
0,0865 - m3/h kPa - - - 
0,865 - m3/h bar - - - 
N1 
1,00 - gpm psia - - - 
0,00214 - - - mm - - N2 
890 - - - in - - 
76 000 - m3/h - mm - centistokes N4 
17 300 - gpm - in - centistokes 
2,73 kg/h - kPa - kg/m3 - 
27,3 kg/h - bar - kg/m3 - 
N6 
63,3 lb/h - psia - lb/ft3 - 
Para converter m2/s para centistokes, multiplicar m2/s por 106. 
Para converter centipoise para centistoke, dividir centipoise por Gf. 
 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 64 
4. Fluido incompressível – 
vazão de líquido não volátil 
A vazão instantânea de um líquido 
através de uma dada válvula de controle é 
uma função da pressão diferencial (P1 – P2) 
quando o líquido não vaporiza parcialmente 
entre a entrada e a saída da válvula. Se há 
formação de bolhas temporariamente 
(cavitação) ou permanentemente (flashing), 
esta relação não é mais válida. [A seção 5 
trata das equações de vazão aplicadas 
quando há grande vaporização). Na região 
de transição entre vazão de líquido não 
vaporizando e vazão totalmente chocada, a 
vazão instantânea real é menor que a 
prevista pelas equações desta seção e da 
seção 5. A cavitação que ocorre nesta 
região de transição pode produzir dano 
físico à válvula ou à tubulação e 
equipamentos associados. 
4.1. Equações para vazão turbulenta 
As equações para determinar a vazão 
instantânea de um líquido vazando através 
de uma válvula sob condições turbulentas, 
sem vaporização são: 
 
f
21
vp1 G
pp
CFNq
-
= 
 (1) 
21
f
p1
v pp
G
FN
q
C
-
= 
 
121vp6 )pp(CFNw g-= 
(2) 
121p1
v )pp(FN
w
C
g-
= 
 
 
4.2. Constantes numéricas 
As constantes numéricas N são 
escolhidas para acomodar as unidades de 
medição usadas nas equações. 
4.3. Fator de geometria da tubulação 
O Fator de geometria da tubulação Fp 
considera as conexões ligadas à entrada ou 
saída da válvula que perturbam a vazão, 
afetando a capacidade da válvula. Fp é 
realmente a relação do coeficiente de vazão 
de uma válvula com a conexão anexada 
para o coeficiente de vazão (CV ) de uma 
válvula instalada em uma tubulação reta do 
mesmo diâmetro que o da válvula. 
Para máxima exatidão, Fp deve ser 
determinado pelos procedimentos de teste 
especificados na norma S75.02. Onde os 
valores estimados são permitidos, Fp pode 
ser determinado pela seguinte equação: 
 
1
dN
KC
1
F
4
2
2
v
p
+
=
å
 (3) 
 
(O Apêndice B mostra a derivação 
matemática de Fp ). 
Em muitos casos, os tamanhos nominais 
da válvula e da tubulação (d e D) podem ser 
usados nas eqs. 3, 5, 6 e 7 sem erro 
significativo. 
O fator SK é a soma algébrica dos 
coeficientes da velocidade efetiva de todas 
as conexões colocadas na válvula mas não 
a inclui. Por exemplo, 
 
å -++= 2B1B21 KKKKK (4) 
 
onde K1 e K2 são os coeficientes de 
resistência das conexões de entrada e 
saída respectivamente e KB1 e KB2 são os 
coeficientes de Bernoulli para as conexões 
de entrada e saída, respectivamente. Os 
coeficientes de Bernoulli compensam as 
variações na pressão resultantes das 
diferenças na área do jato e velocidade. 
Quando os diâmetros das conexões de 
entrada e saída são idênticos, KB1 = KB2 e 
os dois fatores se anulam na eq. 4. Quando 
os diâmetros da entrada e saída são 
diferentes, KB é calculado como: 
 
4
B D
d
1K ÷
ø
ö
ç
è
æ-= (5) 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
65 
 
A conexão mais comumente encontrada 
é o redutor padrão, curto, concêntrico da 
tubulação. Estas conexões têm pouco 
estreitamento e sua perda de pressão não 
excede à de uma contração repentina com 
uma entrada levemente arredondada. Nesta 
base, se não se tem os valores 
experimentais para os coeficientes de 
resistência K1 e K2, os valores aproximados 
podem ser calculados como segue: 
Somente redutor de entrada: 
 
2
2
1
2
1
D
d
15,0K ÷
÷
ø
öç
ç
è
æ
-= (6) 
 
Somente expansor de saída: 
 
2
2
2
2
2
D
d
10,1K ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-= (7) 
 
Quando o redutor e o expansor têm o 
tem o mesmo tamanho: 
 
2
2
2
21
D
d
15,1KK ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-=+ (8) 
 
4.4. Equações para vazão não 
turbulenta 
Vazão não turbulenta ocorre em fluidos 
de alta viscosidade ou baixas velocidades. 
Nestas circunstancias, a vazão instantânea 
através de uma válvula é menor que para 
vazão turbulenta e o fator do número de 
Reynolds, FR, deve ser introduzido. FR é a 
relação da vazão instantânea não turbulenta 
para a vazão instantânea turbulenta prevista 
pelas eqs. (1) ou (2). As equações 
correspondentes para vazão não turbulenta 
se tornam, respectivamente: 
 
 
f
21
vR1 G
pp
CFNq
-
= 
 (9) 
21
f
R1
v pp
G
FN
q
C
-
= 
 
 
121vR6 )pp(CFNw g-= 
 (10) 
121R1
v
)pp(FN
w
C
g-
= 
 
Note-se a ausência do fator de geometria 
da tubulação, Fp , nas eqs. (9) e (10). Para 
a vazão não turbulenta, o efeito dos 
redutores acoplados diretamente à válvula 
ou de outras conexões que provocam 
distúrbio na vazão, é desconhecido. Por 
isso, a eq. (3) se aplica apenas à vazão 
turbulenta. 
Testes mostram que FR pode ser 
encontrado usando o número de Reynolds 
da válvula e a Fig. 1. O sombreado em 
torno da curva central indica o 
espalhamento dos dados de teste e a faixa 
de incerteza da vazão instantânea prevista 
no regime não turbulento. 
O número de Reynolds da válvula é 
definido como: 
 
4
4
2
2
v
2
L
vL
d4
v 1
dN
CF
CF
qFN
Re +
n
= (11) 
 
O modificador do tipo da válvula, Fd, na 
eq. (11) relaciona os dados dos testes de 
vários tipos de válvulas com os diferentes 
raios hidráulicos, de modo que uma única 
curva representa todos os tipos testados. 
(Ver Apêndice D para valores 
representativos de Fd). Deve-se ter cuidado 
em usar a curva na Fig. 1 para tipos de 
válvulas para os quais não foi estabelecido 
o fator Fd. 
 
O termo sob o radical na eq. (11) 
considera a velocidade de aproximação. 
Exceto para válvula esfera de grande 
abertura ou borboleta, este termo tem 
somente um pequeno efeito no Rev e 
geralmente pode ser omitido. 
A vazão instantânea através de uma 
válvula é uma função da velocidade do jato 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
66 
na vena contracta e a área do jato neste 
local. Esta velocidade é uma função da 
queda de pressão através do orifício da 
válvula e também da velocidade de entrada 
da válvula ou velocidade de aproximação. O 
fator da velocidade de aproximação está 
incluído no coeficiente de vazão da válvula. 
A maioria das vazões nas válvulas de 
controle de um processo é turbulenta, com 
números de Reynolds da válvula maiores 
que 104, onde o fator do número de 
Reynolds é igual a 1. Quando o regime da 
vazão é questionável, eq. (11) deve ser 
usada para achar Rev. Para informação 
adicional sobre vazão não turbulenta, ver 
Apêndice E e F. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1. Fator do número de Reynolds. 
 
 
5. Fluido incompressível – 
vazão chocada de líquido 
volátil 
Vazão chocada é uma vazão instantânea 
limitada ou máxima. Quando as condições 
de entrada (a montante) são fixas, pode-se 
aumentar a vazão instantânea diminuindo a 
pressão a jusante. Porém, há um ponto em 
que, mesmo diminuindo a pressão a 
jusante, a vazão não aumenta mais – esta 
vazão é chamada de chocada. Com a vazão 
de líquido, a vazão chocada ocorre como 
resultado da vaporização do líquido, quando 
a pressão dentro da válvula cai abaixo da 
pressão de vapor do líquido. A vazão 
chocada é acompanhada pela cavitação ou 
pelo flacheamento (flashing). Se a pressão 
a jusante é maior que a pressão de vapor 
do líquido, ocorre cavitação; se a pressão a 
jusante é igual ou menor que a pressão de 
vapor, ocorre flacheamento. Esta relação 
entre a vazão instantânea e a queda de 
pressão para uma válvula típica é mostrada 
na Fig. 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2. Vazão instantânea de líquido versus queda de 
pressão para uma válvula típica (pressão a 
montante e pressão de vapor constantes). 
 
 
5.1. Equações para vazão chocada 
de líquido 
As equações para determinar a máxima 
vazão instantânea de um líquido sob 
condições chocadas para válvulas em 
tubulações retas, ambas com o mesmo 
diâmetro, são: 
 
f
vc1
vL1 G
pp
CFNq
-
= 
 (12a) 
vc1
f
L1
max
v pp
G
FN
q
C
-
= 
 (10) 
onde 
vFvc pFp = (13a) 
dando 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
67 
f
vF1
vL1max G
pFp
CFNq
-
= 
ou (14a) 
vF1
f
L1
max
v pFp
G
FN
q
C
-
= 
 
As equações para determinar a máxima 
vazão instantânea de um líquido sob 
condições chocadas para válvulas com 
conexões são: 
 
 
f
vc1
vLP1max G
pp
CFNq
-
= 
 
ou (12b) 
 
vc1
f
LP1
max
v pp
G
FN
q
C
-
= 
 
onde 
vFvc pFp = (13b) 
dando 
 
f
vF1
vLP1max G
pFp
CFNq
-
= 
 
ou (14b) 
 
vF1
f
L1
max
v pFp
G
PFN
q
C
-
= 
 
5.2. Fator de recuperação de pressão 
do líquido, FL 
O fator de recuperação de pressão do 
líquido, FL, se aplica a válvulas sem 
conexões associadas. Este fator leva em 
conta a influência da geometria interna da 
válvula em sua capacidade, na vazão 
chocada. Sob condições de vazão de não 
evaporação, este fator é definido como: 
 
vc1
21
L pp
pp
F
-
-
= (15a) 
5.3. Fator de recuperação de pressão 
combinado do líquido, FLP 
Quando uma válvula é instalada com 
redutores ou outras conexões, a 
recuperação de pressão do líquido na 
combinação válvula-conexão não é mesma 
que a da válvula sozinha. Para cálculos 
envolvendo vazão chocada, é conveniente 
tratar o fator de geometria da tubulação Fp 
e o fator para a combinação válvula-
conexão como um único fator FLP . O valor 
de FL para a combinação é então FLP/Fp , 
onde 
 
vc1
21
p
LP
pp
pp
F
F
-
-
= (15b) 
 
Para máxima exatidão, FLP deve ser 
determinado usando os procedimentos de 
teste especificados na norma ANSI/ISA 
S75.02. Quando os valores estimados são 
permitidos, pode-se usar a seguinte fórmula 
para obter FLP com exatidão razoável: 
 
1
dN
CFK
F
F
4
2
2
v
2
L1
L
LP
+
= (16) 
 
Nesta equação, 
Ki é o coeficiente de perda da coluna de 
qualquer conexão entre a tomada de 
pressão a montante e a face de entrada da 
válvula apenas e vale 
 
Ki = K1 + KB1 . 
6. Fluido compressível – vazão 
de gás e vapor 
A vazão instantânea de um fluido 
compressível varia como uma função da 
relação da pressão diferencial para a 
pressão absoluta de entrada (Dp/p1), 
designado pelo símbolo x. Em valores de x 
próximos de zero, a equação nesta seção 
pode ser traçada para a equação de 
Bernoulli para fluidos incompressíveis 
newtonianos. Porém, valores crescentes de 
x resultam em efeitos de expansão e 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
68 
compressão, que requerem o uso de fatores 
apropriados de correção. 
6.1. Equações para vazão turbulenta 
A vazão instantânea de um gás ou vapor 
através de uma válvula pode ser calculada 
usando qualquer uma das seguintes 
formulas: 
 
11vp6 xpYCFNw g= 
ou (17) 
11p6
v xpYFN
w
C
g
= 
 
ZTG
x
YpCFNq
1g
1vp7= 
ou (18) 
x
ZTG
YpFN
qC 1g
1p7
v = 
 
ZT
xM
YpCFNw
1
1vp8= 
ou (19) 
xM
ZT
YpFN
w
C 1
1p8
v = 
 
ZMTx
YpCFNq
1
1vp9= 
ou (20) 
x
ZMT
YpFN
q
C 1
1p9
v = 
 
Note que o valor numérico de x usado 
nestas equações não pode exceder o limite 
de choque (FKxTP), independente do valor 
real de x. 
 
 
 
6.2. Constantes numéricas 
As constantes numéricas N são escolhidas para acomodar as unidades de medição 
usadas nas equações. 
 
Tab.2. Constantes numéricas para equações de vazão de líquido 
 
Constante Unidades usadas nas equações 
N w q p, DP g1 T1 d, D 
0,00241 - - - - - mm N5 
1 000 - - - - - in 
2,73 kg/h - kPa kg/m3 - - 
27,3 kg/h - bar kg/m3 - - 
N6 
63,3 lb/h - psia lb/ft3 - - 
4,17 - m3/h kPa - K - 
417 - m3/h bar - K - 
N7 
1360 - scfh psia - oR - 
0,948 kg/h - kPa - K - 
94,8 kg/h - bar - K - 
N8 
19,3 lb/h - psia - oR - 
22,5 - m3/h kPa - K - 
2250 - m3/h bar - K - 
N9 
7320 - scfh psia - oR - 
q é em pé cúbico por hora medido @ 14,73psia e 60 oF ou metro cúbico por hora medido @ 101,3 kPa e 15,6 
oC 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 69 
6.3. Fator de expansão Y 
O fator de expansão Y considera a 
variação na densidade de um fluido quando 
ele passa da entrada da válvula para a vena 
contracta e a variação na área da vena 
contracta quando a queda de pressão é 
alterada (coeficiente de contração). 
Teoricamente, Y é afetado por todos os 
seguintes parâmetros: 
1. Relação da área de passagem para a 
área de entrada do corpo 
2. Geometria interna da válvula 
3. Relação da queda de pressão, x 
4. Número de Reynolds 
5. Relação dos calores específicos, k 
As influências dos três primeiros itens 
são definidas pelo fator xT . Dados de teste 
indicam que Y pode ser tomado como uma 
função linear de x, como mostrado na 
seguinte equação para uma válvula sem 
nenhuma conexão anexa: 
 
TKxF3
x
1Y -= (21) 
 
com limites (1,0 > Y > 0,67) 
Para uma válvula com conexão anexa, xT 
é substituído por xTP. 
Para todos os objetivos práticos, o efeito 
do número de Reynolds pode ser 
desprezado no caso de fluidos 
compressíveis. O efeito da relação dos 
calores específicos, k, é considerado na 
seção 6.7. 
6.4. Vazão chocada 
Se todas as condições são mantidas 
constantes e a relação da pressão 
diferencial (x) é aumentada pela diminuição 
da pressão a jusante (p2), a vazão 
instantânea mássica aumentará até um 
limite máximo. As condições onde o valor de 
x excede este são conhecidas como vazão 
chocada. O choque ocorre quando o jato do 
fluido na vena contracta atinge sua máxima 
área transversal na velocidade sônica. Isto 
ocorre em relações de pressões (p/pvc) 
maiores que 2,0. 
O valor de x no início das condições de 
vazão chocada varia de válvula para 
válvula. Ele também varia com a geometria 
da tubulação e com as propriedades 
termodinâmicas do fluido. Os fatores 
envolvidos são xT (seção 6.5), xTP (seção 
6.6) e Fk (seção 6.7). 
6.5. Fator de relação de queda de 
pressão, xT 
Para máxima exatidão, o fator de relação 
de queda de pressão, xT, deve ser 
estabelecido usando os procedimentos de 
teste especificados na norma ANSI/ISA 
S75.02. Valores representativos de xT para 
válvulas são listados no Apêndice D. Estes 
valores representativos não são tomados 
como reais; os valores reais devem ser 
obtidos do fabricante da válvula. 
6.5. Fator de relação de queda de 
pressão com redutores ou outras 
conexões, xTP 
Quando a válvula é instalada com 
redutores ou outras conexões, o fator de 
relação de queda de pressão do conjunto 
(xTP) é diferente daquele com a válvula 
isolada (xT). Para máxima exatidão, o fator 
xTP, deve ser estabelecido usando os 
procedimentos de teste especificados na 
norma ANSI/ISA S75.02. Valores estimados 
são permitidos, usando-se a seguinte 
equação: 
 
÷
÷
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
ç
ç
è
æ
+
=
1
dN
CKx
1
F
x
x
4
5
2
viT
2
p
T
TP (22) 
 
 
Nesta equação, 
xT é o fator de relação de queda de 
pressão para uma dada válvula instalada 
sem redutores ou outras conexões, 
Ki é a soma dos coeficientes de 
velocidade de entrada (K1 + KB1) do 
redutor ou outra conexão anexada à entrada 
da válvula. 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
70 
Esta correção para xT é usualmente 
desprezível se d/D é maior que 0,5 e CV /d
2 
é menor que 20, onde d é dado em 
polegadas. 
Ver Apêndice H para a derivação de xT. 
6.7. Fator de relação dos calores 
específicos, Fk 
A relação dos calores específicos de um 
fluido compressível afeta a vazão 
instantânea através de uma válvula. O fator 
Fk leva em conta este efeito. Fk tem um 
valor de 1,0 para o ar em temperaturas e 
pressões moderadas, onde sua relação de 
calores específicos é 1,40. A experiência e 
a teoria indicam que, para o 
dimensionamento da válvula, Fk pode ser 
considerado uma função linear de k, como: 
 
40,1
k
Fk = (23) 
 
6.8. Fator de compressibilidade, Z 
As eq. (18), (19) e (20) não contem um 
termo para o peso específico real do fluido 
nas condições a montante. Em vez disso, 
este termo é inferido da pressão e 
temperatura de entrada, baseando-se na 
leis dos gases ideais. Sob algumas 
condições, o comportamento do gás real 
pode se desviar muito do ideal. Nestes 
casos, o fator de compressibilidade, Z, deve 
ser introduzido para compensar esta 
discrepância. Z é uma função da pressão 
reduzida e da temperatura reduzida. Para 
uso neste trabalho, pressão reduzida pr é 
definida como a relação da pressão 
absoluta real de entrada para a pressão 
absoluta termodinâmica crítica para o fluido 
em questão. A temperatura reduzida Tr é 
definida de modo semelhante. Tem-se: 
 
c
1
r p
p
p = (24) 
 
c
1
r T
T
T = (25) 
 
As pressões e temperaturas críticas para 
a maioria dos fluidos e as curvas para 
determinação de Z podem ser encontradas 
na literatura técnica de dados físicos. 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 71 
Apêndice A – Uso das equações de 
vazão para dimensionamento de 
válvulas 
 
 
São feitos testes de laboratório em válvulas reais em uma configuração de teste em uma 
configuração de teste definida. O fluido de teste é usualmente água ou ar. O coeficiente de 
vazão CV e os fatores FL, xT, são determinados no percurso especificado da válvula. Estes 
dados, além dos fatores para tratar do fluido real e a configuração de tubulação (Fk, FF, Fp ) 
são usados nas equações desta norma para prever a vazão instantânea com a válvula 
totalmente aberta. 
O principal uso das equações de vazão é para ajudar na seleção do tamanho apropriado de 
uma válvula para uma aplicação específica. Neste procedimento, os números nas equações 
consistem de valores conhecidos para o fluido e condições de vazão e valores conhecidos 
para o tipo selecionado de válvula em sua abertura especificada. Com estes fatores nas 
equações, a incógnita (ou produto de incógnitas, e.g., FpCV ) pode ser calculado. Embora 
estes números computados sejam geralmente convenientes para selecionar uma válvula de 
uma série de tamanhos discretos, eles não representam uma condição de operação 
verdadeira, porque os fatores são mutuamente incompatíveis. Alguns dos fatores usados na 
equação são para a válvula totalmente aberta enquanto outros relacionados às condições de 
operação são para a válvula parcialmente aberta. 
Assim que um tamanho de válvula tenha sido selecionado, as incógnitas restantes, tais 
como Fp , podem ser computadas e deve se fazer um julgamento para confirmar se o tamanho 
é adequado. Geralmente não é necessário fazer os cálculos adicionais para prever a abertura 
exata da válvula. Para fazer isso, todos os fatores pertinentes devem ser conhecidos nas 
aberturas parciaisda válvula. 
 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 72 
Apêndice B - Derivação dos fatores 
Fp e FLP 
 
 
Se uma válvula é instalada entre 
redutores, o CV do conjunto inteiro é 
diferente daquele para a válvula sozinha. Se 
os redutores de entrada e saída são do 
mesmo tamanho, o único efeito é a 
resistência adicional da conexão, que cria 
uma queda de pressão adicional. Se há 
apenas um redutor ou se há redutores de 
diferentes tamanhos na entrada e saída, há 
um efeito adicional na pressão devido à 
diferença na velocidade entre os jatos de 
entrada e saída. 
A altura da velocidade, expressa em 
comprimento de fluido (metro ou pé) é igual 
U2/2g, onde U é a velocidade do fluido e g é 
a aceleração da gravidade do local. 
Expressa em unidades inglesas, psi, gpm e 
polegadas, a pressão da velocidade se 
torna 
 
4
f
2
d890
Gq
p = (B-1) 
 
Para um coeficiente de resistência K, a 
diferença de pressão fica: 
 
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
=D 4
f
2
d890
Gq
Kp (B-2) 
 
Da eq. (1) e (B-2), o coeficiente de 
resistência para uma válvula é: 
 
2
v
4
válvula
C
d890
K = (B-3) 
 
A variação na pressão de velocidade 
através de um redutor com diâmetros d e D 
é: 
 
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-=- 4
4
4
f
2
4
f
2
4
f
2
D
d
1
d890
Gq
D890
Gq
d890
Gq
 (B-
4) 
 
Da eq. (B-2) e (B-4), tem-se o fator KB, 
que é chamado de coeficiente de Bernoulli. 
Assim, 
 
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-= 4
4
B
D
d
1K (B-5) 
 
Por definição, 
 
p
Gq
)CF( f
2
2
vp D
= (B-6) 
 
Da eq. (B-2) e (B-4), somando todos os 
fatores K: 
 
2B1B21válvula
4
2
vp KKKKK
d890
)CF(
-+++
=
 (B-7) 
 
Substituindo Kválvula da eq. (B-3): 
 
å+
=
K
C
d890
d890
)CF(
2
v
4
4
2
vp (B-8) 
 
onde 
 
å -++= 2B1B21 KKKKK (B-9) 
 
Assim, rearrumando a eq. (B-8), tem-se: 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
73 
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
=
å 1
d890
KC
1
F
4
2
v
p (B-10) 
 
Nota-se na eq. (B-9) que SK é a soma de 
todos os coeficientes efetivos de altura de 
velocidade. Se os redutores de entrada e 
saída são do mesmo tamanho, KB1 - KB2 e 
na eq. (B-9) os dois se cancelam por causa 
da diferença em seus sinais. Para K1 e K2, 
ver eq. (6) e (7). 
Por definição, da eq. (15): 
vc
a
vc1
212
L p
p
pp
pp
F
D
D
=
-
-
= (B-11) 
 
onde Dpa é a queda de pressão através 
da válvula e Dpvc válvula de controle é a 
queda de pressão na vena contracta. 
Também da eq. (1): 
 
f
a2
v
f
b2
vp
2
G
p
C
G
p
)CF(q
D
=
D
= (B-12) 
 
onde Dpb é a queda de pressão através da 
válvula sem redutores. 
Da eq. (B-12): 
 
b
2
pa pFp D=D (B-13) 
 
Substituindo esta expressão na eq. 
(B-11), tem-se: 
 
vc
b2
p
2
L p
p
FF
D
D
= (B-14) 
 
Por definição, 
 
ivc
b2
pL pp
p
)F(
D+D
D
= (B-15) 
 
onde (FL)p é o fator de recuperação da 
pressão para a válvula com redutores e Dpi 
é a queda através do redutor de entrada. 
Da eq. (B-2): 
 
4
f
2
i
i
d890
GqK
p =D (B-16) 
 
onde Ki = K1 + KB1 
 
Substituindo a expressão para q2 da eq. 
(B-12) na eq. (B-16), tem-se: 
 
4
b
2
v
2
pi
i
d890
pCFK
p
D
=D 
 (B-17) 
 
Substituindo as eq. (B-14) e (B-17) na (b-
15), tem-se o seguinte desenvolvimento: 
 
4
b
2
v
2
pi
2
L
b
2
p
b2
pL
d890
pCFK
F
pF
p
)F(
D
+
D
D
= 
 
4
2
vi
2
L
p
pL
d890
CK
F
1
1
F
1
)F(
+
= 
 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
÷
ø
ö
ç
è
æ+
==
2
2
vi
2
L
ppLLP
d
C
890
K
F
1
1
F)F(F 
 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
+÷
ø
ö
ç
è
æ
=
1
d
C
N
KF
F
F
2
2
v
2
i
2
L
L
LP (B-18) 
 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 74 
Apêndice C - Variações de pressão 
no sistema válvula de controle e 
tubulação 
Um entendimento dos vários mecanismos de perdas envolvidos em um sistema de válvula 
de controle e tubulação pode ser obtido olhando as linhas de energia e hidráulica para um 
sistema de vazão de líquido contendo contrações e expansões abruptas na forma de redutores 
concêntricos, como mostrado na Fig. C-1. Para facilidade de compreensão, as curvas são 
mostradas como segmentos de linhas retas. A linha de energia inclui somente a energia 
disponível e exclui a energia interna. Cada ponto de variação de pressão associado com esta 
figura é definido na Tab. C-1. Algumas das quedas de pressão são não recuperáveis e outras 
são recuperáveis, como mostrado na linha hidráulica. Os termos abaixo também definem os 
vários coeficientes associados com o sistema. Os coeficientes Bernoulli, KB1 e KB2 levam em 
conta a variação na pressão de velocidade do fluido e se relaciona com a energia cinética total 
para a calculada com a velocidade de entrada da válvula U1. 
 
Tab. C-1 - Definições dos termos de altura (Ver Fig. C-1) 
 
Referênci
a 
Termos de altura Unidades inglesas Unidades SI 
A Altura da pressão de entrada P1/g P1/rg 
B Altura da velocidade de entrada (d/D1)
4(U1
2/2g) (d/D1)
4(U1
2/2g) 
C Queda no redutor (K1+ KB1)(U1
2/2g) (K1+ KB1)(U1
2/2g) 
D Diferencial para vena contracta (E)/(1-FL
2) (E)/(1-FL
2) 
E Recuperação da pressão na válvula (D) - (H) (D) - (H) 
F Recuperação no expansor (KB2- K2) (U1
2/2g) (KB2- K2) (U1
2/2g) 
G Perda no redutor (K1) (U1
2/2g) (KB2- K2) (U1
2/2g) 
H Perda na válvula N2 (d
4/Cv
2)(U1
2/2g) N2 (d
4/Cv
2)(U1
2/2g) 
I Perda no expansor K2 (U1
2/2g) K2 (U1
2/2g) 
J Altura de pressão na saída p2/g p2/rg 
K Altura de velocidade na saída (d/D2)
4(U1
2/2g) (d/D2)
4(U1
2/2g) 
L Perda da pressão total (p1 - p2) /g (p1 - p2) /rg 
 
Todas as unidades são absolutas e consistentes: libra, pé e segundo em unidades inglesas e kilograma, 
metro e segundo no SI. 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
75 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. C-1 - Variações de pressão em um sistema com uma válvula de controle e tubulação 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
76 
Apêndice D: Valores representativos 
dos fatores de capacidade da 
válvula 
Os valores na Tab. D-1 são típicos somente para os tipos de válvulas mostrados em seus 
percursos especificados para trim de tamanho pleno. Variações significativas nestes valores 
podem ocorrer por causa de qualquer um dos seguintes motivos: 
1. percurso reduzido 
2. tipo do trim 
3. tamanho de sede reduzido 
4. fabricante da válvula 
 
Tab. D-1- Valores representativos dos fatores de capacidade da válvula 
 
Tipo de válvula Tipo de trim Direção da 
vazão 
xT FL Fs . Fd CV /d2 
Globo 
Plug simples Qualquer 0.75 0.9 1.0 1.0 9.5 
Plug contornado Aberta 0.72 0.9 1.1 1.0 1.1 
 Fechada 0.55 0.8 1.1 1.0 1.1 
Gaiola caracterizada Aberta 0.75 0.9 1.1 1.0 14 
 Fechada 0.70 0.85 1.1 1.0 16 
Sede simples 
Guiada pela lateral (wing) Qualquer 0.75 0.9 1.1 1.0 1.1 
Plug simples Qualquer 0.75 0.9 0.84 0.7 12.5 
Plug contornado Qualquer 0.70 0.85 0.85 0.7 13 
Sede dupla 
Guiado pela lateral Qualquer 0,75 0.9 0.84 0.7 14 
Rotativa Plug esférico excêntrico Aberto 0.61 0.85 1.1 1.0 12 
 Fechado 0.40 0.68 1.2 1.0 13.5 
Plug contornado Aberta 0.72 0.9 1.1 1.0 17 
 Fechada 0.8 1.1 1.0 20 
Gaiola caracterizada Aberta 0.65 0.85 1.1 1.0 12 
 Fechada 0.60 0.8 1.1 1.0 12Ângulo 
Venturi Fechada 0.20 0.5 1.3 1.0 22 
Segmentada Aberta 0.25 0.6 1.2 1.0 25 Esfera 
Sede padrão (diâmetro @ 
0,8 d) 
Qualquer 0.15 0.55 1.3 1.0 30 
Alinhada com 60 o Qualquer 0.38 0.68 0.95 0.7 17.5 
Lâmina flautada Qualquer 0.41 0.7 0.93 0.7 25 
Borboleta 
Sede com off set de 90 
graus 
Qualquer 0.35 0.60 0.98 0.7 29 
 
O sentido da vazão tende a abrir ou fechar a válvula, ou seja, empurra o membro de fechamento para longe ou perto 
da sede. 
Em geral, Fd pode ser usado como igual a 1 para válvulas com uma passagem de sede simples. Usa-se Fd igual a 
0,7 para válvulas com duas passagens de fluxo, tais como globo de sede dupla ou borboleta. 
Nesta tabela, d pode ser tomado como o diâmetro nominal da válvula, em polegadas. 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 77 
Apêndice E: Fator do número de 
Reynolds 
 
 
A informação contida neste Apêndice é 
uma elaboração da discussão apresentada 
na seção 4.4. Ela apresenta um método 
usada para resolver problemas de vazão 
laminar e transitória. 
Fig. $-1 mostra as relações entre FR e o 
número de Reynolds da válvula para os três 
tipos de problemas que podem ser 
encontrados com a vazão viscosa, tais 
como: 
1. Determinação do coeficiente de 
vazão requerido quando 
selecionando um tamanho de válvula 
de controle. 
2. Previsão da vazão instantânea que 
passara por uma válvula selecionada 
3. Previsão da pressão diferencial 
através de uma válvula selecionada. 
Na Fig. E-1, as linhas retas diagonais 
que estendem para baixo em uma valor de 
FR de aproximadamente 0,3 indicam 
condições onde há vazão laminar. Em um 
número de Reynolds da válvula de 40 000, 
todas as três curvas na Fig. E-1 atingem 
um FR igual a 1,0. Neste número e em todos 
os valores maiores de número de Reynolds, 
há vazão turbulenta. Entre a região laminar, 
indicada pelas linhas retas diagonais de 
Fig. E-1 e a região turbulenta, onde FR = 
1,0, o regime de vazão é transitória (nem 
laminar nem turbulenta). 
Eq. 11 para determinar o número de 
Reynolds da válvula ReV é: 
 
4 4
2
2
v
2
L
vL
d4
v 1
dN
CF
CF
qFNRe ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
n
= (11) 
 
onde os valores de FR e as soluções para 
os três tipos de problemas podem ser 
obtidos usando-se os seguintes 
procedimentos. 
Determinação do coeficiente de 
vazão requerido (Seleção do 
tamanho da válvula) 
O seguinte tratamento é baseado em 
válvulas sem conexões anexas, portanto 
com FR - 1,0. 
1. Calcular um pseudo Cvt, assumindo 
vazão turbulenta, usando a eq.: 
 
f
21
1
vt
G
pp
N
q
C
-
= (E-1) 
 
2. Calcular Rev usando a eq. (11), 
substituindo CVt do passo 1 para CV . 
Para FL, selecionar um valor 
representativo para o tipo de válvula 
desejado. 
3. Achar FR como segue: 
a) Se Rev é menor que 56, a vazão 
é laminar e FR pode ser 
encontrado usando a curva da 
Fig. E-1 ou usando a seguinte 
equação: 
 
67,0
vR )(Re019,0F = (E-2) 
 
b) Se Rev é maior que 40 000, a 
vazão pode ser considerada 
turbulenta, com FR = 1,0. 
c) Se Rev fica entre 56 e 40 000, a 
vazão é transicional e pode ser 
achada da curva E-1 ou da Tab. 
E-1. 
d) Obter o CV requerido de: 
 
R
vt
v F
C
C = (E-3) 
 
e) Após determinar o CV , verificar o 
valor FL para o tamanho 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 
78 
selecionado da válvula. Se este 
valor é muito diferente do valor 
selecionado no passo 2, usar o 
novo valor e repetir os passos 1 
até 4. 
Previsão da vazão 
1. Calcular qt, assumindo vazão 
turbulenta, usando 
 
f
21
v1t G
pp
CNq
-
= 
 
2. Calcular Rev , usando a eq. (11), 
substituindo qt por q do passo 1 
3. Achar FR como segue: 
a) Se Rev é menor que 106, a vazão 
é laminar e FR pode ser 
encontrado usando a curva da 
Fig. E-1 chamada de Previsão 
da Vazão ou usando a seguinte 
equação: 
 
vR Re0027,0F = (E-5) 
 
b) Se Rev é maior que 40 000, a 
vazão pode ser considerada 
turbulenta, com FR = 1,0. 
c) Se Rev fica entre 106 e 40 000, a 
vazão é transicional e FR pode 
ser achado da curva E-1 ou da 
Tab. E-1, na coluna Previsão da 
Vazão. 
d) Obter a vazão prevista de: 
 
q = FR qt (E-6) 
Previsão da queda de pressão 
1. Calcular Rev, de acordo com eq. (11). 
2. Achar FR como segue: 
a) Se Rev é menor que 30, a vazão 
é laminar e FR pode ser 
encontrado usando a curva da 
Fig. E-1 chamada de Previsão 
da Queda de Pressão ou usando 
a seguinte equação: 
 
5,0
vR )(Re052,0F = (E-5) 
 
b) Se Rev é maior que 40 000, a 
vazão pode ser considerada 
turbulenta, com FR = 1,0. 
c) Se Rev fica entre 30 e 40 000, a 
vazão é transicional e FR pode 
ser achado da curva E-1 ou da 
Tab. E-1, na coluna Previsão da 
Queda de Pressão. 
d) Obter a vazão prevista de: 
 
2
vR1
f CFN
qGp ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
=D (E-8) 
 
 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 79 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. E-1 - Fator do número de Reynolds para dimensionamento da válvula . 
 
 
Tab. E.1. Fator do número de Reynolds para vazão transicional 
Número de Reynolds da válvula, Rev 
FR(*) Seleção do 
tamanho 
Previsão da 
vazão 
Previsão do 
DP 
0,284 56 106 30 
0,32 66 117 38 
0,36 79 132 48 
0,40 94 149 59 
0,44 110 167 74 
0,48 130 188 90 
0,52 154 215 113 
0,56 188 253 142 
0,60 230 298 179 
0,64 278 351 224 
0,68 340 416 280 
0,72 471 556 400 
0,76 620 720 540 
0,80 980 1100 870 
0,84 1 560 1 690 1 430 
0,88 2 470 2 660 2 300 
0,92 4 600 4 800 4 400 
0,96 10 200 10 400 10 000 
1,00 40 000 40 000 40 000 
 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 80 
Apêndice F: Equações para vazão 
de líquido não turbulenta 
 
O seguinte método para manipular vazão 
doe líquido não turbulenta permite uma 
solução direta da incógnita - vazão, CV ou 
queda de pressão - sem usar tabelas ou 
curvas e sem primeiro computar um número 
de Reynolds. Ele é especialmente útil com 
calculadoras programadas ou 
computadores. Os resultados estão de 
conformidade com a seção 4.4. 
A Fig. 4.4 tem as seguintes 
características: 
1. Uma linha reta horizontal em FR = 1,0 
representando a região de vazão 
turbulenta. Aqui, a vazão instantânea 
varia com a raiz quadrada da pressão 
diferencial (Eq. 1) 
2. Uma linha reta diagonal, representando 
a região de vazão laminar. Aqui a vazão 
instantânea varia linearmente com a 
pressão diferencial 
3. Uma porção curva, representando a 
região de transição. 
4. Um envelope hachuriado para indicar o 
espalhamento dos dados de teste e a 
incerteza a ser esperada na região não 
turbulenta. 
Da eq. (9): 
 
f
21
vR1 G
pp
CFNq
-
= (9) 
e da eq. (11): 
 
4
4
2
2
v
2
L
vL
d4
v 1
dN
CF
CF
qFN
Re ÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
n
= (11) 
Para a região laminar, uma equação 
pode ser escrita para a linha reta 
encontrada na Fig. 1, como: 
 
370
ReF vR = (F-1) 
Combinando estas três equações, tem-
se 
( )
m
D
=
p
CFNq 3 2vss 
 
ou (F-2) 
 
3
2
ss
v pN
q
F
1
C ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
D
m
= 
 
onde 
6
4
2
2
v
2
L3
L
2
d
s 1
dN
CF
F
F
F += (F-3) 
e 
m = viscosidade absoluta, centipoise 
Ns = uma constante que depende das 
unidades usadas, ou seja: 
 
Ns q DP 
47 gpm psi 
1,5 m3/hr kPa 
15 m3/hr bar 
 
Fs é geralmente uma função do tipo de 
válvula de um determinado fabricante e 
varia pouco de tamanho para tamanho. Esta 
variação é usualmente não maior que a 
incerteza no valor do fator Fd que leva em 
conta o raiohidráulico. Valores 
representativos de Fs são listados no 
Apêndice D. Assim que uma determinada 
válvula é selecionada, os valores reais de 
Fd, FL e CV /d
2 podem ser usados para 
computar Fs. 
A eq. (F-2) pode ser resolvida 
diretamente para a incógnita se a vazão é 
totalmente laminar. Na região de transição, 
para evitar usar a curva ou tabela, pode se 
usar as seguintes equações para 
determinar FR: 
655,0
vt
vs
R C
C358,0044,1F ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-= (F-4) 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 
81 
 
336,0
t
s
R p
p375,0084,1F ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
D
D-= (F-5) 
 
588,0
s
t
R q
q358,0044,1F ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-= (F-6) 
 
Nestas equações, o índice s denota um 
valor computado da eq. (F-2) assumindo 
condições de vazão laminar e o índice t 
denota um valor computado da eq. (9) 
assumindo condições de vazão turbulenta 
(FR = 1,0). 
Quando o valor de FR calculado pelas 
equações acima é menor que 0,48, a vazão 
pode ser considerada laminar e vale a eq. 
(F-2). Quando FR é maior que 0,98, a vazão 
pode ser considerada turbulenta e vale a 
eq. (9) (FR = 1,0). O fator de geometria da 
tubulação Fp não pode ser usada nem na 
eq. (9) nem na eq. (F-2), porque o efeito 
que as conexões muito próximas tem na 
vazão não turbulenta através das válvulas 
de controle não está bem estabelecido. 
Também, a equação usada nesta norma 
para Fp é baseada apenas na vazão 
turbulenta. Para máxima exatidão, uma 
válvula deve ser instalada com tubulação 
reta na entrada de mesmo tamanho da 
válvula. O comprimento da tubulação reta 
deve ser suficiente para a vazão 
desenvolver seu perfil normal de 
velocidade, uma condição na qual os dados 
da pesquisa se baseiam. 
Os seguintes exemplos mostram como os 
problemas podem ser resolvidos. 
Problema 1. 
Achar o tamanho da válvula, dados: 
q = 500 gpm 
Gf = 0,9 
DP = 20 psi 
m - 20 000 cP 
Válvula selecionada: borboleta, 
Cv/d2 = 19 
Fx = 0,93 (de um catálogo de fabricante 
ou Anexo D) 
Usando a eq. 9, para vazão turbulenta: 
 
f
21
vR1 G
pp
CFNq
-
= 
90,0
20
)0,1)(0,1(500 vtC= 
 
Cvt = 106 
 
Usando a eq. (F-2) para vazão laminar: 
 
3
2
ss
v pN
q
F
1
C ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
D
m
= 
 
3
2
2047
000.20500
93,0
1
÷
ø
ö
ç
è
æ
´
´
=vC 
 
Cvs = 520 
 
Usando a eq. (F-4) para vazão de 
transição, 
 
655,0
vt
vs
R C
C358,0044,1F ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-= 
 
655,0
106
520
358,0044,1 ÷
ø
ö
ç
è
æ-=RF 
 
FR = 0,03 
 
Este valor para Fr é menor que 0,48, 
limite para a vazão de transição. O Cv 
requerido é de 520. Para satisfazer esta 
exigência, uma válvula representativa de 6 
polegadas tem um Cv = 19d2 = 684 ou 
como listado no catálogo do fabricante. 
Problema 2 
Achar a pressão diferencial, dados: 
q = 1 040 gpm 
Gf = 0,84 
m = 5 900 cP 
Cv = 400 
Fs = 1,25 
Usando a eq. (9), assumindo vazão 
turbulenta: 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 
82 
f
21
vR1 G
pp
CFNq
-
= 
84,0
4000,10,11070
pD
´´= 
Dpt = 601 psi 
 
Usando a eq. (F-2) e assumindo vazão 
laminar: 
 
( )
m
D
=
p
CFNq 3 2vss 
( )
5900
40025,1471070 3 2 s
pD
´= 
Dps = 12,0 psi 
Usando a eq. (F-5) para vazão de 
transição: 
336,0
t
s
R p
p375,0084,1F ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
D
D-= 
336,0
01,6
0,12
375,0084,1 ÷
ø
öç
è
æ-=RF 
 
FR = 0,61 
Como FR está entre 0,48 e 0,98, a vazão 
é transicional. 
Achar a queda de pressão usando eq. 
(9) 
 
f
21
vR1 G
pp
CFNq
-
= 
84,0
40061,00,11070
pD
´´= 
Dp = 16 psi 
Notar que os pseudovalores de Dp, 
assumindo vazão turbulenta (6 psi) ou 
laminar (12 psi), não são aplicáveis porque 
a vazão é realmente de transição. 
Problema 3 
Achar o tamanho da válvula, dados: 
q = 17 m3/h 
r = 1100 kg/m3 
Dp = 69 kPa 
m = 1000 N.s/m3 (ou 106 cP) 
Fs = 1,25 
Válvula selecionada: esfera 
 
302 =d
Cv 
 
Fs = 1,3 
 
Usando a eq. (9) para vazão turbulenta: 
 
f
21
vR1 G
pp
CFNq
-
= 
 
f
vt G
p
C
D
´´= 0,10865,017 
 
Cvt = 24,8 
 
Usando eq. (F-2) para vazão laminar: 
 
3
2
ss
v pN
q
F
1
C ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
D
m
= 
 
3
26
695,1
1017
3,1
1
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
´
´
=vsC 
 
Cvs = 2310 
 
Para vazão transicional: 
 
336,0
8,24
2310
358,0044,1 ÷
ø
öç
è
æ-=RF 
 
FR = -5,9 
Um valor menor que 0,48 indica vazão 
laminar. Assim, o Cv requerido é 2310. Para 
satisfazer esta exigência, uma válvula de 
250 mm (10 polegadas) com um Cv = 30 
(10)2 = 3 000. 
 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 83 
Apêndice G: Fator de relação de 
pressão crítica do líquido, FF 
 
 
 
A vazão instantânea é uma função da 
queda de pressão da entrada da válvula 
para a vena contracta. Em condições de 
vazão de líquido não vaporizante, a pressão 
aparente da vena contracta pode ser 
prevista da pressão a jusante (p2), porque a 
recuperação da pressão é uma fração 
consistente da queda de pressão para a 
vena contracta. O efeito desta recuperação 
de pressão é reconhecido no coeficiente de 
vazão da válvula. 
Sob condições da vazão chocada, não 
há relação entre p2 e pvc porque a 
vaporização afeta a recuperação da 
pressão. O fator de relação de pressão 
crítica do liquido é usada para prever pvc. É 
a relação da pressão da vena contracta 
aparente sob condições de vazão chocada 
para a pressão de vapor do líquido nesta 
temperatura de entrada. 
Uma equação para prever FF foi 
publicada em normas. Uma equação teórica 
baseada na hipótese que o liquido esteja 
sempre em estado de equilíbrio 
termodinâmico é a seguinte: 
 
 
c
v
F p
p
28,096,0F -= (G-1) 
 
Como o liquido nem sempre permanece 
no estado de equilíbrio termodinâmico 
quando ele se vaporiza através da válvula, 
a vazão real será maior que a prevista pela 
eq. (G-1). 
Em experiências com restrições 
diferentes de válvula, tem-se uma equação 
derivada: 
o
F F
1F
s
-= (G-2) 
 
onde 
s é a tensão superficial do liquido em 
N/m 
Fo é um fator de orifício determinado 
experimentalmente para a restrição ou 
válvula, nas mesmas unidades. 
Esta equação considera o fato que 
líquidos vaporizando através de uma 
restrição não estão em equilíbrio 
termodinâmico, mas se tornam metaestáveis 
e chocam em uma pressão de vena 
contracta crítica. A equação foi testada 
somente para água desaerada. Dados 
limitados indicam que valores de Fo para 
faixa de curso especificado de cerca de 0,2 
N/m para uma válvula com ângulo suave 
para aproximadamente 1,0 para uma válvula 
globo de sede dupla mais tortuosa. A tensão 
superficial da água em N/m pode ser 
aproximada pela equação de Othmer: 
 
05,1o
4080
)C374(
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é -
=s (G-3) 
 
ou 
 
05,1o
7340
)F705(
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é -
=s (G-4) 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 84 
Apêndice H: Derivação de xT 
 
 
A inclinação de Y versus a curva x para 
qualquer válvula específica é determinada 
usando ar ou gás como fluido de teste e é 
designada pelo valor de x em Y = 2/3. Este 
valor, conhecido como xT, é o fator de 
relação da queda de pressão. Para a 
maioria das válvulas, ele é menor que 1,0 
mas pode ser maior para alguns tipos de 
válvulas. 
Se uma válvula é instalada com uma 
conexão em sua entrada ou saída, o fator 
de relação da queda de pressão para a 
combinação desta válvula com a conexão 
(xTP) usualmente é diferente do valor para 
a válvula isolada. 
Seja uma válvulaoperando na vazão 
chocada com redutores, 
X = xTP 
Y = YT para um gás ideal (Z = 1) 
Da eq. (18), a equação da vazão 
volumétrica na válvula, em unidades 
inglesas vale: 
 
1g
TP
T1vpT TG
x
YpCF1360q = (H-1) 
 
onde o índice T indica a condição 
terminal ou chocada.. Para a válvula 
isolada, na vazão chocada, a equação fica: 
1g
T
TivT TG
x
YpC1360q = (H-2) 
 
onde p1 é a pressão de entrada da 
válvula. Das eqs. (H-1) e (H-2), tem-se: 
T
TP
1pi x
x
pFp = (H-3) 
Da lei dos gases, o peso específico 
médio através do redutor de entrada é: 
÷÷ø
ö
ççè
æ+
=÷
ø
ö
ç
è
æ -=
1
1
1
1
1 1545
97,28
2
)(144
2 T
Gpp
RT
Mpp giig
 
1
11 )(350,1 T
G
pp gi+=g (H-4) 
Desde que a queda de pressão, 
expressa em pés de altura, é K (U2/2q), 
 
21
2
)(144
U
g
Kpp i =
-
g
 ou 
1
1
1
)(350,1
)(144
T
G
pp
pp
g
i
i
+
-
 
= 
2
2
1
1 1444
69,519)(5,0
73,14
36002 úû
ù
ê
ë
é ´
+
´
dpp
Tq
g
K
i p
 
 
Simplificando, 
 
42
1
922
1 10214,1
-- ´´=- dqTKGpp gi (H-5) 
 
Substituindo a expressão para pi da eq. 
(H-3), tem-se: 
=÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-
T
TP
p x
x
pFp 21
22
1
42
1
910214,1 -- ´´ dqTKGg (H-6) 
Da eq. (H-1), 
( ) TPTvpgT xYCFp
T
Gq 22
1
12 1360= (H-7) 
 
Substituindo esta equação na eq. (H-6), 
com q = qT e K = Ki, tem-se: 
( )
T
TP
p
TP
iTvp x
x
F
d
x
KYCF 24
29 1136010214,1 -=´´ -
 (H-8) 
Resolvendo para XTP, com YT = 2/3, 
tem-se 
÷
÷
÷
÷
ø
ö
ç
ç
ç
ç
è
æ
+
=
1
1000
1
4
22
d
CxKF
x
x
vTip
T
TP (H-9) 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 85 
Apêndice I: Equações da vazão da 
válvula de controle - Notação SI 
 
O coeficiente de vazão da válvula que é 
compatível com as unidades SI é Av. 
Atualmente, Av não tem grande aceitação 
pela comunidade técnica. Este anexo foi 
incluído para aqueles que querem usar 
unidades SI coerentes e puras. 
Nas equações seguintes, certos 
símbolos comumente associados com as 
unidades SI diferem daqueles usados com 
as unidades inglesas, tais como: 
 
Av coeficiente de vazão da válvula, m
2 
 
6
vv 1024CA ´´= 
 
z (zeta) coeficiente de perda de 
pressão, adimensional, (z = K) 
 
r (rô) densidade, kg/m3 
Equações para líquido 
Vazão turbulenta 
 
r
D
=
p
AFq vp (I-1) 
 
rD= pAFw vp (I-2) 
 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
+
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ z
=
å 1
d23,1
A
1
F
4
2
v
p (I-3) 
 
Vazão chocada 
r
-
= vc1vLP
pp
AFq (I-4) 
r-= )pp(AFw vc1vLP (I-5) 
 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
+÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ z
=
1
d23,1
AF
F
F
4
2
v
2
L1
L
LP (I-6) 
onde 
 
1B1i z+z=z 
 
vFvc pFp = (I-7) 
Vazão laminar 
 
m
D
=
280
p
)AF(q 3vss (I-8) 
 
m
Dr
=
280
p
)AF(w 3vss (I-9) 
 
6
3
2
v
2
L3
L
2
d
s 1
d23,1
AF
F
FF += (I-10) 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 
86 
Vazão de transição 
 
r
D
=
p
AFq vR (I-11) 
 
rD= pAFw vR (I-12) 
 
655,0
vt
vs
R A
A358,0044,1F ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-= (I-13) 
 
336,0
t
s
R p
p375,0084,1F ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
D
D-= (I-14) 
 
588,0
s
t
R q
q358,0004,1F ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
-= (I-15) 
Limites para FR = 0,48 a 1,0. 
Equações para gás e vapor 
Vazão turbulenta 
 
11vp xpYAFw r= (I-16) 
 
ZMT
x
YpAF246,0q
1
1vp= (I-17) 
 
(Normal m3 em 0 oC e 101,3 kPa) 
 
Limite: x £ Fk xTP (apenas na equação) 
 
1
d
A
x72,0
1
F
x
x
4
2
v
iT
2
p
T
TP
+÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
z
= (I-18) 
 
onde 
 
1B1i z+z=z (I-19) 
 
 
 
 
ANSI/ISA S75.01: Equações de Vazão para Válvulas de Controle 
 
87 
Apêndice J: Referências 
 
 
International Electrotechnical Commmission (IEC) 
IEC 534-1: Part 1 – Considerações Gerais, 1976 
IEC 534-2: Part 2 – Flow Capacity. Section 1 – Sizing Equations for Incompressible Fluid 
Flow under Installed Conditions, 1978 
IEC 534-2-2: Part 2 – Flow Capacity. Section 2 – Sizing Equations for Compressible Fluid 
Flow under Installed Conditions, 1980 
IEC 534-2-3: Part 2 – Flow Capacity. Section 3 – Test Procedures, 1983 
ISA 
ANSI/ISA S75.02-1988: Control Valve Capacity Test Procedure 
Baumann, H.D., Effect of Pipe Reducers on Control Valve Capacity, Instruments and 
Control Systems, Dec 1968 
Baumann, H.D., Introduction of a Critical Flow Factor for Valve Sizing, ISA Transactions, 
Vol. 2, 1063 
Driskell, L. R., Control Valve Selection and Sizing, 1983 
McCutcheon, E. B., A Reynolds Number for Control Valves, Symposium on Flow, Its 
Measurement and Control in Science and Industry, 1974. 
 
 
 
Ruído e Cavitação 
 88 
5. Ruído e Cavitação 
 
 
 
Objetivos de Ensino 
1. Mostrar as características do ouvido 
humano com relação ao som e ruído. 
2. Listar os principais tipos de ruído na 
válvula. 
3. Apresentar os principais modos de 
evitar e controlar o ruído na válvula. 
4. Conceituar cavitação e flashing. 
5. Mostrar como aparece o golpe de 
aríete na valvula. 
1. Ouvido humano 
O joio (erva daninha) é uma planta 
indesejável que está sempre próxima do 
trigo, que é a planta desejável. Como 
analogia, o ruído é um som indesejável que 
está sempre próxima a um sinal desejável. 
Som é um estímulo ao ouvido produzido por 
algum dispositivo gerando ondas de 
pressão. Geralmente, o som é transmitido 
através do ar. Estas ondas flutuantes 
variam em freqüência e amplitude e 
produzem uma sensação no cérebro através 
do aparelho ouvido. A amplitude é expressa 
em unidade de pressão de som chamada de 
decibel (dB). A freqüência é expressa em 
hertz (Hz), que significa ciclo por segundo 
(cps). 
A amplitude do som em decibel (dB) é 
uma relação adimensional da pressão real 
do som e uma pressão de som de 
referência. A pressão de som de referência 
é definida internacionalmente como 
2 x 10-5 N/m2 ou 
2 x 10-4 microbar 
ou algum outro seu equivalente. 
O decibel é também uma função 
logarítmica e por isso para cada aumento de 
10 dB há um aumento de 10 vezes na 
intensidade do som. Assim, um som de 100 
dB é 10 vezes mais intenso que um de 90 
dB e 100 vezes mais intenso que um de 80 
dB. O ouvido humano percebe cada 
aumento de 10 dB como uma dobrada 
aproximada da altura. 
O termo decibel é também usado para 
representar dois valores de sons muito 
diferentes de uma fonte. Estes dois níveis 
de som são potências de sons (Lw) e 
pressões de sons (Lp). A potência de som é 
a energia acústica total criada pela fonte de 
ruído. Pressão de som é o nível de som que 
a o receptor (ouvido humano) realmente 
percebe. A potência de som é expressa em 
watts (W) e o nível internacional de 
referência é 10-12 W. 
O ouvido humano pode potencialmente 
perceber freqüências de som entre 20 e 
18 000 Hz. O ouvido humano é um 
mecanismo muito curioso que não dá peso 
igual (percepção da altura) ao mesmo nível 
de pressão de som através do espectro de 
freqüência. Estudos de alturas aparentes ou 
percepção do som por muitas pessoas 
sujeitas ao espectro de freqüência quando 
comparadas com um tom puro de 1000 Hz 
resultaram no mapeamento da resposta do 
ouvido. Os números corrigidos por pesos 
resultantes representando a resposta do 
ouvido humano são chamados de circuito 
ponderado A e o nível dB correspondente é 
chamado de dBA. Altura aparente é 
expressa em tons e é definida como a 
pressão de som em dB de umtom puro 
tendo uma freqüência de 1000 Hz. Para 
tons puros, o contorno de altura igual dos 
níveis de pressão requeridos para o tom 
soar como a altura de referência de 1000 Hz 
é mostrada na Fig. 51. Por exemplo, um 
som de 100 Hz e 60 dB é idêntico em altura 
a um som de 1000 Hz e 40 dB. 
Ruído e Cavitação 
 89 
2. Som e ruído 
Som é a sensação produzida quando o 
ouvido humano é estimulado por uma série 
de flutuações de pressão transmitidas 
através do ar ou outro meio. O som é 
descrito especificando a amplitude e 
freqüência destas flutuações. A amplitude é 
expressa como o nível de pressão de som 
tendo as unidades de dB. Isto é uma função 
logarítmica relacionada com a razão entre 
uma pressão de som existente e uma 
pressão de som de referência. A pressão de 
som de referência é definida como 0,000 2 
mbar (0,3 x 10-8 psi). 
 
bar 0,0002
existente som de pressão
log 20dB
m
= 
 
 
Tab. 4. 16. Limites estabelecidos pela OSHA são: 
 
Horas por dia dB A 
8 90 
4 95 
2 100 
1 105 
½ 110 
¼ 115 (max) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.1. Alturas aparentes para o ouvido humano 
 
A altura aparente para o ouvido humano 
depende da pressão do som e da 
freqüência. Sons de igual nível de pressão 
de som parecem ser mais altos quando a 
freqüência se aproxima de 2000 Hz. A altura 
aparente em fons é definida como a pressão 
de som em dB de um tom puro de 1000 Hz. 
Para tons puros, o contorno de alturas 
iguais na Fig. 51 mostra o nível de pressão 
requerido para o tom soar tão alto como o 
tom de referência correspondente de 1000 
Hz. 
 
Tab. 6.1 Freqüências de sons e fontes na válvula 
 
Freqüência 
(Hz) 
N Descrição do 
som 
Fonte de som típica 
20-75 1 Ronco Oscilação vertical 
do plug 
75-150 2 Cavitação 
150-300 3 Chocalho 
300-600 4 Uivo Vibração horizontal 
do plug 
600-1200 5 
1200-2400 6 Hiss Vazão de gás 
2400-4800 7 Assobio 
4800-7000 8 Guincho 
agudo 
Vibração 
freqüência natural 
acima 
20000 
 Ultra-som 
 
N – número de oitavas 
3. Ruído da Válvula 
Enquanto há muitas fontes de ruído nas 
plantas de processo e de indústria. uma das 
mais importantes pode ser a válvula de 
controle operando sob condições de alta 
queda de pressão. É uma das poucas ou 
talvez a única fonte de som acima de 100 
dBA encontrada na indústria. 
Como já foi notado, a resposta do ouvido 
humano é sensível não somente ao nível do 
som mas também à freqüência. Pode-se 
tolerar sons muito mais altos em baixa ou 
em muito alta freqüência do que no meio do 
espectro. O ouvido humano é mais sensível 
na faixa de 500 a 7000 Hz e é a faixa onde 
o alto nível de ruído faz mais estrago. Por 
esta razão, a legislação estabelece um nível 
máximo de 90 dBA durante oito horas por 
Ruído e Cavitação 
 90 
dia. Porém, se a exposição do ruído tem 
freqüência predominante na faixa de 1000 a 
5000 Hz, o nível passa para 80 dBA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.2. Característica de filtro A aproxima a resposta 
do ouvido para diferentes freqüências 
 
Vibração mecânica 
A vibração mecânica das peças internas 
da válvula é causada pela vazão instável e 
turbulência dentro da válvula. É usualmente 
imprevisível e é realmente um problema de 
projeto para o fabricante. Os níveis de ruído 
são baixos, usualmente bem abaixo de 90 
dBA e estão na faixa de freqüência de 50 a 
1500 Hz. O problema não é o ruído, mas a 
vibração que piora progressivamente, 
quando o guia e as peças se desgastam. A 
solução é um melhor projeto da válvula, com 
hastes e guias mas pesados. 
A vibração ressonante é uma variação da 
vibração mecânica que é caracterizada pela 
excitação ressonante dos internos da 
válvula pela vazão do fluido. Esta é uma 
faixa estreita de ruído com um tom 
geralmente na faixa de 2000 a 8000 Hz. O 
nível de ruído pode estar entre 90 e 100 
dBA e a falha da válvula mecânica ou a 
falha causada pelo superaquecimento 
localizado do metal é muito provável. Isto 
pode ser eliminado por uma alteração no 
diâmetro da haste, alteração na massa do 
plug ou, às vezes, pela inversão do sentido 
da vazão através da válvula. Estas 
mudanças irão desviar a freqüência natural 
do plug e haste para fora da faixa de 
excitação. Nos raros casos onde isso não 
funciona, então se deve alterar o tipo de 
guia, número de peças ou a fabricação do 
plug. Ainda, isso é um problema de projeto e 
fabricação da válvula. 
A instabilidade do interior da válvula é 
usualmente devida ao impacto da vazão 
mássica no plug (obturador) da válvula. A 
relação entre pressão estática e velocidade 
através da face do plug e o balanço da 
força do atuador na direção vertical varia 
com o tempo. Isto pode provocar oscilações 
verticais e um ruído na freqüência abaixo de 
100 Hz. Esta instabilidade é ruim para o 
controle. A correção exige mudança nas 
características de amortecimento do 
conjunto válvula e atuador. Isto é feito 
usando um atuador mais duro. Se o atuador 
é do tipo diafragma e mola, então pode se 
aumentar o sinal de 20 a 100 kPa (3 a 15 
psig) para 40 a 200 kPa (6 a 30 psig). Se 
isto não resolver, deve-se usar atuar com 
pistão de dupla ação, que é mais duro e 
poderoso. Se ainda não for a solução, deve-
se usar um atuador hidráulico no lugar do 
pneumático. 
Ruído hidrodinâmico 
O ruído hidrodinâmico está associado 
com a cavitação e flacheamento, que são 
evitados com um trim conveniente ou com 
tipo de válvula adequado (com alto fator de 
recuperação de pressão, FL). Em muito 
casos, o ruído não é incômodo, embora a 
cavitação severa pode produzir ruído na 
faixa de 90 a 100 dBA ou mais. O ruído da 
cavitação é causado pela implosão das 
bolhas de vapor no fluxo do líquido e o ruído 
pode variar de um ronco de baixa 
freqüência até um assobio de alta 
freqüência. O assobio de alta freqüência é 
devido à vibração da freqüência de 
ressonância gerada pelo fluido cavitando. 
Em qualquer caso, o problema não é o ruído 
mas a destruição da haste da válvula. 
Reduzindo ou eliminando a cavitação e 
seus danos, também elimina o ruído. 
O flacheamento raramente é uma fonte 
importante de ruído na válvula, embora ele 
possa causar erosão no trim da válvula. O 
flacheamento resulta do aumento da 
velocidade de saída da válvula e a jusante, 
como resultado do maior volume específico 
do fluido bifásico (líquido mais gás). 
Válvulas com saída expandida e maior 
tubulação a jusante geralmente resolvem o 
problema. 
Ruído e Cavitação 
 91 
Ruído aerodinâmico 
O ruído aerodinâmico é o real problema 
na válvula de controle e ele pode alcançar 
níveis de até 120 dBA. O ruído produzido 
pela turbulência do líquido é quase 
desprezível quando comparado com o ruído 
gerado pela turbulência devida à alta 
velocidade dos gases e vapores passando 
através da abertura da válvula. Os 
mecanismos de geração e transmissão de 
ruído através das paredes da tubulação são 
altamente complicados e ainda não são 
totalmente compreendidos. Como resultado, 
a previsão dos níveis de ruído na válvula 
fora da tubulação ou na saída de exaustão 
ou vent é uma ciência não exata. Há muita 
pesquisa nesta área e quanto mais se 
aprende, os métodos de previsão se tornam 
mais refinados e precisos. A geração do 
ruído, em geral, é uma função da vazão 
mássica instantânea e da queda de pressão 
através da válvula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.3. Relação entre vazão mássica e relação de 
pressões na geração do ruído 
 
 
O ponto em que a velocidade sônica é 
atingida na vena contracta da válvula é uma 
função do tipo de projeto da válvula e seu 
valor FL combinado com a relação de 
pressão absoluta a montante e a jusante 
(P1/P2). Para valores de FL entre 0,50 e 
0,95, a relação de pressõesnecessária 
para gerar vazão sônica na válvula varia de 
1,15 a 1,80, respectivamente. Quando se 
atinge a velocidade sônica na vena 
contracta, as válvulas são chamadas de 
válvulas críticas ou chocadas (chocked), 
pois sua capacidade não pode mais 
aumentar com aumento da relação das 
pressões, desde que a pressão a montante 
seja mantida a mesma. 
Geralmente a válvula crítica é a fonte do 
ruído de mais alto nível. Válvulas com 
relações de pressões menores que o 
indicado para um dado FL são chamadas de 
subsônicas ou válvulas de vazão subsônica. 
Para uma dada vazão mássica, a válvula é 
menos ruidosa do que a válvula crítica, mas 
o ruído aumenta dramaticamente quando a 
relação de pressão aumenta para o nível 
sônico. O ruído é gerado em um grau 
significativo começando em velocidades da 
tubulação de cerca de Mach 0,4 para Mach 
1,0 (sônico). Válvulas de controle gás ou 
vapor ruidoso pode ter alta velocidade 
acústica induzida e dano de vibração da 
vazão, erosão do trim e instabilidades 
internas. Ruído com alta vibração induzida 
pode reduzir drasticamente a vida útil da 
válvula e, em alguns casos, pode resultar 
na destruição completa dos internos da 
válvula, em questão de minutos ou horas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.4. Contornos de nível de ruído 
Ruído e Cavitação 
 92 
4. Controle do Ruído 
A transmissão de um ruído requer 
1. uma fonte de som, 
2. um meio através do qual o som é 
transmitido 
3. um receptor. 
Cada um destes três parâmetros pode 
ser alterado para reduzir o nível de ruído. 
Em alguns casos, como quando o ruído é 
causado por componentes da válvula 
vibrando, as vibrações devem ser 
eliminados ou eles podem resultar em dano 
na válvula. Em outros casos, quando a fonte 
de ruído é o assobio de uma estação de 
redução de gás, o tratamento acústico do 
meio do ruído é suficiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.5. Relação entre razão das pressões e número 
de Mach 
 
 
Dependendo da amplitude do ruído 
aerodinâmico e assumindo que o dano na 
válvula não é um fator, o tratamento do 
ruído da válvula pode ser feito através do 
caminho ou na fonte. Não há regra para 
escolher o caminho ou a fonte. Porém, em 
geral, se o ruído é menor que 100 dBA, 
tanto faz cuidar do caminho ou da fonte. 
Ruído acima de 100 dBA quase sempre 
requer tratamento da fonte para resolver o 
problema. Resolver este problema de ruído 
não é fácil, pois sua solução envolve 
experiência e teoria. 
Tratamento do caminho 
O tratamento do caminho, como o nome 
implica, não faz nada para alterar a fonte de 
ruído. O objetivo do tratamento do caminho 
é atenuar a transmissão do ruído da fonte 
para o receptor (ouvido humano). Há vários 
modos para reduzir o ruído cuidando do seu 
caminho de transmissão: 
1. usar paredes mais grossas na 
tubulação 
2. instalar difusores, abafadores ou 
silenciadores 
3. aplicar isolação acústica 
O tratamento do caminho nem sempre é 
mais econômico que o tratamento da fonte e 
o seu custo deve ser avaliado para cada 
aplicação individual. Para instalações 
existentes, o tratamento do caminho é o 
mais usado, não porque seja a melhor 
solução, mas geralmente porque é o único 
viável. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.6. Tratamento acústico da parede da tubulação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.7. Tipo de difusor para reduzir turbulência de 
saída da válvula 
 
 
Parede mais pesada da tubulação reduz 
o ruído aumentando as perdas da 
transmissão através dela. A atenuação é 
uma função da massa e dureza da 
tubulação. Embora seja complicado, como 
regra prática, cada vez que se dobra a 
espessura da parede da tubulação, se 
Ruído e Cavitação 
 93 
atenua o ruído de 6 dBA, dependendo ainda 
do diâmetro da tubulação. 
Quanto mais alta a freqüência de 
vibração, mais efetivo é o uso de materiais 
absorvedores de som. O revestimento 
interno da tubulação evita a reflexão e 
radiação das ondas de som. É importante 
selar todas as aberturas. 
O uso de abafadores e silenciadores 
pode ser útil em instalações novas ou 
existentes. Estes equipamentos podem 
ajudar na redução da turbulência e choque 
na vazão de saída. Eles também reduzem a 
queda de pressão total através da válvula e 
por isso reduzem a geração de ruído. 
O difusor trabalha melhor quando a 
vazão é praticamente constante e alta. 
A isolação acústica é outro método eficaz 
de aumentar a perda da transmissão do 
ruído na parede da tubulação. Mesmo a 
isolação termal atenua o ruído de 3 a 5 dBA. 
Uma isolação acústica adequada reduz o 
nível de ruído em cerca de 10 dBA. Como o 
som se propaga sobre grandes distancias 
com muito pouca atenuação, o enfoque da 
isolação só é viável em tubulações curtas. 
A colocação da válvula de controle 
distante da área de trabalho pode ser uma 
solução simples e eficaz. A distância pode 
atenuar o ruído até níveis razoáveis e seu 
custo é muito pequeno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.8. Válvula com múltiplos caminhos e múltiplos 
estágios 
 
 
Tratamento da fonte 
O tratamento da fonte cuida do problema 
no local onde o ruído é criado. Geralmente, 
consiste de projeto e construção especial 
de internos da válvula ou colocação de 
difusores ou resistores especiais na válvula. 
Embora os conceitos e projetos sejam 
diferentes, o objetivo é o mesmo de reduzir 
a queda de pressão dentro da válvula, 
através do 
1. aumento dos estágios, 
2. limite da velocidade do fluido 
3. redução da turbulência e 
4. eliminação das células de choque 
Estes métodos podem reduzir o ruído de 
7 a 10 dBA (projeto de elemento simples) 
até 30 a 40 dBA (multi-estágios). 
Há muitos parâmetros de projeto que 
devem ser considerados, incluindo: 
1. Aplicação – em linha ou vent 
2. Nível de redução do ruído realmente 
requerido – dBA 
3. Relação das pressões absolutas 
(P1 /P2) ou DP/P1. 
4. Fluido a ser manipulado 
5. Características físicas do fluido 
6. Temperatura de trabalho e faixa 
7. Vazão mássica e rangeabilidade 
8. Considerações metalúrgicas e 
mecânicas do projeto 
9. Outros problemas potenciais 
induzidos na velocidade 
10. Exigências de estanqueidade, 
principalmente em vent 
11. Necessidade da utilidade da 
operação e vida útil da válvula 
12. Localização da válvula, configuração 
da instalação, suportes e acessos 
13. Considerações de custo de 
propriedade (compra, instalação, 
manutenção). 
Por mais que o fabricante indique a 
melhor aplicação, a responsabilidade para 
avaliar e escolher a melhor solução é do 
usuário. O peso atribuído a cada parâmetro 
depende do julgamento e experiência, 
entendimento de todos os aspectos 
envolvidos na aplicação e nas 
necessidades da planta. Pensar sempre em 
custo de propriedade e não apenas no 
custo inicial. Tempo parado e custo de 
retrabalho e revisão devidos a ruído na 
válvula são geralmente altos. 
Basicamente o tratamento da fonte cai 
de três categorias: 
1. muiticaminhos 
Ruído e Cavitação 
 94 
2. multi-estágios 
3. combinação dos dois anteriores 
O custo de uma válvula especial tende a 
variar de 2 a 20 vezes o custo da válvula 
padrão com o mesmo Cv. 
5. Previsão do ruído da válvula 
Como mencionado anteriormente, a 
previsão do ruído na válvula é uma ciência 
inexata, por causa da natureza complexa da 
geração do ruído pela válvula de controle e 
pela transmissão deste ruído através das 
paredes da tubulação. Assim, não deve ser 
surpresa que os diferentes métodos de 
previsão resultem em diferentes números 
para a mesma aplicação. Pode haver 
diferenças em torno de 5 a 20 dBA. Cada 
fabricante diz que é capaz de prever o 
problema do ruído da válvula e dar uma 
solução no projeto e construção da válvula.Nem todos são iguais e alguns fazem isso 
melhor que outros. Finalmente, compete ao 
usuário fornecer os dados mais confiáveis 
possível, avaliar cuidadosamente todas as 
propostas, resolver as diferenças marcadas 
e usar bom julgamento de engenharia e 
experiência na seleção da válvula para cada 
aplicação. Pode se ter mais de uma válvula 
(geralmente duas e no máximo, três) 
satisfazendo as exigências do projeto. 
Deve-se errar sempre no lado conservativo, 
quando se faz a decisão final, pois o custo 
de engano e do retrabalho ou conserto 
geralmente é muito maior que o custo inicial 
da válvula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.9. Atenuação típica do ruído para elementos 
multi-estágios 
 
Cálculo da ruído na válvula 
Embora haja vários métodos disponíveis 
para prever o ruído na válvula, será 
mostrado aqui apenas um, que é 
considerado o estado de arte. Este cálculo 
dá uma resposta adequada para uma larga 
faixa de relações de pressões e outras 
situações de operação. Ele permite o 
usuário classificar um problema de ruído de 
válvula e determinar a melhor solução 
oferecida por diferentes fabricantes. 
O método matemático de estimar o nível 
do ruído aerodinâmico de qualquer tipo de 
válvula padrão é baseado na pesquisa feita 
por Lighthill, em 1950. A equação cobre o 
ruído em válvulas convencionais de único 
estágio ou multicaminhos usadas para 
reduzir o ruído. 
O nível de pressão de som para gás e 
vapor passando pela válvula e medido a 
uma distância de 1 m da tubulação a 
jusante adjacente é expresso pela eq. 
 
GP)PPFClog(10N5,145SL L21LVM +-++= 
 
onde 
SL é o nível do som (dBA) 
NM é o fator de eficiência acústica (Fig. 
5.10) 
CV é o fator de capacidade de vazão nas 
condições de operação 
FL é o fator de recuperação de pressão 
(geralmente fornecido pelo 
fabricante ou obtido de tabelas da 
literatura) 
P1 é a pressão a montante, (psia) 
P2 é a pressão a jusante, (psia) 
PL é a perda de transmissão da 
tubulação (dBA) 
G é o fator de ajuste da propriedade do 
gás (dBA) (Tab. 4.16aa) 
A perda de transmissão do som através 
de tubulações de aço envolvidas pelo ar 
pode ser calculada pela eq. 
 
+
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é +´´
= 3
310
L
D3,35
)2/D39(t10
log10P 
 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
+
LV
o
2
FC
n)D4(
log10 
Ruído e Cavitação 
 95 
onde 
PL é a perda da transmissão (dBA) 
D é o diâmetro externo real da tubulação 
(polegadas) 
t é a espessura da tubulação 
(polegadas) 
no é o número de orifícios aparentes 
produzindo o som (Tab. 4.16.bb) 
A base específica para a Tab. é a 
medição do som à distância de 1 m da 
parede do tubo, ar como fluido, capacidade 
da válvula de CV FL = 4D
2 e no = 1. Assim, o 
cálculo de PL pode ser simplificado. Para 
válvulas com CV FL > 4D
2 e no ¹ 1, adicionar 
10 log (no) ao número obtido da Tab. 
4.16.cc. Para válvulas com 
CV FL < 4D
2 , adicionar 10 log (4D2/CvFL) ao 
mesmo valor da Tab. 
Exemplos de cálculo de ruído 
Os seguintes exemplos de estimativa de 
ruído de válvula ilustram o uso das 
equações e tabelas. Além disso, eles 
mostram como uma diferente escolha de 
válvula pode ajudar um problema de ruído e 
como a distância da fonte pode ser um fator. 
A técnica usada para estimativa do ruído da 
válvula assume velocidades na tubulação 
de saída da válvula abaixo de um terço da 
velocidade sônica (Mach 0,33). Se esta 
velocidade é excedida, é possível que o 
ruído gerado pela velocidade na tubulação 
seja maior que o calculado. 
Exemplo 1 
Determinar o nível de ruído esperado 
para a seguinte instalação de válvula: 
Válvula globo, ângulo, laminar 
(streamlined), passagem reduzida, vazão 
para fechar, no = 1 
Diâmetro da válvula = 50 mm (2 “) 
CV = 2,5 
FL = 0,5 (Tab. 4.16.z) 
Diâmetro da tubulação = 50 mm (2”), 
Schedule 80 
Gás natural 
P1 = 262 bar (3800 psia) 
P2 = 72,4 bar (1050 psia) 
P1/P2 = 3,6 
NM = -37 (Fig. 5.10) 
PL = 70 (Tab. 4.16.cc) + 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
LV
o
2
FC
n)D4(
log10 
 
= 
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
´
´´
+
5,05,2
124
log 1070
2
 
= 81 dBA 
G = 0,5 (Tab. 4.16.aa) 
Da eq. 4.16.(2) 
 
SL = 145,5 – 37 + 10 log (2,5 x 0,5 x 
3800 x 1050) – 81 + 0,5 
= 145,5 – 37 + 10 log (4,98 x 106) – 81 + 
0,5 
= 95 dBA 
 
Exemplo 2 
Determinar o nível de ruído esperado 
para a seguinte instalação de válvula: 
Válvula gaiola, passagem plena, vazão 
para abrir, no = 4 
Diâmetro da válvula = 100 mm (4 “) 
CV = 105 
FL = 0,85 (Tab. 4.16.z) 
Diâmetro da tubulação = 100 mm (4”), 
Schedule 40 
Gás: ar 
P1 = 10,35 bar (150 psia) 
P2 = 6,9 bar (100 psia) 
P1/P2 = 1,5 
NM = -42 (Fig. 5.10) 
PL = 63 (Tab. 4.16.cc) + 10 log (no) 
= 63 + 10 log 4 
 
= 69 dBA 
G = 0 (Tab. 4.16.aa) 
 
Da eq. 4.16.(2) 
 
SL = 145,5 – 42 + 10 log (105 x 0,85 x 150 x 100) – 69 
+ 0 
 
= 95,8 dBA 
 
Como este som excede o limite normal 
aceitável de 90 dBA, deve-se considerar 
uma alternativa de projeto da válvula. 
Poderia ser uma válvula borboleta flautada 
de disco, que produz pouco ruído com um 
FL similar ao usado acima. Desde que todas 
as condições de vazão permaneçam as 
mesmas, pode-se simplificar o cálculo 
considerando somente o efeito do aumento 
Ruído e Cavitação 
 96 
do fator no relativo à perda de transmissão, 
PL , de 4 (válvula gaiola) para 16 (válvula 
borboleta flautada). Assim, 
PL = 63 + 10 log (16) 
= 75 dBA (em vez de 69) 
Portanto, 
 
SL = 145,5 – 42 + 10 log (1,33 x 106) – 75 + 0 
 
= 89,8 dBA 
 
Portanto, ganhou-se uma atenuação 
adicional de 6 dBA (75 – 69 dBA), que pode 
ser suficiente para a aplicação. 
Exemplo 3 
Se a válvula do Exemplo 1 for colocada 
30 m (100 ft) distante do operador, qual é o 
ruído neste novo local? 
 
SL (em qualquer distância) = SL – 10 log 
(distância em ft/3) 
 
Esta equação só é valida para tubulação 
fechada. Se a fonte do ruído estiver em um 
vent atmosférico, o 10 log deve ser 
substituído por 20 log. 
SL100 = 95 – 10 log (100/3) = 79,8 dBA 
 
 
Ruído e Cavitação 
 97 
 
 
Fig. 5.10. Fator de eficiência acústica como função da relação de pressões 
 
 
Tab. 8.1 Fatores típicos de recuperação de pressão de válvulas (FL) 
 
Tipo de válvula FL 
Globo, sede simples, vazão para abrir, passagem plena 0,90 
Globo, sede simples, vazão para abrir, passagem reduzida a 50% 0,90 
Globo, sede simples, vazão para abrir, passagem plena com trim gaiola 0,85 
Globo, sede simples, vazão para abrir, passagem 50% com trim gaiola 0,80 
Corpo dividido, sede simples, vazão para abrir, passagem plena 0,80 
Corpo dividido, sede simples, vazão para abrir, passagem reduzida 50% 0,90 
Globo, sede dupla, plug curvo, passagem plena 0,90 
Globo, sede dupla, plug curvo, passagem 50% 0,80 
Globo, sede dupla, plug porta V %, passagem plena 1,00 
Globo, sede dupla, plug porta V %, passagem 50% 0,90 
Globo, ângulo, sede simples, vazão para fechar, passagem plena 0,80 
Globo, ângulo, sede simples, vazão para fechar, passagem 50% 0,80 
Globo, ângulo, sede simples, vazão para abrir, passagem plena 0,90 
Globo, ângulo, sede simples, vazão para abrir, passagem 50% 0,95 
Globo, ângulo suave, vazão para fechar, passagem reduzida 0,50 
Válvula excêntrica com plug rotativo 0,85 
Válvula esfera, caracterizada, com D/d = 1,5 0,63 
Válvula esfera, não caracterizada, com D/d = 1,5 0,55 
Borboleta, tamanho da linha, abertura de 60o 0,70 
Borboleta, tamanho da linha, abertura de 90o 0,56 
Borboleta, D/d = 2, abertura de 60o 0,62 
Borboleta, D/d = 2, abertura de 90o 0,50 
 
Notas: 
FL na condição da válvula totalmente aberta 
 
Ruído e Cavitação 
 98 
 
Tab. 8.2. Fator G da propriedade do gás 
 
Gás G(dB) Gás G(dB) 
Vapor saturado -2 Dióxido de carbono-3 
Vapor superaquecido -3 Monóxido de carbono 0 
Gás natural 0,5 Hélio -9 
Hidrogênio -9 Metano 2 
Oxigênio -0,5 Nitrogênio 0 
Amônia 1,5 Propano -4,5 
Ar 0 Etileno -1,5 
Acetileno -0,5 Etano -2 
 
 
Tab. 8.3. Número de orifícios aparentes separados em paralelo produzindo som (no) 
 
Tipo de válvula no 10 log (no) 
Válvula esfera, passagem plena 1 0 
Válvula ângulo, sede simples, vazão para fechar 1 0 
Válvula plug rotativo excêntrico, vazão para fechar 1 0 
Válvula esfera segmental 1 0 
Válvula gaiola, vazão para fechar, (P1/P2 > 2) 1 0 
Válvula borboleta, não flautada, 60o de curso 2 3 
Válvula borboleta, flautada, 10 a 30 10 a 15 
Válvula globo, sede simples, vazão para abrir 2 3 
Válvula ângulo, vazão para abrir 2 3 
Válvula plug rotativo, excêntrica, vazão para abrir 2 3 
Válvula globo, sede dupla, parabólica 4 6 
Válvula gaiola, vazão para abrir; no = número de janelas 
constantemente abertas para passagem 
 
 
 
Tab. 8.4. Perdas de transmissão da tubulação típicas (dBA) 
 
Tamanho da Tubulação Schedule da Tubulação 
(mm) (polegadas) (40) (80) 
25 1 71 75 
37,5 1 ½ 67 71 
50 2 65 70 
75 3 64 69 
100 4 63 67 
150 6 59 64 
200 8 58 63 
250 10 57 62 
300 12 57 62 
500 20 55 62 
 
 
Ruído e Cavitação 
 99 
6. Cavitação 
6.1. Geral 
O estrago da cavitação é uma forma 
especial de corrosão erosão que é causada 
pela formação e colapso de bolhas de vapor 
em um líquido, próximas à superfície 
metálica. O estrago da cavitação ocorre em 
turbinas hidráulicas, propelentes de navio, 
impelidores de bomba, medidores de vazão, 
válvulas de controle e outras equipamentos 
onde são encontradas variações de 
pressão, temperatura e vazão. 
Um líquido vira vapor (evapora) quando 
se aumenta sua temperatura ou abaixa sua 
pressão. À pressão atmosférica padrão 
(101,3 kPa), a água ferve à 100 oC. Porém, 
se a pressão da água é baixada 
suficientemente, ela ferve à temperatura 
menor que 100 oC: Por exemplo, a água à 
pressão de 360 kPa entra em ebulição à 
temperatura de 21 oC. 
A uma determinada temperatura, o 
líquido se evapora quando a pressão atinge 
a sua pressão de vapor. 
Seja um cilindro cheio d'água percorrido 
por um pistão. Quando o pistão se afasta da 
água, a pressão é reduzida e a água se 
evapora, formando bolhas. Se o pistão volta 
para a posição anterior, aumentando 
novamente a pressão do cilindro, as bolhas 
se condensam, entrando em colapso. 
Repetindo este processo em alta 
velocidade, como no caso de uma bomba 
acionando água, há a formação de bolhas 
de vapor d'água e colapso rápido destas 
bolhas. Cálculos têm mostrado que o 
colapso rápido de bolhas produz ondas de 
choque com altíssimas pressões, da ordem 
de 400 MPa (60 000 psi). Forças tão 
elevadas podem produzir deformação 
plástica em muitos metais. 
A aparência do estrago da cavitação é 
parecida com o pitting, exceto que as áreas 
de pitting são pouco espaçadas e a 
superfície fica muito mais rugosa. O 
estrago da cavitação é atribuído tanto à 
corrosão como erosão. Na corrosão, é 
assumido que as bolhas em colapso do 
vapor destroem a camada protetora da 
superfície que resulta em aumento de 
corrosão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.11. Fenômeno da cavitação 
 
 
Este mecanismo é esquematicamente 
mostrado na Fig. 5.11. Os passos são os 
seguintes: 
1. uma bolha de cavitação se forma no filme 
protetor da superfície 
2. as bolhas entram em colapso e destroem 
o filme 
3. a superfície nova do metal fica exposta, 
se corrói e o filme é refeito 
4. uma nova bolha de cavitação se forma 
no mesmo ponto 
5. a bolha entra em colapso e destrói o 
filme. 
6. a área exposta se corrói e o filme se 
refaz. A repetição deste processo resulta 
em buracos profundos. 
Examinando a Figura, percebe-se que 
não é necessário ter um filme protetor para 
o estrago da cavitação ocorrer. Uma bolha 
de cavitação implodindo tem força suficiente 
para tirar partículas de metal da superfície. 
Uma vez a superfície fica rugosa em um 
ponto, isto serve como um núcleo para 
novas bolhas de cavitação de um modo 
similar ao mostrado na Figura. Na prática, 
parece que o estrago da cavitação é o 
resultado de ações química (corrosão) e 
mecânica (erosão). 
A cavitação pode ser evitada 
1. diminuindo as diferenças de pressão 
hidrodinâmica nas tubulações de 
processo 
2. diminuindo a temperatura do processo 
3. aumentando a pressão a montante do 
equipamento sujeito à cavitação 
4. usando materiais mais resistentes 
Ruído e Cavitação 
 100 
5. melhorando o acabamento das 
superfícies de impelidores e propelentes 
de bombas, pois desaparecem os pontos 
de nucleação das bolhas 
6. revestindo as superfícies com borracha e 
materiais resilientes 
7. proteção catódica, com a formação de 
bolhas de hidrogênio na superfície do 
metal que amortece a onda de choque 
produzida pela cavitação. 
1.2. Cavitação na válvula 
A pressão cai quando o líquido passa 
pela restrição de válvula. Para que a vazão 
seja a mesma em todos os pontos de 
tubulação, a velocidade aumenta quando 
passa pela restrição. A velocidade do 
líquido é máxima no ponto de restrição. O 
aumento da velocidade (energia cinética) se 
dá com a diminuição na energia de pressão. 
A energia é transformada de uma forma 
(pressão) em outra (cinética). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.12. Fenômeno da cavitação na válvula de 
controle 
 
 
 
Quando o líquido passa pela vena 
contracta (ponto de máxima velocidade e 
mínima pressão), sua velocidade diminui e 
logo depois recupera parte desta pressão. 
Válvulas como do tipo borboleta, esfera, e a 
maioria das válvulas rotatórias tem uma 
grande recuperação da alta pressão. A 
maioria das válvulas com haste deslizante 
mostra uma baixa recuperação da pressão. 
A trajetória da vazão através do interior da 
válvula com haste reciprocamente é mais 
tortuosa do que a da válvula com haste 
rotatória. As válvulas com haste 
reciprocamente apresentam maior queda de 
pressão do que as rotatórias. 
Se a recuperação da pressão 
experimentada pelo líquido é suficiente 
para elevar a pressão da tubulação acima 
da pressão de vapor de líquido, então as 
bolhas de vapor entrarão em colapso e 
implodirão. Esta implosão é chamada de 
cavitação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.13. Pressão e cavitação 
 
 
 
Certamente, a válvula com alta 
recuperação da pressão, como as válvulas 
com haste rotatória tendem a provocar 
cavitação mais freqüentemente do que as 
válvulas com haste reciprocamente, que 
possuem pequena recuperação da queda 
de pressão. As válvulas com pequena 
recuperação e que provocam grande queda 
de pressão causam flashing, em vez de 
cavitação. 
A presença da cavitação ou do 
flacheamento na válvula de controle 
restringe a velocidade do líquido, diminui a 
eficiência da operação, produz ruído e 
vibração e causa uma erosão rápida e 
severa nos contornos nas superfícies, 
mesmo que sejam de materiais duros e 
resistentes. Como conseqüência, a deve ser 
cuidadosamente dimensionada, de modo a 
não provocar cavitação ou flacheamento 
nos líquidos que passam no seu interior. 
 
 
Ruído e Cavitação 
 101 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5.14. Formação de baixa pressão a jusante de 
uma restrição 
Além do estrago físico para a válvula, a 
cavitação ou o flacheamento tende a 
diminuir a capacidade de vazão da válvula, 
diminuindo a queda de pressão através 
dela. Quando as bolhas começam a se 
formar, elas tendem a causar uma condição 
de compressão na válvula, que limita a 
vazão. A vazão crítica (choked) do líquido 
ocorre quando aparece uma barreira de 
cavitação dentro da restrição. As variações 
de pressão a jusante da válvula não podem 
se transmitiratravés desta barreira. Um 
aumento da pressão diferencial provocado 
pela diminuição da pressão a jusante não 
aumenta a vazão; somente um aumento da 
pressão a montante pode aumentar a 
vazão. 
O projetista deve saber qual é a máxima 
queda de pressão efetiva para produzir a 
vazão. Em quedas de pressão maiores do 
que o limite permitido, resulta em vazão 
crítica. A queda de pressão permitida é 
função principalmente do fluido e do tipo da 
válvula. Através de dados experimentais, os 
fabricantes desenvolveram uma equação 
para prever o P permitido. 
A Masoneilan propõe a seguinte 
equação: 
 
)p(Cp s
2
fcrit D=D 
 
onde 
 
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
--=D
c
v
v1s P
P
28,096,0PPp 
 
ou se 
 
Pv < 0,5 P1 
 
v1s ppp -=D 
 
O fator de vazão critica Cf é apresentado 
nos catálogos da Masoneilan, para os 
diferentes tipos de válvulas. Estes valores 
são resultado de testes de vazão feitos com 
as válvulas. 
A Fisher propõe a seguinte equação: 
 
DP permitido = Km (p1 - rc pv) 
 
onde 
Km - coeficiente de recuperação da 
válvula, função do tipo da válvula, obtido 
experimentalmente 
rc - relação da pressão critica 
Os testes tem mostrado que para as 
válvulas de pequena recuperação da queda 
de pressão, vazão crítica e cavitação 
ocorrem aproximadamente no mesmo DP e 
consequentemente, as eq (c5) e (C6) 
podem também ser usados para calcular a 
queda de pressão em que a cavitação 
começa. Para as válvulas com grande 
recuperação da queda de pressão, a 
cavitação pode ocorrer em quedas de 
pressão abaixo do P permitido. 
Para este tipo de válvulas a Masoneilan 
propõe a seguinte equação: 
 
D P cavitação = Kc (p1 - pv) 
 
onde 
Kc é o coeficiente de inicio de cavitação, 
A Fisher também propõe a mesma 
equação e seus fatores Kc estão 
disponíveis em seus catálogos. 
Plugs especiais para evitar a cavitação 
são produzidos pelos fabricantes, que 
tendem a aumentar o Kc da válvula e 
portanto aumentam a queda de pressão que 
causaria o inicio da cavitação. 
Os modos de se evitar a cavitação são 
1. reduzir a queda de pressão através 
da válvula para valores abaixo do 
DP crítico. Isto pode ser conseguido, 
aumentando-se a pressão na 
entrada da válvula (P1 ) pela escolha 
de um ponto com baixa elevação no 
sistema da tubulação ou colocando 
a válvula mais próxima da bomba. 
2. selecionar um tipo de válvula que 
tenha um fator de vazão crítico 
maior; por exemplo, uma válvula com 
Ruído e Cavitação 
 102 
plug em V tem maior Cf que uma 
válvula com plug esférico. 
3. alterar a direção da vazão, 
4. instalar duas válvulas idênticas em 
série (o Cf estimado para as duas 
válvulas é igual a raiz quadrada do 
Cf da válvula isolada). 
5. diminuir a temperatura do líquido 
 
 
 
 
Fig. .6.15. Solução para a cavitação 
 
 
4. Velocidade do fluido na 
válvula 
4.1. Introdução 
O desempenho ruim da válvula de 
controle pode comprometer a operação 
correta da planta., Sintomas são: 
1. curta vida útil do trim, 
2. vazamento interno, 
3. controle pobre do fluido, 
4. vibração da tubulação, 
5. ruído ambiental excessivo, 
Às vezes, uma válvula opera 
corretamente em condições normais, mas 
apresenta problemas em aplicações de 
serviço severo, tais como: 
1. controle errático, 
2. vibração mecânica, 
3. ruído, 
4. cavitação, 
5. flacheamento, 
6. erosão 
A principal causa destes problemas é a 
relação de pressão através da válvula que é 
maior do que três. Ou seja, a pressão 
absoluta de entrada do fluido excede três 
vezes a pressão a jusante. Também o nível 
de pressão é geralmente maior que 7 MPa 
(1 000 psi), embora as válvulas possam 
também se danificar em pressões mais 
baixas. 
Outro fator que afeta a vida útil da 
válvula é a temperatura do fluido do 
processo. Se o fluido é líquido, é importante 
considerar sua temperatura e se a queda de 
pressão dentro da válvula causa a 
vaporização do fluido, quando ela cai abaixo 
do ponto de fulgor. Quando o fluido está 
suficientemente quente, o líquido pode se 
vaporizar, provocando cavitação ou 
flacheamento e conseqüente erosão e 
corrosão. 
Alem do problema de mudança de fase 
do líquido, o nível da temperatura absoluta 
pode afetar os parâmetros de projeto da 
válvula, como as características de 
resistência e expansão do material da 
válvula em si. 
Temperaturas acima de 300 oC requerem 
características especiais de projeto, para 
acomodar e minimizar os danos dos efeitos 
da expansão termal. 
Válvula para serviço severo (heavy duty) 
requer seleção especial para operar em 
ambiente hostil com confiabilidade 
demorada. 
O usuário deve sempre escolher a 
válvula de acordo como ela funciona e com 
sua habilidade de se adequar à aplicação 
do usuário, de um modo econômico. 
Os problemas operacionais que causam 
o mau desempenho da válvula e falha em 
aplicação de serviço pesado são causados 
principalmente pela velocidade excessiva do 
fluido. Mesmo o uso de material mais duro 
para resistir à erosão da cavitação ou o uso 
de expansão de tubulação ou 
amortecedores a jusante pode apenas 
marginalmente desviar a folha da válvula 
desta causa. A velocidade deve ser 
controlada em todos os ajustes da válvula 
para manter o desempenho. 
Ruído e Cavitação 
 103 
4.2. Projeto do trim 
Um meio de reduzir a pressão e 
velocidade é controlar a velocidade 
dividindo o jato do fluido em múltiplas e 
discretas vazões e dissipar a energia do 
fluido e velocidade de modo contínuo, 
induzindo turbulência controlada na vazão. 
O uso de trim com caminhos em 
camadas cria perfis de vazão em labirintos, 
controlando a velocidade do fluido, pelo 
número de caminhos montados no disco. 
Outro controle adicional é variar a área 
de vazão dentro de cada caminho. 
O método controla os efeitos danosos da 
velocidade de dois modos: 
1. divide a vazão em muitos jatos 
pequenos 
2. força o fluido através de uma série de 
voltas definidas para afetar os degraus 
de queda de pressão 
A aparência externa de uma válvula com 
disco estaqueado é a mesma de uma 
válvula globo convencional ou tipo ângulo, 
com o disco formando um trim cilíndrico e a 
vazão é controlada pelo movimento 
subindo-descendo do plug. 
Dependendo do formato e número de 
passagens dos discos, a válvula pode ter 
característica linear, abertura rápida ou 
igual percentagem. 
4.3. Erosão por cavitação 
Quando a pressão do líquido é reduzida 
até ou abaixo da sua pressão de vapor, 
ocorre a formação de bolhas de vapor. 
Neste ponto, o líquido ferve. Quando o 
fluido se move fora da garganta da válvula, 
a pressão é recuperada, convertendo a 
energia cinética de volta para energia de 
pressão. A pressão final recuperada pode 
1. continuar menor que a pressão de 
vapor e o líquido continua na forma de 
vapor, ocorrendo o flacheamento 
2. voltar a ser maior que a pressão de 
vapor e o vapor volta a ser líquido e as 
bolhas entram em colapso e implodem, 
provocando cavitação. 
A energia liberada causa stress na 
superfície local maior que 1400 MPa 
(200 000 psi), que pode provocar erosão no 
trim, mesmo quando de material duro, muito 
rapidamente. 
Na válvula com disco estaqueado, o 
projeto do trim evita que a pressão da vena 
contracta caia abaixo da pressão de vapor 
do líquido, evitando a cavitação. 
4.4. Erosão por abrasão 
A erosão do trim da válvula pode também 
ser causada pela ação de lavagem de um 
fluido ou pela abrasão das partículas 
sólidas entranhadas no fluido. Este efeito é 
mais severo em alta pressão. Enquanto 
gases limpos e secos não preocupam, 
vapor limpo e superaquecido pode causar 
problemas sérios em válvulas 
convencionais. 
Se um vapor superaquecido [4 MPa (600 
psia) e 315 oC] entra em umaválvula, 
caindo para 0,3 MPa (50 psia), haverá uma 
baixa pressão e alta velocidade, fazendo o 
vapor se expandir politropicamente (em 
todas as direções). Por causa da baixa 
pressão, o vapor desenvolve uma umidade 
de 12 a 20%, de modo que estas gotas 
d'água, viajando em alta velocidade, 
rapidamente vão provocar erosão no trim e 
corpo da válvula. A recuperação de pressão 
é completada na saída e a temperatura 
atinge o equilíbrio, resultando em vapor 
superaquecido deixando a válvula a 0,3 
MPa (50 psia) e 270 oC. Enquanto a válvula 
agora atingiu sua queda de pressão, a 
formação contínua de vapor molhado em 
alta velocidade, resulta em grave dano para 
o trim. 
O trim com disco estaqueado opera em 
uma baixa velocidade constante. Com 
baixas velocidades de entrada, saída e no 
trim, a expansão do vapor através da 
válvula é isentálpica (entalpia constante, 
sem trabalho externo). Vapor através deste 
tipo de válvula tem pouca chance de 
desenvolver umidade destrutiva. 
4.5. Ruído 
Qualquer válvula cujo trim permite o 
desenvolvimento de alta velocidade do 
fluido cria ruído excessivo. Isto pode ser 
devido à formação de redemoinhos 
turbulentos no jato do fluido ou das ondas 
Ruído e Cavitação 
 104 
de choque sônicas que aparecem quando o 
fluido atinge a velocidade crítica. O ruído a 
jusante das válvulas não é atenuado. 
Abafadores em linha podem ser usados a 
jusante, mas podem reduzir o ruído por 
apenas 15 a 20 dBA. Isolamento acústico 
consegue atenuação de 5 dBA, assumindo 
que seja instalado corretamente. Quando se 
controla ou venta gases, os níveis de ruído 
podem atingir até 120 dBA e mesmo com 
válvulas com trim modificado e difusores, o 
ruído pode ainda exceder 100 dBA. 
Como a tecnologia de disco estaqueado 
apresenta uma resistência gradual e 
contínua para a vazão, as velocidades do 
fluido ficam bem abaixo de Mach 1 
(velocidade do som) e podem ser projetadas 
para cair dentro dos limites de ruído 
especificados. 
Vent aerodinâmico de gás em alta 
pressão é talvez a poluição sonora mais 
severa no ambiente. A tecnologia com 
discos estaqueados oferece dois métodos 
para controlar o ruído neste contexto: 
1. Uso de inserto em ângulo, operado 
pneumaticamente e com ação rápida, 
que ventaria a pressão de vapor 
excessiva para a atmosfera, evitando 
a planta de lifting. Nesta técnica, o 
plug posicionado pneumaticamente 
modula a área disponível do furo do 
disco estaqueado para o controle da 
vazão, ventando na atmosfera através 
de uma mortalha em torno do disco 
estaqueado que direciona a vazão 
para fora, minimizando a carga reativa 
e controlando o ruído do vent. 
2. Quando se tem grande vazão de 
massa e alta temperatura, usa-se uma 
válvula acoplada com um resistor a 
jusante que é um dispositivo passivo 
também empregando a tecnologia de 
disco estaqueado para acomodar a 
maioria da queda da pressão na 
condições de vazão. 
4.6. Vibração 
Forças de pressão desbalanceadas e 
flutuantes em torno do plug da válvula 
podem ser uma grande fonte de vibração, 
especialmente em serviço severo de gás e 
vapor. Estas forças geram vibrações axiais 
e laterais, mesmo em relações de baixa 
pressão, se as vazões mássicas forem 
altas. Isto resulta em instabilidade de 
controle, ruído aerodinâmico e iminente 
falha no trim e tubulação. As habilidades 
corretamente aplicadas na tecnologia de 
disco estaqueado para controlar a 
velocidade reduz este problema 
significativamente. 
3. Golpe de Aríete 
O choque hidráulico da linha, martelo 
d'água ou golpe de aríete ocorre quando a 
velocidade do líquido é repentinamente 
diminuída, como quando uma válvula é 
fechada rapidamente. 
Teoricamente, quando a velocidade da 
vazão é alterada, uma onda de pressão 
viaja ao longo do fluido, invertendo a 
direção da vazão de cada seção do fluido 
quando ele passa. Assim, o martelo d'água 
é uma série de ondas de choque, 
propagando na velocidade do som. Quando 
elas se tornam grandes, estas ondas podem 
destruir internos de medidores de vazão ou 
de válvula, formar rachaduras na tubulação, 
provocar vazamentos na tubulação. As 
ondas de choque ou ondas de pressão 
continuam até que o ciclo seja 
completamente diminuído pelo efeito de 
atrito entre o fluido e as paredes da 
tubulação. 
Para eliminar estas forças indesejáveis, 
devem ser instaladas câmaras de surge na 
forma de acumuladores hidropneumáticos, 
próximas da fonte de surge. A magnitude do 
efeito do choque depende de: 
1. o comprimento da tubulação a 
montante do ponto de fechamento 
abrupto 
2. a velocidade do fluido inicialmente 
sob condição de regime permanente 
3. a densidade do fluido 
4. as propriedades elásticas da 
tubulação e do fluido 
5. a velocidade de fechamento da 
válvula. 
 
Ruído e Cavitação 
 105 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) Tubulação sem acumulador hidropneumático 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(b) Vazão com acumulador hidropneumático 
 
Fig. 5.16. Fenômeno do martelo d'água em tubulações 
 
 
 
 
Os fabricantes de acumuladores 
fornecem os procedimentos para projetar e 
instalar seus produtos, salientando todas as 
características importantes e listando as 
formulas para determinar a magnitude do 
choque da linha e dimensionando o 
acumulador em si. 
A Fig. 5.10 mostra os princípios de 
operação de um acumulador 
hidropneumático; tem-se: 
1. Sem carregamento de gás, sem 
pressão do fluido 
2. Câmara pré carregada com gás 
(nitrogênio) 
3. Câmara de gás comprimida pelo 
fluido bombeado 
4. Câmara expandida depois da 
descarga do fluido 
 
 
 
 
 
Fig. 5.17. Princípio de operação do acumulador 
hidropneumático (Fawcett Engineering Ltd) 
 
 
 
 
 
O acumulador eletropneumático deve ser 
empregado quando se tem algum problema 
associado com cargas de choque, como em: 
1. fechamento rápido de válvulas 
2. movimento de pacotes de ar 
3. partida de bomba com grande 
solicitação de carga contra uma 
pressão diferencial grande 
4. surges em parada de bomba. 
(Embora uma válvula de retenção 
seja a solução comum para proteger 
a bomba contra as forças de inércia, 
deve-se considerar que quando o 
motor da bomba pára, a vazão 
reversa gera um choque quando a 
válvula de refluxo é fechada 
rapidamente. 
O acumulador é um dispositivo simples e 
efetivo para minimizar o choque e não 
requer ou afeta outros equipamentos da 
tubulação. Todos os equipamentos da linha 
ficam protegidos pelo acumulador com as 
pressões da linha sendo contidas e 
absorvidas por ele. 
 
= 
 
 
 
= Apostilas\Válvula 5válvula.doc 04 OUT 99 
Vazão livre na tubulação 
Válvula aberta 
Tubulação 
Onda choque Válvula fecha 
rapidamente 
Reação pressão 
Parada repentina da vazão 
Acumulador 
Gás comprimido 
Válvula aberta 
Tubulação 
Vazão do fluido 
Válvula fecha 
rapidamente 
 
 106 
6. Instalação 
 
 
 
 
 
Objetivos de Ensino 
6. Apresentar as necessidades da 
instalação correta da válvula de 
controle no processo. 
7. Listar e justificar as aplicações de 
equipamentos opcionais de válvula, 
como posicionador e booster. 
8. Descrever os principais acessórios 
usados na montagem da válvula na 
tubulação. 
9. Descrever a tubulação e as 
conexões do sistema. 
1. Instalação da Válvula 
1.1. Introdução 
A decisão mais importante no 
desenvolvimento das especificações da 
válvula é a colocação da válvula certa para 
fazer o trabalho certo. Depois, em 
seqüência mas de igual importância, é a 
localização da válvula e finalmente, a 
instalação da válvula. Todas as três etapas 
são igualmente importantes, para se obter 
um serviço satisfatório e duradouro da 
válvula. 
1.2. Localização da Válvula 
Asválvulas devem ser localizadas em 
uma tabulação, de modo que elas sejam 
operadas com facilidade e segurança. Se 
não há operação remota, nem manual nem 
automática, as válvulas devem ser 
localizadas de modo que o operador possa 
ter acesso a ela. Quando a válvula é 
instalada muito alta, além do alcance do 
braço levantado do operador, ele terá 
dificuldade de alcança-la e não poderá 
fecha-la totalmente e eventualmente haverá 
vazamento, que poderá causar desgaste 
anormal nos seus internos. 
 
 
 
Fig. 6.1. Local de instalação da válvula deve ser 
facilmente acessível 
1.3. Cuidados Antes da Instalação 
As válvulas são geralmente 
embrulhadas e protegidas de danos durante 
seu transporte, pelo fabricante. Esta 
embalagem deve ser deixada no lugar até 
que a válvula seja instalada. Se a válvula é 
deixada exposta, poeira, areia e outros 
materiais ásperos podem penetrar nas suas 
partes funcionais. Se estas sujeiras não 
forem eliminadas, certamente haverá 
problemas quando a válvula for instalada 
para operar. 
As válvulas devem ser armazenadas 
onde sejam protegidas de atmosferas 
corrosivas e de modo que elas não caiam 
ou onde outros materiais pesados não 
possam cair sobre elas. 
Antes da instalação, é conveniente ter 
todas as válvulas limpas, normalmente com 
ar comprimido limpo ou jatos d'água. A 
Instalação 
107 
tabulação também deve ser limpa, com a 
remoção de todas as sujeiras e rebarbas 
metálicas deixadas durante a montagem. 
1.4. Alívio das Tensões da Tubulação 
A tabulação que transporta fluidos em 
alta temperatura fica sujeita a tensos 
termais devidas a expansão térmica do 
sistema da tabulação. Por isso, deve se 
prover expansão para o comprimento de 
tabulação envolvido, para que estas tensos 
não sejam transmitidas às válvulas e às 
conexões. 
A expansão da tabulação pode ser 
acomodada pela instalação de uma curva 
em "U" ou por uma junta de expansão entre 
todos os pontos de apoio, sempre 
garantindo que há movimento suficiente 
para acomodar a expansão do comprimento 
da tabulação envolvida. Note que a mesma 
condição existe, mas em direção contrária, 
quando se tem temperaturas criogênicas 
(muito baixas). Neste caso, também de se 
deve prover compensação para a contração 
da linha. 
Por questão econômica e para facilitar 
a sua operação, é comum se ter o diâmetro 
da válvula menor do que o da tabulação. 
Para acomodar esta diferença de diâmetros, 
usa-se o redutor entre a tabulação e a 
válvula. O redutor aumenta as perdas e 
varia o Cv da válvula. O comum é usar um 
fator de correção, que é a relação dos Cv's, 
sem e com os redutores. Estes fatores de 
correção podem ser obtidos dos fabricantes 
ou levantados experimentalmente. 
1.5. Redutores 
O efeito dos redutores na vazão critica 
é também sentido e deve-se usar o fator de 
vazão critica corrigido, que relaciona o Cv 
da válvula, o Cf da válvula sem os redutores 
e os diâmetros da válvula e da tabulação. 
1.6. Instalação da Válvula 
Há cuidados e procedimentos que se 
aplicam para todos os tipos de válvulas e há 
especificações especificas para 
determinados tipos de válvulas. 
Quando instalar a válvula, garantir que 
todas as tensos da tabulação não são 
transmitidas à válvula. A válvula não deve 
suportar o peso da linha. A distorção por 
esta causa resulta em operação ineficiente, 
obstrução e a necessidade de manutenção 
freqüente. Se a válvula possui flanges, será 
difícil apertar os parafusos corretamente. A 
tabulação deve ser suportada próxima da 
válvula; válvulas muito pesadas devem ter 
suportes independentes dos suportes da 
tabulação, de modo a não induzir tensão no 
sistema da tabulação. 
Quando instalar válvula com haste 
móvel, garantir que há espaço suficiente 
para a operação da válvula e para a 
remoção da haste e do castelo, em caso de 
necessidade de manutenção local. A 
insuficiência de espaço impede a válvula de 
ficar totalmente aberta, resultando em 
queda de pressão excessiva, erosão nos 
cantos da lâmina, desgaste no assento. 
É conveniente instalar a válvula com a 
haste na posição vertical e com movimento 
para cima; porém, muitas válvulas podem 
ser instaladas com a haste em qualquer 
ângulo. Quando instalar a válvula com a 
haste se movimentando para baixo, o 
castelo fica abaixo da linha de vazão, 
formando uma câmara para pegar e manter 
substâncias estranhas. Estas sujeiras, se 
presas, podem eventualmente arruinar a 
haste interna ou os filetes de rosca. 
1.7. Válvula Rosqueada 
Evitar subdimensionar roscas na seção 
da tabulação onde deve se instalar a 
válvula. Se a seção rosqueada da tabulação 
é muito pequena, quando aparafusada na 
válvula para se ter uma conexão vedada, 
pode arrebentar o diafragma e distorce-lo, 
de modo que o disco não fará uma vedação 
perfeita. Com a porção rosqueada muito 
pequena, pode ser impossível se ter uma 
vedação completa. Uma prática segura é 
Instalação 
108 
fazer roscas na tabulação e no corpo da 
válvula em dimensões e tolerâncias padrão. 
Tinta, graxa ou compostos para selo de 
junta devem ser aplicados somente às 
roscas (macho) da tabulação e não nas 
roscas (fêmea) no corpo da válvula. Isto 
reduz a chance do excesso da tinta, graxa 
ou o composto ficar na sede e nas outras 
partes internas da válvula, causando futuros 
problemas. 
Quando instalar válvulas com conexões 
rosqueadas, usar a chave de aperto de 
tamanho correto, cuidando de não espanar 
nem arranhar as conexões. A chave de 
boca deve ser usada no lado da tabulação 
da válvula para minimizar a chance de 
arranhar o corpo da válvula. Por precaução, 
a válvula deve ser fechada totalmente antes 
da instalação. 
 
 
Fig. 6.2. Válvula montada em local remoto 
 
 
1.8. Válvula Flangeada 
Quando instalar válvulas flangeadas, 
apertar os parafusos do flange, segurando 
as porcas diametralmente opostas entre si, 
na ordem N, S, W, E, NW, SE, SW e NE. 
Todos os parafusos devem ser apertados 
gradualmente, até um aperto padrão. 
Primeiro coloque e aperte os parafusos com 
os dedos e depois de 3 a 4 voltar com a 
chave de boca no parafuso 1 (N). Aplique o 
mesmo número de voltar em cada parafuso, 
seguindo a ordem acima. Repetir o 
procedimento, até atingir o aperto correto. 
Esta tensão uniforme distribuída em toda a 
seção transversal, torna menos provável o 
estrago da gaxeta. 
2. Acessórios e Miscelânea 
2.1. Operador Manual 
Os acessórios para a operação manual 
são usualmente fornecidos para resolver um 
dos seguintes problemas: 
1. A válvula está instalada num local 
inacessível (não devia) e é difícil a 
operação manual convencional, 
2. A válvula é tão grande, que um 
volante convencional é insuficiente 
para permitir a abertura ou o 
fechamento manual. 
3. O volante manual é usado para o 
fechamento manual da válvula no 
local, em substituição ao fechamento 
automático ou manual feito através 
do atuador pneumático, em casos de 
emergência, durante a partida ou na 
falta de ar. 
Eles não são muito freqüentes e só se 
justifica sua aplicação em serviços críticos 
ou quando não há válvulas de bloqueio ou 
de bypass. 
 
 
 
Fig. 6.3. Volante montado na válvula 
 
 
Os principais acessórios incluem as 
hastes com extensão, operador com 
corrente, operador com engrenagens. 
Usam-se alavancas ou volantes para 
operação manual de válvulas com diâmetros 
de até 12". Para válvulas maiores, usam-se 
engrenagens, parafusos sem fim, correntes 
ou hastes de extensão. 
Instalação 
109 
2.2. Posicionador 
O posicionador é um acessório opcional 
e não um componente obrigatório da 
válvula, mesmo que alguns usuários 
padronizem e tornem seu uso extensivo a 
todas às válvulas existentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.4. Posicionadoracoplado à haste da válvula 
 
 
O posicionador é um dispositivo que é 
acoplado à haste da válvula de controle 
para otimizar o seu funcionamento. O 
posicionador recebe o sinal padrão de 3 a 
15 psig e gera, na saída, também o sinal 
padrão de 3 a 15 psig e por isso é 
necessária a alimentação pneumática de 20 
psig. O posicionador é usado para fechar a 
malha de controle em torno do atuador da 
válvula. Ele atua na haste da válvula até 
que a medição mecânica da posição da 
haste esteja de conformidade e balanceada 
com o sinal de entrada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.5. Esquema de posicionador 
O objetivo do posicionador é o de 
comparar o sinal da saída do controlador 
com a posição da haste da válvula. Se a 
haste não esta onde o controlador quer que 
ela esteja, o posicionador soma ou subtrai 
ar do atuador da válvula, até se obter a 
posição correta. Há um elo mecânico, 
através do qual o posicionador sente a 
posição da válvula e monitora o sinal que 
vai para o atuador. 
As justificativas legitimas para o uso do 
posicionador são para: 
1. eliminar a histerese e banda morta da 
válvula, garantindo a excursão linear da 
haste da válvula, por causa de sua 
atuação direta na haste, 
2. posicionador alterar a faixa de sinal 
pneumático, por exemplo, de 3 a 15 psig 
para 15 a 3 psig ou de 3 a 9 psig para 3 
a 15 psig. O uso do posicionador é 
obrigatório na malha de controle de faixa 
dividida (split range), onde o mesmo 
sinal de controle é enviado para várias 
válvulas em paralelo. 
São razões para o uso do posicionador, 
mas não muito legitimas: 
1. aumentar a velocidade de resposta da 
válvula, aumentando a pressão ou o 
volume do ar pneumático de atuação, 
para compensar atrasos de transmissão, 
capacidade do atuador pneumático. 
Deve-se usar um booster no lugar do 
posicionador. 
2. escolher ou alterar a ação da válvula, 
falha-fechada (ar para abrir) ou falha-
aberta (ar para fechar). Deve-se fazer 
isso com relé pneumático ou no próprio 
atuador da válvula. 
3. modificar a característica inerente da 
válvula, através do uso de cam externa 
ou gerador de função. Isto também não 
é uma justificativa valida, pode-se usar 
relé externo, que não degrada a 
qualidade do controle. 
Há porém, duas outras regras, talvez 
mais importantes, embora menos 
conhecidas, referentes ao não uso do 
posicionador. São as seguintes: 
1. não se deve usar posicionador quando 
o processo é mais rápido que a válvula. 
Instalação 
110 
2. ao se usar o posicionador, deve se 
aumentar a banda proporcional do 
controlador, de 2 a 5 vezes, em relação 
à sua banda proporcional sem 
posicionador. Quando isso é impossível, 
não se pode usar o posicionador. 
As regras para uso e não uso devem ser 
perfeitamente entendidas. O posicionador 
torna a malha mais sensível, mais rápida ou 
com maior ganho. Se a malha original já é 
sensível ou rápida, a colocação do 
posicionador aumenta ainda mais a 
sensibilidade e rapidez, levando certamente 
a malha para uma condição instável, de 
oscilação. Quando se coloca um 
posicionador em uma malha de controle 
rápida, o desempenho do controle se 
degrada ou tem que se ressintonizar o 
controlador, ajustando a banda proporcional 
em valor muito grande, às vezes, em valores 
não disponíveis no controlador comercial ou 
em valores de ganho tão pequeno que 
reduz a capacidade de controle da malha. 
Geralmente não se usa posicionador em 
malha de controle de vazão, pressão de 
líquido e pressão de gás em volume 
pequeno, desde que estes processos são 
muito rápidos. Para processos rápidos, mas 
com linhas de transmissão muito grandes ou 
com atuadores de grandes volumes, a 
solução é acrescentar um amplificador 
pneumático (booster), em vez de usar o 
posicionador. O booster também melhora o 
tempo de resposta e aumenta o volume de 
ar do sinal pneumático e, como seu ganho é 
unitário, não introduz instabilidade ao 
sistema. 
 
 
 
Fig. 6.6. Posicionador a balanço de forças 
 
 
O posicionador pode ser considerado 
como um controlador de posição, 
proporcional puro, de alto ganho (banda 
estreita). Quando ele é colocado na válvula 
de controle, o posicionador é o controlador 
secundário de uma malha em cascata, 
recebendo o ponto de ajuste da saída do 
controlador primário. Esta analogia é útil, 
pois facilita a orientação de uso ou não uso 
do posicionador. Como em qualquer de 
controle cascata, o sistema só é estável se 
a constante de tempo do secundário 
(posicionador) for muito menor que a do 
primário. 
O posicionador pode receber 
diretamente o sinal padrão de corrente de 4 
a 20 mA cc; neste caso é chamado de 
posicionador eletropneumático. Na prática, 
este posicionador é um transdutor corrente 
para ar comprimido acoplado a um 
posicionador pneumático. Assim, o 
posicionador eletropneumático recebe na 
entrada o sinal de 4 a 20 mA cc, 
proveniente do controlador e gera na saída 
o sinal de 3 a 15 psig, que vai para o 
atuador pneumático da válvula, além de 
posicionar a abertura da válvula, através da 
haste. 
 
Fig. 6.7. Posicionador 
2.3. Booster 
O booster, também chamado relé de ar 
ou amplificador pneumático, tem a função 
aproximada do posicionador. A aplicação 
típica do booster é para substituir o 
posicionador, quando ele não é 
recomendado, como em malhas de controle 
de vazão de líquido ou de pressão de 
líquido. 
Instalação 
111 
O booster é usado no atuador da 
válvula para apressar a resposta da válvula, 
para uma variação do sinal de um 
controlador pneumático com baixa 
capacidade de saída, sem o inconveniente 
de provocar oscilações, por não ter 
realimentação com a haste da válvula. Eles 
reduzem o tempo de atraso resultante de 
longas linhas de transmissão ou quando a 
capacidade da saída do controlador é 
insuficiente para suprir a demanda de 
grandes atuadores pneumáticos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.8. Princípio de funcionamento do booster 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.9. Corte de um booster 
 
Outros possíveis usos de booster são: 
1. amplificar ou reduzir o sinal 
pneumático, tipicamente de 1:1 e 1:3 
ou 5:1, 2:1 e 3:1 
2. reverter um sinal pneumático: por 
exemplo, quando o sinal de entrada 
aumenta, a saída diminui. Quando a 
entrada é 20 kPa, a saída é 100 kPa, 
quando a entrada é 100 kPa, a saída 
é 20 kPa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.10. Aparências externas do booster 
2.4. Chaves fim de curso 
As chaves de limites ou de fim de curso 
são montadas ao lado da válvula e são 
acionadas diretamente pela posição da 
haste. Estas chaves são usadas para 
acionar alarmes, válvulas solenóides, relés, 
lâmpadas, motores ou qualquer outro 
dispositivo elétrico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.11. Chaves limites montadas no corpo da válvula 
2.5. Conjunto Filtro Regulador 
A válvula com atuador pneumática é 
acionada apenas pelo sinal de 20 a 100 
kPa. Opcionalmente, quando se usa o 
posicionador ou o booster, é necessário 
alimenta-los com 120 kPa. Nesta montagem 
é também comum usar o filtro-regulador de 
ar. 
 
Instalação 
112 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.12. Conjunto típico de alimentação pneumática 
 
O conjunto filtro-regulador de ar 
conjunto fornece uma pressão reduzida e 
constante de ar de suprimento ao 
posicionador e booster. A pressão de saída 
do regulador é tipicamente entre 120 a 140 
Kpa, quando se tem o sinal padrão de 20 a 
100 kPa. 
O filtro remove partículas sólidas e 
líquidas, que poderiam entupir os 
mecanismos pneumáticos. 
2.6. Transdutor Corrente para Ar 
Quando o controlador é eletrônico e o 
atuador da válvula é pneumático, deve-se 
usar o transdutor corrente para pneumático 
(I/P), para compatibilizar osdois tipos de 
sinais. Por causa do tempo de resposta do 
sinal eletrônico ser muito menor que o do 
pneumático, a maioria dos transdutores é 
montada no campo, junto à válvula de 
controle. Como isso é tão freqüente, pensa-
se e se considera o transdutor I/P como um 
acessório da válvula de controle. 
Quando também se usa o posicionador, 
é disponível um único instrumento que 
incorpora o circuito de conversão I/P e o de 
posicionamento da haste; tem-se o 
posicionador eletromecânico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.13. Conjunto transdutor i/p e posicionador 
 
 
2.7. Relés de Inversão e de Relação 
Um relé de relação é usado para 
multiplicar ou dividir a pressão de um sinal 
de entrada. Ele pode ser usado em 
sistemas de controle de faixa dividida (split 
range). Por exemplo, um relé de relação 1:2 
pode alterar a faixa de 3 a 9 psi para 3 a 15 
psi. 
O relé de inversão é usado quando a 
ação de um controlador precisa ser 
invertida. Por exemplo, as válvulas do 
sistema de faixa dividida porém ser 
operadas de um controlador onde uma 
válvula é ar para abrir, enquanto a outra é 
ar para fechar. O relé inversor pode ser 
usado em uma das válvulas para se obter a 
ação desejada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.14. Malha de controle de faixa dividida onde é 
mandatório o uso de posicionador 
 
Instalação 
113 
3. Tubulação 
Tubulação ou tubo é o condutor 
destinado a transportar os fluidos numa 
indústria. A secção transversal padrão da 
tabulação é teoricamente circular. Os fluidos 
podem ser líquidos viscosos, com sólidos 
em suspensão, sólidos fluidizados, gases, 
vapor d'água. Na maioria das aplicações 
industriais o fluido se movimenta por causa 
da pressão aplicada na tabulação, através 
de bombas, compressores, ventiladores e 
outras equipamentos geradores de pressão. 
Quando um fluido está em vazão em 
regime permanente em uma tabulação longa 
e reta, de diâmetro uniforme, o perfil da 
vazão, como indicado pela distribuição da 
velocidade através do diâmetro da 
tabulação, assume uma determinada forma 
característica. Qualquer impedimento na 
tabulação que mude a direção de toda 
vazão ou mesmo parte dela, altera o padrão 
de vazão característico e cria turbulência, 
causando uma perda de energia maior do 
que normalmente acontece em uma vazão 
em tabulação reta. Como as válvulas e 
conexões na tabulação perturbam o padrão 
de vazão, elas produzem uma queda de 
pressão adicional. 
A queda de pressão produzida por uma 
válvula (ou conexão) consiste de: 
1. A queda de pressão dentro da 
própria válvula. 
2. A queda de pressão na tabulação a 
montante em excesso daquela que 
normalmente ocorreria se não 
houvesse válvula na linha. Este 
efeito é pequeno. 
3. A queda de pressão na tabulação a 
jusante em excesso daquela que 
normalmente ocorreria se não 
houvesse válvula na linha. Este 
efeito pode ser relativamente grande. 
Do ponto de vista experimental, é difícil 
medir os três itens separadamente. Seu 
efeito combinado é a quantidade desejada, 
porém, e isso pode ser precisamente 
medido por métodos bem conhecidos. 
Muitas experiências tem mostrado que a 
perda de pressão devida a válvulas e 
conexões é proporcional a uma potência 
constante da velocidade. Quando a queda 
de pressão ou perda de carga é plotada 
contra a velocidade em coordenadas 
logarítmicas, a curva resultante é uma linha 
reta. Na faixa de vazão turbulenta, o valor 
do expoente da velocidade varia entre 1.8 e 
2.1 para diferentes projetos de válvulas e 
conexões. Porém, para todos efeitos 
práticos, pode se assumir que a queda de 
pressão ou perda de carga devida a vazão 
dos fluidos em regime turbulento através de 
válvulas e conexões varia com o quadrado 
da velocidade. 
3.1. Classificação dos Tubos 
Os tubos podem ser classificados em 
função dos materiais, como metálicos e não 
metálicos. 
Os tubos metálicos podem ser de 
material ferroso ou não ferroso. Exemplos 
de materiais ferrosos usados 
comercialmente: ferro forjado, ferro fundido, 
aço carbono, aço inoxidável, aços liga 
(Alloy) especiais, MonelR (Ni-Cu), 
HastelloyR, AdmiraltyR (Cu-Zn, Sn). Os 
metais não ferrosos são: cobre, latão (Cu-
Zn), bronze (Cu, Sn), chumbo, níquel e 
outras ligas não contendo ferro. 
Os tubos não metálicos usados nas 
tubulações da indústria são: plásticos 
(PVC), borracha, neoprene, cerâmica, 
concreto, cimento-amianto, vidro, lama 
vitrificada. 
 
 
 
Fig. 6.15. Tubulações industriais 
 
 
As tubulações podem ser mistas, com 
parte metálica e parte não-metálica; por 
exemplo, mangotes de borracha com 
armação de ferro. Os tubos podem ter 
Instalação 
114 
revestimentos externos ou internos, para 
fins de proteção contra corrosão química ou 
erosão física. Por exemplo, as tubulações 
metálicas para água salgada podem ser 
revestidas internamente de concreto. 
Quanto a construção, os tubos podem 
ser flexíveis ou não flexíveis, com costura 
ou sem costura. 
3.2. Diâmetros dos Tubos 
Os diâmetros dos tubos são discretos e 
padronizados. Mesmo no sistema de 
unidades SI é comum se usar a polegada 
para expressar o tamanho do diâmetro do 
tubo. A bitola do tubo coincide com o 
diâmetro externo, para tubos maiores que 
14" e se aproxima do diâmetro interno para 
diâmetros menores do que 12". 
Os diâmetros comerciais padrão em 
polegadas são: 
1/8 ¼ 3/8 ½ ¾ 
1 1 ¼ 1 ½ 2 3 
4 6 8 10 12 
(de 2" em 2") até 30. 
Os tubos de aço são disponíveis em 
diâmetros desde 1/8" até 30"; os de aço 
inoxidável, com diâmetros de até 12". Os 
tubos de cobre, latão, bronze, alumínio e 
suas ligas tem bitolas de 1/4" a 1/2". Os 
tubos de chumbo existem de 1/4" até 12". 
Os tubos de PVC são disponíveis em bitolas 
de 1/4" a 8". 
Os tubos acima de 30" são fabricados 
sob encomenda e normalmente são 
construídos com costura. 
3.3. Espessuras Comerciais 
As paredes dos tubos de aço tem 
espessuras padronizadas. Para o mesmo 
diâmetro, a espessura da parede pode 
variar de acordo com as condições de 
pressão e temperatura do serviço. A 
espessura da parede é expressa em 
"número de Schedule"; os valores discretos 
são 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 
160. Quanto maior o número do Schedule, 
mais espessa é a parede do tubo. 
Os tubos de metais não-ferrosos 
possuem outro padrão. Os tubos de cobre, 
bronze e alumínio são designados pelos 
tipos K, L, M. O tipo K é o mais pesado e de 
maior espessura de parede. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.16. Schedules de tubulação 
 
 
3.4. Aplicações dos Tubos 
Os tubos de ferro fundido são os mais 
baratos e usados para serviços de baixa 
pressão e com pequeno esforço mecânico; 
por exemplo, para água, efluentes não 
corrosivos, esgoto. 
Os tubos de aço carbono são os mais 
usados em uma indústria petroquímica e 
refinaria de petróleo. É o material padrão, 
exceto para serviços com fluidos corrosivos 
e de temperaturas extremas (muito baixas 
ou muito altas). 
Os tubos de aço-liga são usados para 
os serviços onde o aço carbono é 
inadequado: com fluidos corrosivos e 
temperaturas extremas. As ligas com cromo 
e molibdênio são convenientes para altas 
temperaturas e as ligas com níquel, para 
baixas temperaturas. 
Os tubos de aço inoxidável são usados 
para serviços ainda mais severos do que os 
de aço liga. Os tubos de metais não-
ferrosos são usados em serviços com 
fluidos corrosivos e para tubulações de 
pequeno diâmetro, como distribuição de ar 
comprimido, linhas finas de vapor. Os tubos 
plásticos são usados em aplicações com 
ID OD 
Schedule 40 (padrão) Schedule 80 (extra pesado) 
Schedule 160 Duplo extra pesado 
Instalação 
115 
fluidos corrosivos, mas limitados a baixas 
pressão e temperatura.3.5. Conexões 
Uma tabulação industrial é longa muda de 
direção freqüentemente e por isso é 
constituída de vários tubos emendados 
através de conexões especiais. Os objetivos 
das conexões, isoladas ou combinadas, 
são: 
1. fazer ligações, 
2. mudar a direção, 
3. fazer derivações, 
4. casar tubulações com diâmetros 
diferentes (redução ou expansão), 
5. fazer fechamentos, 
6. isolar trechos. 
As conexões que fornecem ligações de 
tubos entre si são as luvas, uniões, niples e 
flanges. 
As conexões que permitem mudanças 
de direção em tubos são as curvas de raio 
longo e curto de 45o, 90o e 180o, joelhos 
de 45o, 90o e 180o, cotovelos e retorno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.17. Figura oito ou espetáculo 
 
 
Para fazer derivações em tubos se 
usam tees normais, tees de 45o, tees de 
redução, peças em Y, cruzetas, cotovelos e 
anéis de reforço. 
As conexões que permitem mudanças 
de diâmetro em tubos são as reduções 
concêntricas e excêntricas e as buchas de 
redução. 
Para fechar as extremidades de linhas 
são usados bujões e flanges cegas. Para 
isolar trechos de tubulações e 
equipamentos da linha são usadas raquetes 
e a figura oito. 
As conexões são ligadas à tabulação 
através de rosca, flange ou solda. 
As ligações flangeadas são usadas 
para ligar equipamentos à tabulação, pois 
permitem maior flexibilidade operacional, 
com retirada e colocação fácil do 
equipamento. 
As ligações soldadas são usadas para 
ligar tubos de modo irreversível, provendo 
boa vedação e maior segurança 
operacional. 
As ligações rosqueadas são usadas 
para serviços de utilidades (ar, água) de 
baixa pressão e com produtos não 
corrosivos. 
3.6. Velocidade dos Fluidos 
A velocidade de um líquido vazando em 
uma tabulação pode ser determinada pela 
seguinte formula: 
 
v = 2.78 Q/A 
onde 
v = velocidade, m/s 
Q = vazão volumétrica, m3/h 
A = área transversal, cm2 
Para encontrar a velocidade de um 
fluido compressível em uma tabulação vale 
(base de peso): 
 
v = 2.78 W v/A 
onde 
v = velocidade do fluido, m/s 
W = vazão mássica do fluido, kg/h 
V = volume especifico, m3/kg 
A = área, cm2 
Para encontrar a velocidade de um fluido 
compressível em uma tubulação vale 
 
v = 2.78 F/A 
Instalação 
116 
 
onde 
v = velocidade do fluido, m/s 
Q = vazão real do fluido, m3/h 
A = área, cm2 
Note que a vazão do gás deve ser nas 
condições reais do processo. Se é 
conhecida a vazão nas condições padrão, 
deve-se usar a seguinte formula de 
conversão: 
273
T
p
1
QQ pr = 
onde 
p = pressão absoluta do processo, bars 
T = temperatura absoluta do processo, 
273 + t oC 
3.7. Dimensionamento da Tubulação 
O dimensionamento da tabulação é algo 
que interessa ao projetista; a maioria dos 
instrumentista já encontra a tabulação 
pronta para receber o medidor de vazão ou 
a válvula de controle. Uma tabulação pode 
ser dimensionada por vários modos, 
dependendo dos fatores críticos. Os três 
métodos usados são: 
1. dimensionamento pela velocidade, 
usado quando a queda de pressão 
não é uma consideração importante, 
2. dimensionamento pela queda de 
pressão (perda de carga), 
3. dimensionamento pela curva 
característica da bomba. 
3.8. Válvula com Redução e 
Expansão 
É comum se ter o diâmetro da válvula 
menor que o diâmetro da tubulação. Nestas 
geometrias, há uma redução na área de 
entrada da válvula e uma expansão na sua 
saída. Há sempre quedas de pressão 
nestas passagens abruptas ou suaves, 
chamadas de perda de expansão e perda 
de contração. 
Quando o dimensionamento da válvula 
resultar em uma válvula com diâmetro maior 
do que o da tubulação, deve-se usar uma 
válvula com o diâmetro igual ao da 
tubulação e usar uma capacidade de bomba 
maior (maior pressão à vazão máxima). 
Quando a válvula é montada entre 
redutores de tubulação, há um aumento na 
sua capacidade real. O redutor cria uma 
queda de pressão adicional no sistema, 
agindo como uma contração em série com a 
válvula e uma expansão. Deve-se usar um 
fator de correção (R) de capacidade, dado 
em tabelas. Este fator R é baseado na 
diminuição da velocidade em contração e 
expansão abrupta e permite o 
dimensionamento mais seguro da válvula. 
Este fator R é chamado de Fp, na 
nomenclatura ISA. 
A fórmula para redutores é 
 
÷÷ø
ö
ççè
æ
D÷
÷
ø
ö
çç
è
æ
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
--=
p
G
d96,3
Q
D
d
15,11R
2
2
2
2
 
 
onde 
Q é a vazão volumétrica em m3/h 
DP é a pressão diferencial real, em 
bars 
d é o diâmetro da válvula, em cm 
D é o diâmetro da linha, em cm 
G é a densidade relativa do líquido 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 6.18. Válvula com redução e expansão 
 
 
 
Instalação 
 117 
Tab. 6.1. Recomendações para instalação da válvula redutora de pressão, geralmente 
aplicável também a válvula de controle 
 
 
 
 
 
 
 
Não superdimensionar a válvula redutora 
de pressão 
 
 
 
 
 
Não superdimensionar deliberadamente a 
válvula redutora de pressão 
 
 
 
 
 
Não usar válvulas redutoras, válvulas de 
bloqueio e válvulas de controle do mesmo 
diâmetro da tubulação 
 
 
 
 
Não colocar válvulas de bloqueio 
subdimensionadas antes e depois da 
válvula redutora 
 
 
 
 
Não colocar tubulação subdimensionada 
antes e depois da válvula redutora 
 
 
 
 
Não colocar curvas antes e depois da 
válvula redutora de pressão 
 
 
 
 
Não colocar a válvula redutora na 
parte da tubulação que possa ficar cheia 
de condensado. Se necessário, usar 
purgadores 
 
 
 
 
 
 
 118 
7. Calibração, Ajuste e 
Manutenção 
 
 
 
1. Calibração e Ajuste 
1.1. Ajuste de Bancada 
O ajuste de bancada (bench set) deve 
ser a primeira tarefa a ser feita para se 
preparar a válvula para operar. Bench set é 
o termo usado para descrever o ajuste de 
um atuador com mola que determina a 
quantidade de força de restauração que a 
mola fornece quando o atuador estiver 
acoplado à válvula. É expresso como uma 
faixa de pressão para o curso nominal da 
válvula e é calculado com base nas cargas 
de serviço internas à válvula que devem ser 
superadas para que a válvula seja acionada 
adequadamente. 
Embora seja calculada com base nas 
cargas de serviço, o bench set não deve ser 
ajustado ou verificado com qualquer tipo de 
fricção ou carga. 
Um roteiro recomendado é o seguinte: 
1. Consultar a Folha de Especificação 
ou a Plaqueta de Identificação da 
válvula para determinar o valor do 
bench set. Observar que para que o 
bench set seja especificado para um 
atuador, é necessária a existência de 
uma mola, desde que ele determina o 
ajuste da mola. 
2. Certificar que 
a) o atuador esteja desacoplado ou 
que não haja vazão ou pressão 
no corpo da válvula. 
b) o engaxetamento esteja 
totalmente folgado, para que não 
haja atrito. 
3. Ligar uma fonte de pressão regulável 
com um manômetro com precisão de 
±.0,5% do fundo de escala à entrada 
de pressão do atuador. O 
posicionador , se existir, deve ser 
colocado em by pass. 
4. Variar a fonte de pressão para 
acionar o atuador, até que ele atinja 
o batente superior, aumentando ou 
diminuindo a pressão, de acordo com 
o tipo do atuador, ar-para-abrir (falta 
de ar fecha) ou ar-para-fechar (falta 
de ar abre). Se a válvula estiver 
abrindo, pode ser necessário apertá-
la para alcançar o batente superior, 
localizando o dispositivo de ajuste do 
bench set no atuador e acionando-o 
até o diafragma encostar no batente 
superior. 
5. Considerando um atuador do tipo ar- 
para-fechar, quando o diafragma 
estiver encostado no batente 
superior , pode-se verificara tensão 
da mola ou bench set, aumentando a 
pressão do ar até o ponto em que o 
atuador comece a se deslocar 
(anotar este primeiro valor de 
pressão) e aumentando a pressão 
até o atuador percorrer o curso 
nominal da válvula (anotar este 
segundo valor de pressão). Estes 
dois valores de pressão definem o 
bench set para o atuador. 
Para o atuador do tipo ar para abrir, a 
pressão deve ser reduzida até que o 
atuador comece a se afastar do batente 
superior (primeiro valor) e continuando a 
redução da pressão até o atuador 
percorrer toda a extensão nominal da 
válvula (segundo valor). Se a diferença 
entre os dois valores de pressão 
medidos estiver dentro da precisão de 
±10% o resultado é considerado 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 119 
satisfatório; se a diferença estiver fora 
deste limite, a mola deve ser substituída. 
Se houver necessidade de ajuste, 
acionar o dispositivo de ajuste do bench 
set até que os valores de pressão 
alcancem uma faixa aceitável dentro da 
tolerância requerida. 
 
 
 
Fig. 7.1. Ajuste de bench set 
 
1.2. Ajuste do Curso da Válvula 
Para uma válvula com haste deslizante, o 
curso é definido como a distância percorrida 
pela haste, entre a sede da válvula e o 
batente do atuador. O curso é também 
chamado de stroke, travel ou excursão. 
Pode se usar o seguinte procedimento 
para ajustar corretamente o curso da 
válvula, garantindo o mesmo valor de ajuste 
do bench set. 
1. Consultar a Folha de Especificação 
ou a Plaqueta de Identificação da 
válvula para obter o valor do curso 
da válvula. 
2. Conectar o suprimento de ar à 
entrada do atuador sem o 
acoplamento da haste. 
3. Usar um adaptador para ligar 
provisoriamente as hastes do atuador 
e da válvula. Ajustar o suprimento de 
ar para aproximar o obturador da 
base da sede, encostando um ao 
outro. Este procedimento considera 
que o obturador permanece 
encostado na sede. 
4. Garantir que o curso da válvula seja, 
pelo menos, 10% superior ao valor 
nominal, possibilitando que a válvula 
seja ajustada de modo que o curso 
seja limitado pela sede e pelo 
batente do atuador. Se o curso do 
atuador não for maior que o curso 
nominal, o curso fica limitado pelo 
atuador nas duas extremidades e o 
obturador pode não encostar na 
sede. Se o curso do obturador for 
muito curto, verificar se ele não está 
sendo limitado por um batente 
ajustável ou volante manual. Caso 
não seja nenhum destes motivos, o 
atuador deve ser substituído ou 
desmontado para se corrigir o curso. 
A única opção além dessas 
mencionadas é reduzir o curso 
nominal da válvula. 
5. Com o atuador encostado no batente 
superior, ajustar a pressão para 
provocar um deslocamento 
equivalente ao curso nominal. Ligar a 
haste do atuador à haste da válvula. 
6. Depois da ligação, acionar a válvula 
diversas vezes, comparando os 
valores de deslocamento de curso 
com o curso nominal. A diferença não 
pode ser maior que 1/16 de 
polegada. Se for necessário fazer 
ajustes, afastar o obturador da sede, 
folgar o conector das hastes e ajustar 
a haste da válvula para se obter um 
curso maior ou menor, conforme o 
caso. Nunca ajustar a haste da 
válvula com o obturador encostado 
na sede, pois poderá haver danos na 
sede e prejuízo na vedação da 
válvula. 
7. Em válvulas que utilizem conexão do 
tipo castanha bi-partida, a haste da 
válvula deve ser girada para dentro 
da haste do atuador ao máximo e em 
seguida, a válvula deve ser acionada 
em direção à sede. Neste primeiro 
acionamento, o curso é limitado pelo 
batente inferior do atuador. Depois, a 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 120 
válvula deve ser acionada para a 
posição aberta e a sua haste deve 
ser girada para fora do atuador em 
meia rotação. Acionar mais uma vez 
e anotar a posição da haste. Este 
procedimento deve ser repetido até 
que o curso da válvula tenha 
provocado o contato entre o 
obturador e a sede e que seja igual 
ao curso nominal. O grampo de 
acoplamento deve ser apertado para 
evitar a rotação da haste. 
8. Ajustar adequadamente o indicador 
de curso. 
1.3. Calibração do Posicionador 
Pode-se usar o seguinte procedimento 
para calibrar o posicionador opcional da 
válvula de controle: 
1. Consultar a Folha de Especificação 
para verificar o sinal de entrada, o 
curso, a ação da válvula (ar-para-
abrir ou ar-para-fechar) da válvula e 
alguma opção extra (caracterização 
especial). 
2. Ligar uma fonte calibrada de sinal 
pneumático à entrada do 
posicionador. 
3. Verificar se a haste de realimentação 
da posição da válvula está 
corretamente colocada e fixada, 
considerando-se o curso nominal da 
válvula. Uma falha comum é colocar 
a haste no orifício da braçadeira de 
realimentação, provocando falta ou 
excesso de realimentação fornecida 
pelo mecanismo do posicionador. 
Excesso de realimentação pode 
causar danos nas partes internas do 
posicionador. 
4. Instalar um manômetro calibrado na 
saída do posicionador, com precisão 
de ±0,5% do fundo de escala, 
quando o posicionador não tiver 
manômetro ou quando o manômetro 
existente não tiver a confiabilidade 
requerida. 
5. Para o posicionador de ação ar-para-
fechar, reduzir o sinal de entrada até 
atingir o limite inferior da faixa. A 
saída do posicionador deve indicar O 
kPa (O psi) e a válvula deve assumir 
a posição correspondente a O kPa 
(O psi): totalmente aberta ou 
totalmente fechada. Se a saída do 
posicionador não indicar O kPa (O 
psi), ajustar o zero do posicionador 
até obter este valor. 
6. Aumentar o sinal de entrada até 
atingir o limite superior da faixa. A 
saída do posicionador deve indicar 1 
00 kPa (1 5 psi), quando o 
suprimento for de 120 a 140 kPa (20 
a 22 psi) e a válvula deve indicar o 
curso total. Se o sinal de saída não 
indicar a pressão mencionada, 
ajustar o span do posicionador até 
conseguir este valor. Se o ajuste 
não for possível, o posicionador está 
operando incorretamente e requer 
manutenção. 
7. Repetir os itens 5 e 6 até que o 
resultado obtido seja 
a) 0 kPa (0 psi) na entrada provoca o 
deslocamento da válvula para uma 
das extremidades do curso 
b) 100 kPa (15 psi) provoca o 
acionamento do curso total da 
válvula na direção oposta. 
A repetição deste procedimento é 
necessária por causa da interação 
dos ajustes de zero e de span do 
posicionador. 
8. Observar que existem muitos fatores 
que podem afetar o curso da válvula 
e que não estão relacionados com o 
desempenho do posicionador e por 
isso o posicionador pode estar em 
perfeita condição e o curso da 
válvula pode parecer irregular. Se o 
sinal de saída estiver variando de 
uma pressão de 100 kPa para O kPa, 
o posicionador está funcionando 
corretamente e a falha está em outro 
componente: 
a) bench set está errado, 
b) suprimento de ar está 
insuficiente 
c) ajuste do curso está incorreto. 
 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 121 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 7.2. Ajuste do posicionador (Fisher Rosemount) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 7.3. Componentes do atuador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 7.4. Plaqueta de identificação da válvula com dados essenciais 
 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 122 
1.4. Montagem e Desmontagem 
1. Consultar as informações relacionadas 
com as Normas de Segurança 
referentes à manipulação do fluido 
manipulado pela válvula, incluindo a 
descontaminação, se necessária. Antes 
de iniciar a desmontagem, ter à mão o 
Manual de Instruções e a Lista de Peças 
Sobressalentes, verificando a 
disponibilidade das peças 
sobressalentes recomendadas. 
2. Montar a válvula em uma banda com 
suporte adequado. 
3. Fazer uma inspeção visual detalhada da 
válvula, anotando as irregularidadesencontradas. 
4. Se possível, fazer um teste para verificar 
o estado inicial da válvula. Estas 
informações são úteis para documentar 
as falhas relacionadas com a operação 
da válvula. 
5. Colocar marcas no atuador, castelo e 
corpo para que uma seja gravada a 
orientação da desmontagem. As vezes, 
estas marcas podem identificar fontes 
de problemas ocorridos na 
desmontagem. 
6. Pressurizar o atuador e acessórios, 
usando sabão líquido para localizar 
vazamentos de ar. 
7. Verificar o aperto das porcas dos 
parafusos de engaxetamento. 
8. Retirar a tensão da mola do atuador e 
desligar a haste da válvula da haste do 
atuador. Deve-se tomar cuidado para 
não girar a haste da válvula enquanto 
houver contato entre o obturador e a 
haste, pois isso pode provocar danos na 
superfície de assentamento da sede. 
9. Desligar o atuador do castelo. 
10. Folgar os parafusos do castelo, 
deixando alguns parafusos com porcas 
para evitar o deslocamento brusco do 
castelo, devido a pressões internas. 
Remover o castelo. Retirar as gaxetas e 
componentes do engaxetamento do 
castelo. 
11. Manter os internos nos devidos lugares 
e anotar a seqüência de montagem , 
inspecionar e verificar se há marcas 
anormais ou danos no conjunto. 
Examinar cuidadosamente as 
superfícies das juntas. 
12. Retirar o conjunto haste-obturador, 
verificando se há marcas anormais ou 
danos. 
13. Retirar a gaiola e a sede, seguindo as 
recomendações do Manual de Instrução. 
Se a sede tiver roscas, aplicar o torque 
correto para folgar os componentes. Se 
a sede escapulir ou se um dos 
componentes se quebrar, há sérios 
riscos de acidente com lesões. 
14. Inspecionar a parte interna do corpo, 
procurando sinais de vazamento, erosão 
ou corrosão. 
15. Limpar e jatear o corpo, inspecionando-
o novamente. Executar os reparos 
necessários. Deixar os estojos de 
parafusos em banho com fluido 
anticorrosivo. 
16. Não desmontar as peças feitas de 
elastômeros, desde que eles não 
apresentam falhas na inspeção 
preliminar (itens 4 e 6) e se elas não 
estiverem na programação de 
substituição. 
17. Substituir as peças de elastômeros e os 
rolamentos do atuador, quando 
submetido a um serviço padrão, a cada 
quatro anos. Esta substituição evita 
vazamento e aumento de resposta da 
válvula, causados pelo aumento da 
rigidez dos materiais. 
18. Para remontar a válvula, inserir o anel 
da sede dentro do corpo. As faces de 
assentamento da sede e do obturador 
devem ser submetidas a um passe de 
torno para a eliminação de ranhuras ou 
arranhões. As sedes devem ser 
lapidadas quando a classe de vedação 
da válvula for IV ou superior. 
19. Remontar o conjunto do corpo, usando 
juntas novas e apertando os parafusos 
do castelo com os torques 
recomendados. Reinstalar o 
engaxetamento de acordo com o Manual 
de Instrução. 
20. Reinstalar e ajustar o atuador no 
castelo. 
21. Ajustar o curso e ligar a haste do 
atuador ao corpo. Apertar as gaxetas. 
22. Recalibrar os acessórios. 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 123 
2. Manutenção 
2.1. Conceitos gerais 
O desempenho da válvula de controle é 
chave para o desempenho da planta inteira. 
Aceitando-se este fato, é justificável um 
grande investimento na manutenção de 
válvula de controle, supondo que ela tenha 
sido corretamente escolhida, dimensionada 
e operada. 
Os procedimentos de manutenção de 
válvula de controle têm mudado muito 
pouco nos últimos 30 a 40 anos e as horas 
dedicadas à manutenção tem diminuído, 
principalmente nos últimos 15 anos, quando 
o número de instrumentistas diminuiu. Há 
vários motivos para esta dicotomia: 
1. As válvulas são muito robustas, ou 
seja, elas continuam funcionando, 
mesmo em condições hostis e 
pobres. A válvula ainda funciona e 
por isso pode-se deixá-la sozinha e 
concentrar os esforços em outras 
áreas com problemas. Como 
resultado, as válvulas funcionam com 
um desempenho aquém do desejado 
mas ainda considerado bom. 
2. Não há uma condição padrão de 
referência para comparar facilmente 
o desempenho da válvula com ele. 
Mesmo que a válvula não esteja 
operando em seu nível ótimo, não há 
meio de o usuário final saber disto e 
ele acha que não precisa tomar 
nenhuma ação corretiva. Como não 
há um padrão de referência de 
desempenho, o usuário final não 
sabe que a válvula tem problema até 
que haja uma falha completa dela. 
Isto leva a mais manutenção 
corretiva. 
3. Há uma estrutura organizacional em 
muitas plantas para manter as 
válvulas com um enfoque pro-ativo. 
4. Como conclusão, em uma planta 
média de processo, se convive 
normalmente com válvulas com 
problemas que atrapalham o controle 
da planta global e seu desempenho. 
Estatísticas mostram que em 
auditorias de válvulas de controle, a 
maioria das válvulas apresenta 
diferentes problemas, mesmo quando 
eram consideradas razoavelmente 
boas (não estavam programadas 
para manutenção). Os problemas 
detectados variam de curso incorreto 
até desempenho do transdutor i/p. 
2.2. Procedimento típico de 
manutenção 
5. Consultar as informações 
relacionadas com as normas de 
segurança referentes à manipulação 
do fluido do processo 
(descontaminação). 
6. Usar o Manual de Instrução e a Lista 
de Pecas de Reposição do 
fabricante. Verificar a disponibilidade 
de peças em estoque. 
7. Obter a Permissão de Trabalho. 
8. Retirar a válvula do local de 
montagem. Proteger as conexões 
com a tubulação e os tubos 
existentes (sinal, suprimento de ar). 
Identificar os parafusos e porcas. 
9. Transportar a válvula para a bancada 
ou para a área de descontaminação. 
10. Efetuar uma inspeção visual 
detalhada. 
11. Testar a válvula, anotando a 
condição de como foi achada. 
12. Marcador o atuador, castelo e corpo 
para orientação de montagem. 
Identificar os acessórios existentes. 
13. Desconectar as hastes do atuador e 
do corpo. Separar o atuador do 
corpo. 
14. Remover o castelo (*). 
15. Manter os internos nos devidos 
lugares e anotar a seqüência de 
desmontagem. Inspecionar e verificar 
se há arranhões ou danos. Examinar 
as juntas (gaxetas). 
16. Retirar e inspecionar os internos. 
17. Inspecionar a parte interna do corpo 
(*). 
18. Enviar o corpo, castelo e atuador 
para jateamento e pintura. 
19. Substituir as peças de elastômeros e 
os rolamentos do atuador (duração 
típica: quatro anos). 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 124 
20. Inspecionar cuidadosamente as faces 
de assentamento da sede e do 
obturador. Lapidar, quando a classe 
de vedação for igual ou superior a IV. 
21. Remontar o conjunto do corpo, 
usando juntas novas e torquímetro. 
Observar as marcas de orientação. 
Reinstalar o engaxetamento, tendo 
cuidado no torque (*). 
22. Reinstalar e ajustar o atuador no 
castelo. Efetuar o bench set. 
23. Ajustar o curso e conectar as hastes. 
Apertar o engaxetamento. 
24. Testar a estanqueidade, exceto se 
Classe I. 
25. Montar e recalibrar o posicionador e 
acessórios. 
26. Preencher o Relatório de 
Manutenção. 
27. Tamponar as conexões ao processo, 
identificar a válvula e condiciona-la 
para o transporte. 
28. Reinstalar a válvula no local. 
29. Conectar os tubos de ar, após 
drenagem. 
30. Fazer testes entre campo e painel. 
31. Acompanhar a partida e fazer os 
últimos reapertos. 
3. Pesquisa de Defeitos 
(Troubleshooting) 
3.1. Erosão do corpo e dos internos 
Causas 
1. Velocidade excessiva do fluido no 
interior da válvula 
2. Sólidos em suspensão no fluido 
3. Cavitação e flacheamento, quando a 
pressão do fluido cai abaixo da sua 
pressão de vapor 
Soluções 
1. Aumentar o diâmetro da válvula e dos 
internos para diminuir a velocidade do 
fluido no seu interior. 
2. Substituir os internos, usando materiaismais duros (e.g., aço inoxidável 416 no 
lugar do 316) e substituir o material do 
corpo para C5. 
3. Usar internos especiais da válvula para 
evitar cavitação e flacheamento. 
3.2. Vazamento entre sede e 
obturador 
Causas 
1. Compressão insuficiente, devida ao mau 
ajuste do bench set, calibração e atrito. 
2. Irregularidades nas superfícies de 
assentamento. 
Soluções 
1. Corrigir os ajustes do bench set da 
válvula 
2. Lapidar as superfícies de assentamento. 
3.3. Vazamento entre anel da sede e 
o corpo 
Causas 
1. Baixa compressão, devida ao torque 
inadequado e juntas inadequadas. 
2. Superfície irregular devida a limpeza 
insuficiente e mau acabamento. 
3. Porosidade no corpo. 
Soluções 
1. Corrigir o aperto dos parafusos e juntas 
2. Limpar a superfície de assentamento 
das juntas 
3. Desbastar, soldar e tornear para 
eliminar a porosidade. 
3.4. Vazamento na caixa de gaxetas 
Causas 
1. Limpeza e acabamento da haste 
2. Haste empenada 
3. Compressão insuficiente 
4. Gaxetas erradas ou montagem errada 
5. Excesso de altura na pulha de gaxetas 
(grafite) 
6. Corrosão (grafite) 
7. Guias danificados 
Soluções 
1. Limpar e polir a haste para acabamento 
ótimo 
2. Alinhar a haste (0,002 polegadas em 
relação ao curso) 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 125 
3. Reapertar os parafusos 
4. Verificar o tipo das gaxetas e seu 
arranjo. Reengaxetar, se necessário 
5. Instalar espaçadores para diminuir a 
altura das gaxetas 
6. Inspecionar e substituir partes 
danificadas, como flanges, porcas e 
guias 
7. Remover os anéis de grafite, se a 
válvula permanecer inativa por mais de 
duas semanas. 
8. Modificar o sistema de engaxetamento, 
usando um de alto desempenho. 
3.5. Desgaste da haste 
Causas 
1. Oscilação constante devida a 
instabilidade da malha de controle 
2. Desalinhamento ou empenamento 
3. Acabamento da superfície fora da 
especificação 
4. Material incorreto 
Soluções 
1. Sintonizar o controlador da malha 
2. Corrigir o alinhamento da haste 
3. Polir a superfície 
4. Rever o material selecionado 
3.6. Vazamento entre castelo e corpo 
Causas 
1. Compressão insuficiente dos parafusos 
do castelo 
2. Acabamento da superfície 
3. Vazamento pelos estojos 
Soluções 
1. Reapertar os parafusos 
2. Limpar as superfícies das juntas 
3. Verificar a porosidade ao redor dos 
orifícios dos parafusos. Desbastar, 
soldar, tornear, se necessário 
3.7. Haste quebrada ou conexão da 
haste quebrada 
Causas 
1. Torque incorreto 
2. Pino fixado incorretamente 
3. Vibração ou instabilidade 
Solução 
1. Usar obturador e haste como peça única 
2. Revisar a aplicação do tipo dos internos 
3. Reduzir as folgas entre gaiola e 
obturador 
4. Modificar para obturador ou conexão 
soldada 
3.8. Vazamento excessivo através do 
selo do pistão 
Causas 
1. Superfície interna da gaiola irregular ou 
com diâmetro excessivo 
2. Instalação inadequada do anel de grafite 
3. Temperatura além do normal 
4. Desgaste do anel devido à oscilação 
Soluções 
1. Polir a superfície interna da gaiola, 
verificando o diâmetro 
2. Substituir o anel de selagem. Para 
alguns anéis de selagem (e.g., grafite) é 
normal um alto vazamento. 
3. Modificar o corpo para um modelo 
adequado para alta temperatura 
4. Substituir o anel de vedação. Corrigir a 
estabilidade da malha, se esta for a 
causa da oscilação. 
3.9. Válvula não responde ao sinal 
Causas 
1. Suprimento de ar inexistente ou 
insuficiente 
2. Vazamento no atuador 
3. Solenóide fechada na entrada da linha 
de ar 
4. Inexistência do sinal do controlador 
5. Linhas de ar rompidas ou entupidas 
6. Vazamento nas conexões 
7. Válvula montada invertida, causando 
excesso de carga no obturador 
8. Ligações incorretas nas linhas de ar 
9. Posicionador ou transdutor i/p com 
defeito 
10. Engaxetamento excessivamente 
apertado 
11. Obturador preso na sede 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 126 
Soluções 
1. Verificar o sistema de acordo com o 
P&I. Certificar que todas as válvulas de 
suprimento de ar estejam abertas. 
2. Verificar se a pressão do suprimento de 
ar está correta 
3. Testar a válvula solenóide; substituí-la, 
se defeituosa 
4. A ausência do sinal do controlador 
eletrônico pode ser ruptura do fusível; 
substituí-lo 
5. Inspecionar as linhas de ar para a 
verificação de quebras e obstruções. 
Consertar ou substituir. 
6. Inspecionar as conexões para 
vazamento. Consertar ou substituir. 
7. Verificar a posição da seta que indica o 
sentido da vazão no interior da válvula; 
inverter o sentido, se estiver errado 
8. Verificar a montagem do 
engaxetamento; consertar, se preciso 
9. Verificar o posicionador e o transdutor 
i/p, certificando que o sinal de saída 
pode ser modificado manualmente. Se 
conjunto estiver com defeito, reparar ou 
substituir 
10. Soltar o engaxetamento, lubrificar, 
acionar diversas vezes e reapertar 
11. Separar o obturador da sede. Colocar 
no torno, se necessário. 
3.10. Válvula não atende o curso 
total 
Causas 
1. Pressão de ar insuficiente 
2. Vazamento no atuador e acessórios 
3. Calibração incorreta do posicionador ou 
do transdutor i/p 
4. Ajuste incorreto do curso 
5. Bench set incorreto 
6. Haste empenada 
7. Internos danificados 
8. Internos obstruídos 
9. Sentido incorreto da vazão 
10. Atuador subdimensionado 
11. Atrito excessivo no engaxetamento 
12. Posição incorreta do batente 
Soluções 
1. Verificar o suprimento correto do ar 
2. Corrigir todos os vazamentos 
3. Corrigir a calibração do posicionador ou 
do transdutor i/p 
4. Corrigir o ajuste do curso 
5. Corrigir o bench set 
6. Substituir a haste 
7. Substituir os Internos 
8. Desobstruir os Internos 
9. Inverter o sentido da vazão 
10. Substituir o atuador 
11. Soltar, lubrificar, acionar várias vezes e 
reapertar o engaxetamento 
12. Reajustar o batente 
3.11. Curso da válvula lento e 
atrasado 
Causas 
1. Atrito excessivo do engaxetamento 
2. Haste empenada 
3. Pressão de suprimento inadequada 
4. Volume de suprimento insuficiente 
5. Acessórios subdimensionados 
6. Resposta inadequada do posicionador 
Soluções 
1. Reajustar ou substituir o engaxetamento 
2. Substituir haste 
3. Aumentar a pressão de suprimento 
4. Aumentar o diâmetro ou capacidade da 
linha de suprimento 
5. Substituir acessórios 
6. Reparar ou substituir o posicionador 
 
 
 
 
 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 127 
 
Fig. 7.5. Corte de uma válvula de controle, tipo globo e sede simples 
 
 
 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 128 
 
 
Fig. 7.6. Corte de uma válvula de controle, tipo globo, sede dupla 
 
Calibração, Ajuste e Manutenção 
 129 
 
 
Fig. 7.7. Vista explodida de uma válvula de controle 
 
 
 
 
 130 
8. Tipos de Válvulas 
 
 
 
 
 
Objetivos de Ensino 
1. Descrever os principais parâmetros de 
seleção da válvula de controle mais 
adequada. 
2. Listar os principais tipos de válvulas 
usadas na indústria. 
3. Mostrar a descrição, vantagens, 
desvantagens, aplicações e restrições 
das válvulas de controle tipo gaveta, 
esfera, borboleta, globo, diafragma, 
macho (plug). 
4. Conceituar válvula auto-regulada, com 
suas vantagens, desvantagens e 
aplicações típicas. 
1. Parâmetros de Seleção 
Tão importante quanto a escolha do 
elemento sensor e do controlador do 
processo, é a seleção da válvula de 
controle. 
Os fatores que orientem e determinam a 
escolha da melhor válvula se referem 
principalmente à aplicação e à construção. 
Os parâmetros ligados à aplicação são: 
fluido do processo, função da válvula, 
condições do processo, vedação da vazão, 
queda depressão. Os fatores relacionados 
com a construção incluem o atuador, 
elemento de controle, conexões, materiais, 
engaxetamento, sede, internos . 
O primeiro passo na seleção da válvula é 
o de determinar exatamente o que é 
esperado da válvula, ou seja, qual a função 
a ser desempenhada pela válvula depois 
dela ter sido instalada. Esta avaliação 
correta da função estreita os tipos de 
válvulas convenientes para a aplicação. Em 
muitas aplicações, há vários tipos de 
válvulas que funcionarão igualmente bem e 
a escolha pode ser baseada somente em 
fatores como custo e disponibilidade. Para 
outras aplicações, pode ser que a melhor 
escolhe é uma válvula não disponível 
industrialmente; a solução é mandar 
construir uma válvula especial ou usar a 
disponível que apresente mais vantagens, 
embora não seja a ideal. 
1.1. Aplicação da Válvula 
As válvulas podem ser classificadas 
conforme sua aplicação, como: 
1. bloqueio (stop): fecham 
completamente a vazão, em qualquer 
sentido. Exemplos: gaveta e macho. 
2. controle: controlam continuamente ou 
liga-desliga a vazão em qualquer 
direção. Exemplos: globo, esfera, 
agulha, borboleta, diafragma. 
3. retenção (check): permitem a vazão 
em um só sentido. Exemplos: 
retenção de portinhola, esfera e por 
levantamento. 
4. redutoras ou reguladoras de pressão: 
controlam a pressão a jusante 
(depois da válvula). 
5. alívio, segurança e contrapressão: 
controlam a pressão a montante 
(antes da válvula). 
Tipos de Válvulas 
131 
1.2. Função da Válvula 
Para o controle proporcional e contínuo 
do processo, variando o valor da abertura, a 
válvula mais padrão é a globo, que é a mais 
estável e previsível das válvulas. 
Para o controle liga-desliga, as melhoras 
escolhas são as válvulas globo, esfera, 
gaveta e com plug. As válvulas esfera e de 
plug normalmente executam abertura mais 
rápida que as válvulas gaveta e globo. 
Para o controle da direção da vazão do 
fluido, usa-se a válvula de retenção, que 
bloqueia a vazão em uma direção e permite 
a passagem normalmente na outra direção 
ou a válvula de restrição que permite a 
passagem de uma determinada vazão, em 
uma ou mais direções especificadas. As 
válvulas com portinhola (swing) são as 
preferidas. 
Para a resposta rápida para a abertura 
para sobrepressão e grande vazão para a 
exaustão, deve-se usar as válvulas de alívio 
e de segurança. A válvula padrão é a 
poppet, acionada por mola. 
1.3. Fluido do Processo 
O fluido do processo passa dentro do 
corpo da válvula. As propriedades do fluido 
manipulado devem ser conhecidas. Estas 
propriedades incluem: densidade, 
viscosidade, corrosividade e abrasividade. 
Fluido é um termo genérico que pode 
significar gás, vapor, líquido puro ou líquido 
com sujeira (slurry). É importante analisar o 
sistema para ver se mais de um fluido passa 
através da válvula. 
Quando se manipulam fluidos que podem 
causar deposição de contaminantes, deve-
se usar válvula com o mínimo de obstrução 
à vazão, como esfera, gaveta, globo ou 
diafragma. 
As válvulas esfera e globo são as 
recomendadas para a manipulação de 
vapor a alta pressão. 
1.4. Perdas de Carga 
Os vários tipos de válvulas exibem 
quedas de pressão diferentes, quando 
totalmente abertas e por isso este fator 
deve ser considerado na seleção. 
As válvulas podem ser classificadas 
conforme a resistência que elas oferecem à 
vazão, 
1. algumas exibem uma vazão direta, em 
linha reta, tais como gaveta, esfera, plug 
e borboleta, com baixa resistência e 
provocando pequena perda de carga, 
2. outras exibem uma vazão com mudança 
brusca, tais como globo, ângulo, com 
alta resistência e provocando grande 
perda de carga.. 
Um sistema típico que requer uma perda 
de pressão limitada e a tubulação de 
sucção de uma bomba. No projeto de tal 
sistema, deve se considerar a altura total da 
sucção, que deve incluir: perdas internas da 
bomba, levantamento estático de sucção, 
perdas de atrito, pressão de vapor e 
condições atmosféricas. É necessário 
diferenciar entre a altura necessária e a 
disponível. A altura requerida se refere as 
perdas internas da bomba e é determinada 
por teste de laboratório. A altura disponível 
é uma característica do sistema de sucção e 
pode ser calculada. A altura disponível 
sempre deve exceder a altura requerida 
pela bomba. 
1.5. Condições de Operação 
As pressões e temperaturas, máximas e 
mínimas, devem ser conhecidas. A 
resistência à corrosão do material de 
construção da válvula pode ser influenciada 
por estes fatores, principalmente quando se 
tem corpos e revestimentos de plástico. 
O controle de vazão em alta pressão 
geralmente requer o uso de válvula esfera 
ou globo, eventualmente válvula gaveta. 
Em aplicações de alta temperatura, 
deve-se cuidar para que a expansão termal 
não cause deformação nas partes molhadas 
da válvula. 
1.6. Vedação 
Todos os tipos de válvulas podem prover 
vedação total, quando totalmente fechadas, 
porém, muitas vezes, com alto custo e 
complexidade de construção. Assim, existem 
alguns tipos que fornecem vedação de 
modo natural e mais simples, como as 
válvulas esfera, gaveta, globo e de plug. A 
pior válvula para vedação é a borboleta. 
Tipos de Válvulas 
132 
Geralmente a válvula de controle não é 
aplicada para prover vedação completa, 
mas para trabalhar com aberturas típicas e 
variáveis entre 25% e 85%, dependendo de 
sua característica de vazão. Quando se 
quer vedação total, quando não há controle, 
é boa prática usar uma válvula de bloqueio 
(stop) em série com a válvula de controle. 
1.7. Materiais de Construção 
O material de construção da válvula está 
relacionado diretamente com as 
propriedades de corrosividade e 
abrasividade do fluido que irá passar pela 
válvula. A escolha da válvula pode ficar 
limitada pela disponibilidade das válvulas 
em materiais específicos. 
As vezes, por questão econômica, deve 
se considerar separadamente o material do 
corpo e dos internos (plug, haste, anel, 
disco .) da válvula. Para certos tipos de 
válvulas revestidas, como a diafragma, 
Saunders, o material do revestimento 
normalmente é diferente do diafragma 
elástico. 
A combinação da pressão, da 
temperatura de operação e das 
características do fluido determinam os 
materiais de construção permissíveis. Os 
líquidos e gases corrosivos normalmente 
requerem aços inoxidáveis, ligas de níquel, 
materiais cerâmicos e plásticos especiais. 
Para serviço em alta pressão e/ou alta 
temperatura, deve-se considerar os vários 
tipos de aços, ligas de níquel, ligas de 
titânio e outros materiais de alta resistência. 
Para serviço em vapor d'água, considerar o 
aço carbono, bronze e metais similares. Em 
todos os casos de condições severas de 
uso, deve-se consultar a literatura dos 
fabricantes para determinar a conveniência 
de uma determinada válvula. 
1.8. Elemento de Controle da Vazão 
O tipo do elemento de controle ou de 
fechamento desejado ou necessário irá 
determinar o tipo da válvula a ser usada. 
Inversamente, a escolha do tipo da válvula 
irá determinar o tipo do elemento de 
fechamento. Os elementos mais comuns 
são a esfera, disco, cunha, plug e agulha. 
As peças da válvula que ficam em 
contato direto com o fluido do processo são 
chamadas de partes molhadas. Os formatos 
e variedades destas partes dependem do 
tipo da válvula; os mais comuns são a 
haste, plug, gaiola, sede ou assento . Em 
muitas válvulas, usa-se selos em torno da 
haste, para prover vedação para o exterior 
da válvula. Estes selos estão sujeitos a 
desgaste e por isso devem ser substituídos 
periodicamente. 
Há muitos estilos de sedes de válvula, 
com diferenças de geometria, material, 
rigidez . Os formatos determinam a 
característica da válvula (curva vazão xabertura da válvula) e sua capacidade de 
vedação, quando totalmente fechada. 
Efetivamente, há apenas quatro métodos 
básicos de controlar a vazão em uma 
tubulação, através de uma válvula: 
1. mover um disco ou um obturador (plug) 
em ou contra um orifício, como feito na 
válvula globo, ângulo, Y e agulha. 
2. deslizar uma superfície plana, cilíndrica 
ou esférica através de um orifício, como 
feito na válvula gate, plug, esfera e de 
pistão. 
3. rodar um disco ou elipse em torno de um 
eixo, através do diâmetro de uma caixa 
circular, como feito na válvula borboleta 
e no damper. 
4. mover um material flexível na passagem 
da vazão, como feito na válvula 
diafragma e pinch. 
Todas as válvulas atualmente 
disponíveis controlam a vazão por um ou 
mais de um dos métodos acima. Muitos 
refinamentos foram feitos e melhorias 
incorporadas nos projetos com as novas 
tecnologias e novos materiais. Cada tipo de 
válvula tem seu lugar na indústria. Cada tipo 
de válvula foi projetado para funções 
específicas e quando usada para 
Tipos de Válvulas 
133 
desempenhar estas funções, a válvula irá 
operar corretamente e ter uma longa vida. 
O movimento do elemento de controle da 
vazão é conseguido por meio de uma haste 
que é fixada ao elemento de controle e gira, 
move ou combina estes dois movimentos, 
de modo a estabelecer a sua posição. As 
exceções são as válvulas de retenção 
(check) e algumas válvulas de segurança e 
auto-reguladas, que são operadas pelas 
forças do fluido dentro da zona de pressão. 
Com o risco de simplificar demais, pode-
se resumir a escolha da válvula assim: 
1. para serviços pouco exigentes, com 
custo pequeno, deve-se usar válvula 
gaveta para pequenos tubos e 
válvula borboleta para grandes 
diâmetros. 
2. para aplicações mais gerais, 
considerando os aspectos 
econômicos e técnicos, deve-se usar 
a válvula gaveta para pequenos 
diâmetros, a válvula globo para 
capacidades intermediárias e a 
válvula borboleta de alto 
desempenho para os maiores 
diâmetros. 
2. Tipos de Válvulas 
Há muitos tipos de válvulas de controle 
no mercado, pois as necessidades do 
processo também são numerosas. Quase 
todo mês aparece um válvula de controle 
nova e melhorada, tornando difícil a sua 
classificação. 
O número de válvulas usadas para o 
controle de fluidos é elevado, com válvulas 
variando de simples dispositivos de liga-
desliga até sistemas de servomecanismo 
complexos. Seus tamanhos variam de 
pequeníssimas válvulas medidoras usadas 
em aplicações aeroespaciais até válvulas 
industriais com diâmetros de vários metros e 
pesando centenas de quilos. As válvulas 
controlam a vazão de todos tipos de fluidos, 
variando de ar e água até produtos 
químicos corrosivos, sujos, metais líquidos e 
materiais radioativos. Elas podem operar em 
pressões na região do vácuo até pressões 
de 330 MPa (100 000 psig) e temperaturas 
variando da faixa criogênica (-200 oC) até 
as faixas de metais derretidos (2000 oC). 
Elas podem ter tempo de vida variando de 
apenas um ciclo até milhares de ciclos, sem 
a necessidade de reparo ou substituição. As 
válvulas podem ter exigência de vedação 
total, onde pequenos vazamentos podem 
ser catastróficos ou elas podem ser 
complacentes, permitindo a passagem de 
quantidades razoáveis de fluido quando 
totalmente fechadas, sem que isso seja 
grave. As válvulas podem ser operadas por 
uma variedade de modos: manual, 
pneumático, elétrico . Elas podem 
responder de um modo previsível a sinais 
provenientes de sensores de pressão, 
temperatura e outras variáveis do processo 
ou podem simplesmente abrir e fechar 
independentemente da potência do sinal de 
atuação. 
Aproximadamente todas as válvulas em 
uso hoje podem ser consideradas como 
modificações de alguns poucos tipos 
básicos. As válvulas podem ser 
classificadas de diferentes modos, tais 
como 
1. tamanho, 
2. função, 
3. material, 
4. tipo do fluido manipulado, 
5. classe de pressão, 
6. modo de atuação . 
Há válvulas com princípios de 
funcionamento já do domínio público, outras 
que ainda estão patenteadas e são 
propriedades e fabricadas por uma única 
firma. Um modo conveniente de classificar 
as válvulas é de acordo com a natureza do 
meio de operação empregado. Este modo é 
esquemático e simples, pois todas as 
válvulas caem em uma das oito categorias: 
1. Gaveta 
2. Globo 
3. Esfera 
4. Borboleta 
5. Plug (macho) 
6. Pinch 
7. Poppet 
8. Swing 
Tipos de Válvulas 
134 
Tab. 8.1. Válvulas de controle 
 
 
 
 
 
 
Válvula de controle 
com atuador 
pneumático 
 
 
 
 
 
Válvula atuada por 
cilindro (ação dupla) 
 
 
 
 
 
Válvula auto regulada 
ou reguladora 
 
 
 
 
 
Reguladora com 
tomada de pressão 
externa 
 
 
 
 
 
 
Reguladora de vazão 
autocontida 
 
 
 
 
 
 
 
Válvula solenóide 
com três vias com 
reset 
 
 
 
 
 
 
Atuada por diafragma 
com pressão 
balanceada 
 
 
 
 
 
 
Válvula com atuador 
a diafragma e 
posicionador 
 
 
 
 
 
 
Ação da válvula 
FC – Falha fechada 
FO – Falha aberta 
 
 
 
 
 
 
Válvula de controle 
com atuador manual 
 
Tab. 8.2. Válvulas manuais 
 
(*) 
 
 
Válvula gaveta 
(*) Pode ser 
acoplado atuador ao 
corpo 
(*) 
 
 
 
Válvula globo 
 
 
 
 
Válvula retenção 
 
 
 
 
Válvula controle 
manual 
(*) 
 
 
 
Válvula esfera 
(*) 
 
 
Válvula borboleta ou 
damper 
 
 
 
Válvula de retenção e 
bloqueio 
 
 
 
 
Válvula de blowdown 
(*) 
 
 
 
Válvula diafragma 
(*) 
 
 
 
Válvula ângulo 
(*) 
 
 
 
Válvula três vias 
 
 
 
 
Válvula quatro vias 
 Corpo de válvula 
isolado 
 
 
 
 
Válvula agulha 
 
 
 
Outras válvulas com 
abreviatura sob o 
corpo 
 
S 
R 
FO ou FC 
IhV 
NV 
TSO 
Tipos de Válvulas 
135 
3. Válvula Gaveta 
Simbologia de P&I 
 
 
 
Tipos 
A. Gaveta faca 
B. Inserto V 
C. Placa e disco (multi-orifício) 
D. Disco posicionado 
Tamanhos disponíveis 
A. Liga - desliga, 2 a 120 “ (50 a 3000 mm), 
B. Controle contínuo: ½ a 24 “ (12 a 600 
mm) 
C. Controle contínuo: ½ a 6” (12 a 150 mm) 
D. Controle contínuo: 1 e 2” (25 e 50 mm) 
Pressão 
A e B. Até ANSI Classe 150; acima com 
projeto especial 
C. Até ANSI Classe 300 
D. Até 59 MPa (10 000 psi) 
Temperatura 
A e B: De –270 a 260 oC 
C. –30 a 600 oC 
Rangeabilidade 
A. 10 : 1 
B. 20 : 1 
C. Até 50 : 1 
Característica 
Ver Fig. 5.2. 
Capacidade 
A. CV = 45 d
2 
B. CV = 30 d
2 
C. CV = (6 a 10)d
2 
Estanqueidade 
A e B. ANSI Classe I ou II com sede 
metálica; melhor com sede mole ou 
revestimento 
C. ANSI Classe IV 
Materiais de construção 
Corpo 
Ferro fundido, bronze, aço carbono, aço 
inoxidável, ferro dúctil, alumínio, Monel, 
titânio, Hastelloy C, plástico, vidro e 
cerâmica (para abrasivos) 
Custo 
A. Varia de 1500 a 110 00 US$ de 4 a 
24” Ver Fig. 5.1. 
 
 
 
Tipos de Válvulas 
136 
3.1. Válvula Gaveta 
Variar a vazão de uma válvula pelo 
deslizamento de um furo ou placa frente a 
um furo estacionário é um enfoque muito 
básico para fazer controle. Esta é a 
operação da válvula gaveta deslizante ou 
simplesmente gaveta. Embora 
ocasionalmente seja usada em controle 
automático, a válvula gaveta não é 
considerada válvula de controle. A válvula 
gaveta tipo guilhotina é muito usada na 
indústria de papel e celulose por causa de 
sua habilidade de não entupir. 
3.2. Custo 
O custo de válvulas gaveta deslizante 
com corpo de aço carbono, com atuador 
pneumático para controle liga – desliga é 
mostrado na Fig. 5.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.8.1. Custo de válvulas gaveta 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.2.. Características de válvulas gaveta 
 
3.3. Característica de vazão 
A característica da válvula gaveta 
depende basicamente do tipo: inserto V, 
disco posicionado e placa e disco. As 
diferentes características são mostradas na 
Fig. 8.2.. 
3.4. Descrição 
A válvula gaveta é caracterizada por um 
disco ou porta deslizante, que se desloca 
paralelamente ao orifício da válvula e 
perpendicularmente à direção da vazão. O 
fechamento é conseguido pelo movimento 
da gaveta. Há muitas variações na sede, 
haste e castelo das válvulas gaveta. Elas 
são disponíveis em vários tamanhos e 
pesos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.3. Válvula gaveta com placa e disco 
 
 
A norma API 600 (1973) define e 
descreve as duas principais classificações 
para a válvula gaveta: 
1. cunha (wedge) (a mais popular na 
indústria petroquímica) 
2. com disco duplo 
A válvula gaveta tipo cunha é disponível 
em três configurações diferentes: 
1. cunha sólida plana 
2. cunha sólida flexível 
3. cunha partida 
A válvula gaveta cunha sólida flexível se 
tornou mais popular que a sólida plana, 
dominando o mercado. Ela possui melhor 
desempenho de selagem, requer menor 
torque operacional e apresentar menor 
Tipos de Válvulas 
137 
desgaste no material da sede. O único fator 
negativo é sua construção mecânica que 
não fornece alívio de pressão para o corpo 
da válvula. Recomenda-se especificar um 
furo de vent no lado a montante da cunha, 
para evitar pressão elevada na cavidade do 
corpo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.4. Válvula gaveta 
 
 
Os tipos da válvulas gaveta, quanto ao 
movimento da haste, são: 
1. haste ascendente com rosca externa. 
Usado em válvulas grandes e de boa 
qualidade. O volante gira e a haste 
se movimenta linearmente. A rosca 
da haste é externa à válvula e não é 
molhada pelo fluido do processo. A 
extensão da haste acima do volante 
indica diretamente a posição de 
abertura da válvula. 
2. haste ascendente com rosca interna. 
Usado em válvulas pequenas e de 
pior qualidade. A haste é interna à 
válvula. 
3. haste não ascendente. A haste e o 
volante possuem movimento de 
rotação; a gaveta da válvula fixada 
na extremidade da haste se 
movimenta linearmente. É um 
sistema simples, de construção fácil, 
econômico e usado nas válvulas 
pequenas e de preço baixo. 
3.5. Vantagens 
As principais vantagens da válvula 
gaveta são: 
1. Na posição totalmente aberta, a gaveta 
ou o disco fica fora da área de vazão do 
fluido, provocando pequena queda de 
pressão e pouca turbulência. 
2. Na posição totalmente fechada ela 
fornece uma excelente vedação. 
3. Sua geometria fica relativamente livre de 
acumulo de contaminantes. 
4. Sua construção possui a maior faixa de 
aceitação para a temperatura e pressão 
do fluido. 
5. Quase todo tipo de metal pode ser 
usado e trabalhado para seus 
componentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.5.. Válvula gaveta e seus componentes 
 
 
3.6. Desvantagens 
As numerosas vantagens da válvula 
gaveta não a tornam a válvula universal. Ela 
possui as seguintes limitações: 
1. A abertura entre a gaveta e o corpo da 
válvula, durante a subida ou descida, 
provoca distúrbios na vazão do fluido, 
resultando em vibração indesejável e 
causando desgaste ou erosão da 
gaveta. 
2. A turbulência do fluido pode também ser 
causada pelo movimento de subida ou 
descida da gaveta. A válvula gaveta é 
vulnerável à vibração, quando 
praticamente aberta e é sujeita ao 
desgaste da sede e do disco. 
3. O ganho da válvula é muito grande, 
quando ela está próxima de sua 
abertura total. Isto significa que a 
Tipos de Válvulas 
138 
operação da válvula é instável na 
operação próxima de sua abertura total. 
4. A lâmina percorre uma grande distância 
entre as posições totalmente aberta e 
fechada; como conseqüência, válvula 
gaveta possui resposta lenta e requer 
grandes forças de atuação. 
5. a operação da válvula é inadequada em 
alta pressão. 
6. a má lubrificação e o aperto excessivo 
das gaxetas podem acarretar problemas 
na operação da válvula. 
3.7. Aplicações 
A válvula gaveta é o tipo mais 
freqüentemente especificado e corresponde 
a cerca de 70-80% do total de válvulas da 
indústria petroquímica. A principal razão de 
sua popularidade é que a planta 
petroquímica necessita de válvulas de 
bloqueio (stop valve) e de válvulas liga-
desliga. 
A válvula gaveta é ideal para aplicações 
de bloqueio (totalmente fechada) e de 
controle liga-desliga, onde ela opera ou 
totalmente aberta ou totalmente fechada e 
não necessitam ser operadas com grande 
freqüência. Ela é conveniente para 
aplicações com alta pressão e alta 
temperatura e para uma grande variedade 
de fluidos. 
Os fatores limitantes tornam a válvula 
gaveta inadequada para controle contínuo, 
para manipular fluidos em velocidades muito 
elevadas ou para serviço requerendo 
operação rápida e freqüente da válvula. 
Quando a válvula gaveta fica parcialmente 
aberta, ha turbulência em torno da cunha, 
podendo haver erosão. Não se recomenda 
usar a válvula gaveta em serviço de vapor 
d'água. 
A válvula gaveta com disco duplo é 
projetada de modo que o ângulo da cunha 
siga flexivelmente os vários ângulos da 
sede da válvula. Esta construção única 
mantém um alto desempenho de selagem, 
mesmo que o corpo da válvula seja 
deformado. A válvula gaveta com disco 
duplo é usada em serviço criogênico ou em 
altíssimo temperatura, onde o corpo da 
válvula pode se deformar com a variação da 
temperatura do processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.7. Válvula gaveta 
 
 
A válvula gaveta resistente a corrosão 
Classe 150 é descrita na norma API 603-
1977. O corpo da válvula é feito de aço 
inoxidável tipo 304, 316 ou 347 ou Alloy 20, 
que apresenta resistência à corrosão da 
maioria dos produtos petroquímicos. 
A válvula gaveta de aço carbono 
compacta, descrita na norma API 602-1974, 
é largamente usada em linhas de dreno, 
linhas de bypass ou com instrumentos na 
tubulação de processo. A válvula compacta 
pode ser disponível também na versão 
resistente à corrosão. 
A válvula gaveta de ferro fundido, 
descrita na norma API 593-1973, é usada 
em aplicações com água de utilidade, água 
do ar e vapor d'água à baixa pressão. 
 
Tipos de Válvulas 
139 
4. Válvula Esfera 
Simbologia de P&I 
 
 
Padrão Três vias Gaiola Caracterizada 
 
Tipos 
E. Convencional 
F. Caracterizada 
G. Gaiola 
Tamanhos disponíveis e pressão 
D. ½ a 42 “ (12,5 a 1060 mm), ANSI 
Classe 150 
½ a 12”(12,5 a 300 mm) em ANSI 
Classe 2500 
E. 1 a 24 “ (25 a 600 mm) em ANSI 
Classe 150 
1 a 16” (25 a 400 mm) em ANSI Classe 
300 
1 a 12” (25 a 300 mm) em ANSI Classe 
600 
F. ¼ a 14” (6,3 a 350 mm) até 17 MPa 
(2500 psi) 
Temperatura 
A. Varia com tamanho e materiais 
usados, tipicamente de –160 a 315 
oC e especial de –185 a 1020 oC 
B. De –50 a 150 oC e especiais de –250 
a 550 oC 
C. De –250 a 980oC 
Rangeabilidade 
Variável, típica de 50 : 1. 
Característica 
Ver Fig. 8.9. 
Capacidade 
A e B convencional: CV = 30 d
2 a 45 d2 
C. 20 d2 (vazão não crítica) 
Materiais de construção 
Corpo 
Ferro fundido, bronze, aço carbono, aço 
inoxidável, ferro dúctil, alumínio, Monel, 
titânio, Hastelloy C, plástico, vidro e 
cerâmica (para abrasivos) 
Esfera 
Bronze naval forjado, aço carbono, aço 
inoxidável, plástico, vidro, cerâmica, Alloy 
20, Monel, Hastelloy C, alumínio, titânio. 
Sede 
Teflon, Kel-F, Delrin, buna-N, neoprene, 
Perbunan, Hypalon, borracha natural, 
grafite. 
Classede vedação 
A. Classe ANSI V 
B. ANSI IV (sede metal) e V 
Custo 
B. Varia de 300 a 1200 US$ de ½ a 1” 
Ver Fig. 8.8. 
Propriedades Especiais 
A. Três vias, corpo dividido e 
bidirecional 
B. Característica pode variar entre 
fabricantes diferentes 
C. Boa resistência à cavitação e 
vibração 
Tipos de Válvulas 
140 
4.1. Válvula Esfera 
A válvula com esfera rotativa foi 
originalmente usada apenas como liga-
desliga, tornou-se recentemente uma 
válvula de controle contínuo. Comparada 
com a válvula globo tradicional, a válvula 
esfera possui as seguintes vantagens: 
1. mais barata 
2. mais leve 
3. maior capacidade (duas ou três 
vezes que a globo) 
4. vedação completa 
5. projeto para segura em fogo 
6. baixo vazamento na haste (satisfaz 
mais facilmente exigências da OSHA 
e EPA) 
7. possui característica de igual 
percentagem (caracterizada) 
As desvantagens são conseqüências das 
vantagens: 
1. por ter alta capacidade, é geralmente 
usada superdimensionada ou então 
possui diâmetro muito menor que o 
da tubulação, resultando em grande 
perda de pressão nos redutores. 
2. Como possui alta recuperação da 
pressão, a pressão de vena 
contracta é pequena, aumentando a 
probabilidade de cavitação e ruído. 
3. Nas válvulas rotatórias, o movimento 
linear do atuador diafragma – mola 
deve ser convertido por elos, que 
introduz histerese e banda morta. 
4. Há uma relação não linear entre o 
movimento do atuador e a rotação 
resultante da esfera. Isto requer 
sempre o uso de posicionador. 
4.2. Custo 
Os custos da válvula esfera estão 
mostrados na Fig. 8.8. Para as válvulas 
caracterizadas, adicionar 10% e para 
válvulas esfera tipo gaiola, adicionar 20%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.8. Custo da válvula esfera 
 
 
4.3. Característica 
A válvula com esfera caracterizada com 
um corte parabólico é aproximadamente de 
igual percentagem. A válvula esfera e com 
gaiola possuem característica linear, 
quando usada em serviço com água. Em 
serviço com gás, em velocidades críticas, as 
linhas características se aproximam para a 
linear. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.9. Características da válvulas esfera 
 
 
Tipos de Válvulas 
141 
4.4. Descrição 
A válvula tipo esfera possui um obturador 
esférico, que se posiciona dentro de uma 
gaiola, controlando a vazão que passa no 
seu interior. Quando o eixo de abertura 
coincide com o eixo da vazão, tem-se a 
máxima vazão. Quando o eixo da abertura é 
perpendicular à tubulação, a válvula está 
fechada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.10. Configurações da válvula esfera 
 
Válvula esfera convencional 
A válvula esfera é basicamente uma 
esfera alojada em um invólucro. A rotação 
da esfera de 90o muda a posição de 
totalmente aberta para totalmente fechada. 
A esfera fixa pode ter porte reduzido ou 
total. As válvulas esfera são disponíveis em 
uma variedade de tamanhos e com vários 
mecanismos de atuação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.11. Válvula esfera para controle 
 
 
A válvula esfera pode ser considerada 
um tipo modificado da válvula plug (macho); 
em vez do plug tem-se a esfera polida com 
um furo que gira, para dar passagem ou 
bloquear a vazão. 
Válvula com esfera caracterizada 
A válvula esfera caracterizada inclui 
1. esfera com corte em V 
2. esfera com corte em U 
3. esfera parabólica 
Estas válvulas foram desenvolvidas 
principalmente para resolver o problema de 
entupimento em aplicações na indústria de 
papel e celulose. 
Essencialmente, uma válvula com esfera 
caracterizada tem sua esfera modificada, de 
modo que apenas uma parte dela é usada. 
O canto ou contorno da esfera é feito para 
se obter a característica desejada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.12. Posições da válvula esfera caracterizada 
 
 
O contorno de controle da válvula pode 
ter um rasgo ou um formato especial para 
produzir a característica de vazão desejada. 
Na prática, pode-se ter o furo em V ou em U 
ou o contorno parabólico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.13. Esfera caracterizada 
 
 
O corpo destas válvulas não foi 
projetado para alta pressão: hoje ele pode 
ser montado entre flanges de até 12” (300 
mm) e ANSI Classe 600. 
As características da válvula esfera 
convencional podem ser modificadas por 
projetos anti-ruído e anticavitação, quando 
se coloca um atenuador dentro da esfera, 
de modo que, quando ela estiver 
controlando, o fluido tem que passar pelo 
Tipos de Válvulas 
142 
atenuador, criando vários estágios de 
queda de pressão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.14. Válvula esfera com placas de atenuação 
interna anti-ruído e anticavitação 
Válvula esfera com gaiola 
A válvula do tipo esfera flutuante suporta 
a esfera com dois assentos esféricos 
colocados no corpo da válvula, um no lado 
da entrada e outro no lado da saída. Ela 
construção mecânica simples torna esta 
válvula mais popular que as outras do tipo 
esfera. A pressão a montante empurra a 
esfera e a esfera comprime a sede da bola 
do lado ajuda, para bloquear a vazão do 
fluido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.15. Válvula com gaiola e esfera 
 
 
A válvula consiste de 
1. corpo da válvula com formato de tubo 
venturi, 
2. dois anéis da sede (somente o anel 
da entrada é ativo), 
3. uma esfera que varia a passagem 
4. uma gaiola que posiciona a esfera 
5. uma haste que posiciona a gaiola 
A gaiola gira a esfera para fora do 
assento quando ela é levantada pela haste 
e posiciona a esfera firmemente durante o 
controle. A esfera fica totalmente levantada 
na vazão máxima. A gaiola é contornada 
pela vazão sem obstrução na posição 
aberta. 
As válvulas com gaiola e esfera são 
disponíveis em tamanhos de ¼ “ a 14” (6,3 
a 350 mm), com pressão de 1 a 17 MPa 
(150 a 2500 psig). Os coeficientes de vazão 
são naturalmente altos. A rangeabilidade 
típica é de 50 : 1. 
A válvula pode fornecer vedação 
completa durante longa vida de operação, 
por causa da rotação contínua da esfera em 
cada operação. A válvula requer uma 
pequena força de atuação (25% da 
requerida por uma válvula globo). 
Como o caminho percorrido pelo líquido 
no interior da válvula é suave e por isso, 
como pequena turbulência, ela raramente 
provoca cavitação. A cavitação tende a 
ocorrer no tubo venturi e não na sede. 
4.5. Vantagens 
As propriedades da válvula esfera são: 
Mudança pequena na direção da vazão 
dentro do corpo da válvula, resultando em 
pequena queda de pressão ou em grande 
recuperação. A resistência hidráulica é 
similar à da válvula gaveta. 
A rotação da esfera de 90 graus fornece 
uma operação completa da válvula. 
Diferente das válvulas globo e gaveta, que 
requerem espaço vertical para o 
deslocamento da haste, a operação é fácil e 
o tamanho da válvula pode ser muito 
pequeno. 
A abertura da válvula e a quantidade da 
vazão podem ser determinadas muito 
precisamente, tornando-a adequada para 
controle proporcional, embora sua aplicação 
principal seja em operação de liga-desliga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.16. Válvula esfera, em corte 
Tipos de Válvulas 
143 
Ela provê boa vedação, quando 
totalmente fechada. 
Elas são de operação rápida e 
relativamente insensíveis à contaminação. 
4.6. Desvantagens 
As principais limitações da válvula são: 
1. A sede da válvula esfera pode ser 
sujeitas à distorção, sob a pressão de 
um selo, nos espaçamentos entre 
metais, quando a válvula é usada para 
controle. 
2. O fluido entranhado na esfera na 
posição fechada pode causar problemas 
de travamento e entupimento. 
3. Por causa de sua abertura rápida, a 
válvula esfera pode causar os 
indesejáveisgolpe de aríete ou pico de 
pressão no sistema. 
4.7. Aplicações 
A válvula esfera é usada em controle 
contínuo, quando de pequeno tamanho. Ela 
é mais adequada para serviço de 
desligamento (shutoff). Ela podem 
manipular fluidos corrosivos, líquidos 
criogênicos, fluidos muito viscosos e sujos. 
Elas podem ser usadas em alta pressões e 
medias temperaturas. Há limitação 
desfavorável da temperatura por causa do 
uso de elastômeros na sede da válvula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.17. Válvula esfera em passagem plena 
 
 
 
A válvula esfera não é recomendada 
para controle contínuo com grande 
diâmetro, pois quando ela estiver 
parcialmente aberta, o aumento da 
velocidade do fluido pode danificar os 
assentos da esfera expostos ao fluido. 
A aplicação da válvula esfera em 
controle é recente. Ela é usada no veículo 
espacial X-15 para controlar vazão de 
oxigênio líquido e no foguete Atlas para 
controlar a mistura de oxigênio líquido com 
amônia liquida. Em ambos os casos tem-se 
um controle preciso e confiável. 
Tipos de Válvulas 
144 
5. Válvula Borboleta 
Simbologia de P&I 
 
 
Tipos 
A. Uso geral, eixo alinhado 
B. Alto desempenho, eixo excêntrico 
Tamanhos disponíveis 
A. 2 a 48 “ (51 a 1220 mm), são típicas e 
0,75 a 200” (19 a 5000 mm) são também 
encontradas. 
B. 4 a 16”(100 a 400 mm) e 2 a 80 “ (50 a 
2000 mm) 
Pressão 
A. Maioria entre ANSI Classe 300 e até 
1,4 MPa (200 psi) de queda de 
pressão. Especiais até 6000 psi 
B. Maioria até ANSI 600 e até 5 MPa 
(720 psi) de queda de pressão 
Temperatura 
A. Varia de –270 a 540 oC e com 
revestimento refratário até 1200 oC 
B. De –200 a 230 oC para válvulas com 
sede de teflon e 650 oC para sedes 
metálicas Especiais até 950oC 
Rangeabilidade 
Variável, típica de 50 : 1. 
Característica 
Ver Fig. 8.19, para válvulas com rotação 
de 90o . Para controle, a rotação limite é 60o 
Capacidade 
A. Rotação de 60o CV = (17 a 30) d
2 
(típica para controle) 
Rotação de 75o CV = (25 a 30) d
2 
Rotação de 90o CV = (35 a 40) d
2 
B. CV = (20 a 25) d
2 
Materiais de construção 
Corpo e Disco 
A. Ferro fundido, bronze, aço carbono, 
aço inoxidável AISI 302 a 316), ferro 
dúctil, alumínio, Monel, titânio, 
Hastelloy C, Kynar, Nordel, Viton, 
EPDM, Buna-N, revestimento de 
neoprene e encapsulamento de 
teflon 
B. Aço inoxidável AISI 316, Monel, 
titânio, Hastelloy C, Durinet 20, 
bronze e alumínio, Alloy 20, 
tungstênio. 
Selo 
Bronze naval forjado, aço carbono, aço 
inoxidável, plástico, vidro, cerâmica, Alloy 
20, Monel, Hastelloy C, alumínio, titânio. 
Sede 
Teflon, Kel-F, EPT, polietileno 
Classe de vedação 
A. Sem revestimento: 2 a 5%. Com 
revestimento: Classe ANSI V 
B. Sede metal: ANSI IV e sede mole: 
ANSI VI 
Custo 
Varia de 1500 a 22 000 US$ de 3 a 24” 
Ver Fig. 8.18. 
Propriedades Especiais 
1. Projeto para torque reduzido do disco 
2. Selos para aplicação com fogo 
3. Selos do disco especiais 
 
Tipos de Válvulas 
145 
5.1. Válvula Borboleta 
As válvulas com esfera rotativa, plug e 
borboletas foram inicialmente usadas 
apenas em aplicações de liga – desliga e 
recentemente passaram a ser usadas como 
válvulas de controle contínuo. Com relação 
à tradicional válvula globo, suas vantagens 
incluem: 
1. baixo custo 
2. pequeno peso 
3. maior capacidade de vazão (duas a 
três vezes que a da globo) 
4. projeto seguro a fogo 
5. baixo vazamento 
6. característica de igual percentagem 
7. vedação total 
As desvantagens são conseqüências das 
vantagens: 
1. Por ter alta capacidade, é geralmente 
usada superdimensionada ou então 
possui diâmetro muito menor que o da 
tubulação, resultando em grande perda 
de pressão nos redutores. 
2. Como possui alta recuperação da 
pressão, a pressão de vena contracta é 
pequena, aumentando a probabilidade 
de cavitação e ruído. Projetos com disco 
perfurado ou disco flautado diminuem o 
problema de cavitação e ruído. 
3. Como a válvula é rotativa, o 
movimento linear do atuador diafragma 
– mola deve ser convertido por elos, que 
introduz histerese e banda morta. 
4. Há uma relação não linear entre o 
movimento do atuador e a rotação 
resultante do disco. Isto requer sempre 
o uso de posicionador. 
5. A característica de torque é não 
linear, requerendo atuador super-
dimensionado para executar controle 
contínuo. 
5.2. Custo 
Os custos das válvulas borboleta com 
atuadores e atuadores para controle 
contínuo são mostrados na Fig. 8.18. 
5.3. Característica 
As características de vazão das válvulas 
borboleta, mostradas na Fig. 8.19., estão 
entre linear e abertura rápida. As válvulas 
convencionais apresentam grande 
vazamento e as válvulas com configurações 
especiais de sede mole provêem grande 
vedação. 
A característica da válvula borboleta é 
afetada pela posição do eixo (alinhado ou 
excêntrico) e o tamanho relativo do eixo com 
o da válvula. Na válvula de alto 
desempenho, a característica é também 
afetada se o eixo é movido da posição a 
montante para jusante. Para aplicações de 
controle contínuo, a válvula é limitada para 
girar entre as posições de 0 e 60o . 
 
 
 
Fig. 8.18. Custo da válvula borboleta de alto 
desempenho 
 
 
 
 
Fig. 8.19. Característica da válvula borboleta 
Tipos de Válvulas 
146 
5.4. Descrição 
A válvula borboleta possui este nome por 
causa do formado da combinação disco e 
haste. É uma válvula totalmente diferente da 
convencional com sede-obturador-haste. 
Ela possui vários séculos de história em 
serviço de controle contínuo. 
A válvula borboleta consiste de um disco, 
com aproximadamente o mesmo diâmetro 
externo que o diâmetro interno do corpo da 
válvula, que gira em torno de um eixo 
horizontal ou vertical, perpendicular à 
direção da vazão. O disco atua como 
basculante: na posição completamente 
paralela à direção da vazão, válvula está 
aberta; na posição perpendicular à direção 
da vazão, a válvula está fechada. Como ela 
não veda perfeitamente, pode haver 
pequeno vazamento. 
 
 
 
Fig. 8.20. Válvula de controle borboleta 
 
 
A válvula borboleta típica consiste de um 
disco que pode girar em torno de um eixo, 
em um corpo fechado. Válvulas borboletas 
modificadas são usadas em damper de 
fornalha, carburadores de carro e chuveiros 
caseiros. 
O disco da válvula borboleta se fecha 
contra um anel selante, para vedar a vazão. 
Para melhorar a vedação, pode-se revestir 
o interior da válvula com um material 
elastômero; a interação entre o disco e o 
revestimento fornece a vedação. Vários 
mecanismos de atuação, como alavanca e 
cam podem ser usados para operar a 
válvula. 
A válvula borboleta é geralmente 
disponível em carretel ou sanduíche (wafer), 
sem flange; sua instalação é mais 
econômica e simples, entre qualquer tipo de 
flanges da tubulação. Porém, esta conexão 
é politicamente incorreta, pois é provável 
haver vazamentos entre ela e por isso 
OSHA e EPA não gostam dela. 
Por questão de operação, o ângulo 
máximo de rotação da lâmina é de 60o e 
não 90o, a não ser que seja especialmente 
especificado. 
 
 
 
Fig. 8. 21. Componentes da válvula borboleta 
 
 
Atualmente são disponíveis válvulas 
borboleta com alto desempenho, com eixos 
mais robustos, discos mais pesados, corpos 
que resistem a uma classe de pressão mais 
elevada e selos que permitem boa vedação. 
Elas são disponíveis em diâmetros de 2" a 
72", sem flange, de corpos com aço carbono 
ou inoxidável, com pressão de até ANSI 
Classe 2500. 
A norma API 609-1973 Butterfly valves 
descreve e define os principais tipos de 
válvulas borboleta, embora não especifique 
a sua construção mecânica. 
 
 
 
Fig. 8.22. Mecanismo de controleda válvula borboleta 
 
Tipos de Válvulas 
147 
5.5. Vantagens 
As vantagens da válvula borboleta são: 
1. Produzir uma queda de pressão muito 
pequena, quando totalmente aberta. 
2. Ser barata, leve, de comprimento 
pequeno (raramente flangeada). O 
diâmetro da válvula pode ser do mesma 
dimensão que a tubulação. 
3. Possuir construção e operação 
extremamente simples. 
4. Fornecer controle liga-desliga e 
contínuo 
5. Manipular grandes vazões de água, 
líquidos contendo sólidos e gases sujos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.23. Formatos de disco 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.24. Efeito do perfil na área de passagem 
 
5.6. Desvantagens 
As desvantagens da borboleta são: 
1. A vedação da válvula borboleta é 
relativamente baixa, a não ser que seja 
usado selo especial. O selo pode ser 
danificado pela alta velocidade. 
2. Estas válvulas usualmente requerem 
grandes forças de atuação e são 
geralmente limitadas à baixa pressão. 
3. Quando usam materiais elastoméricos 
na sede, há limitação de temperatura. 
4. A válvula borboleta é usualmente 
construída para ser operada apenas em 
ar-para-abrir. Ela tende a fechar por si e 
a ficar em posição fechada na falta do 
sinal de atuação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.25. Válvula de controle borboleta 
 
5.7. Aplicações 
As válvulas borboleta são usadas 
geralmente em sistemas de baixa pressão, 
onde não se necessita de vedação 
completa. Elas são normalmente usadas em 
linhas de grandes diâmetros (maiores que 
20".) 
5.8. Supressão do ruído 
A válvula borboleta pode gerar ruído, 
como qualquer outro válvula, quando sujeita 
a determinada condição de vazão e queda 
de pressão. O disco abaulado e com 
formato de rabo de peixe geram menos 
ruído que o convencional. Porém, quando a 
vazão mássica é alta e há grande perda de 
carga, deve-se usar disco flautado, que 
pode reduzir o ruído em até 10 dBA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.26. Válvula borboleta com disco flautado para 
reduzir ruído 
Tipos de Válvulas 
148 
5.9. Válvula Swing 
A válvula swing é semelhante à 
borboleta, exceto que elas giram em torno 
de um lado e não ao longo do diâmetro. 
Elas podem ser atuadas pela vazão, por 
molas de torção, por alavancas . 
As válvulas swing são usadas 
principalmente como válvulas de retenção, 
para bloquear a vazão em uma direção. 
As válvulas swing possuem praticamente 
todas as vantagens das válvulas borboleta: 
pequena queda de pressão, pequeno peso 
e custo relativamente pequeno. 
O vedação da válvula swing é muito alta, 
são sujeitas à deposição de contaminantes 
e introduz turbulência em baixas vazões. As 
superfícies de selagem sofrem erosão, 
quando o fluido está em alta velocidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8. 27. Válvula borboleta tipo swing 
 
 
 
 
 
Tab. 9.1. Coeficiente de capacidade da válvula borboleta de alto desempenho, com vários graus de abertura, com o 
eixo a montante. Com o eixo a jusante o CV é pouco menor (10%). 
 
CV em graus de abertura, eixo a montante Diâmetro 
90 80 70 60 50 40 30 20 10 
2,0 59 59 58 56 50 40 28 14 2 
3,0 220 209 198 176 139 90 55 26 11 
4,0 420 400 376 338 265 172 104 52 20 
 
6,0 910 800 660 490 350 235 155 90 35 
8,0 1720 1620 1290 998 740 482 310 172 69 
10,0 2780 2610 2080 1610 1200 778 500 278 111 
 
12,0 4000 3820 3100 2420 1860 1240 750 410 170 
14,0 6640 6240 5050 3980 2920 1990 1200 664 266 
16,0 8400 7640 6130 4700 3700 2520 1510 840 336 
 
18,0 10350 9730 7870 6210 4550 3100 1860 1040 414 
20,0 13670 12850 10390 8200 6020 4100 2460 1370 547 
24,0 20200 19000 15400 12100 8890 6060 3649 2020 808 
 
 
 
 
 
 
 
 149 
6. Válvula Globo 
Simbologia de P&I 
 
Convencional Três vias Angulo 
Notas: 
FC – falha fechada (fail close) 
FO – falha aberta (fail open) 
S marcada dentro da válvula significa corpo dividido 
(S – split) 
C marcada dentro da válvula significa gaiola (C – 
cage) 
Tipos 
A. Sede simples, plug caracterizado 
B. Sede simples, guiada pela gaiola 
C. Sede simples, corpo dividido (split) 
D. Sede dupla, plug guiado pelo topo 
E. Disco excêntrico, globo rotativo 
F. Ângulo 
G. Três vias ou tipo Y 
Tamanhos disponíveis 
Geralmente de ½ a 14” (12,5 a 356 mm). 
Máximo diâmetro para C é 6” (152 mm) e 
para E é 12 “ (305 mm) e para D é 16 “ (406 
mm). F pode ter até 42” (1050 mm). 
Pressão 
Tipicamente todas as classes, até ANSI 
Classe 1500, com tipos B e D até ANSI 
Classe 2500 e tipos C e E limitadas a ANSI 
classe 600. 
Queda de pressão máxima admissível: 
até 6,9 MPa (1000 psi), se permitido pelo 
tamanho do atuador e classe do corpo. 
Temperatura 
Geralmente de–200 a 540 oC mas tipo B 
é limitado a 400 oC e tipo D pode operar 
desde –270 oC. Válvulas especiais podem 
operar até 650 oC 
Rangeabilidade 
Variável, típica de 20 : 1. 
Característica 
Ver Fig. 8.29 e detalhes no texto. 
Capacidade 
CV = (10 a 15) d
2 com projeto de sede 
simples próximas de 10 d2 e com sede 
dupla e disco excêntrico próximas de 15d2 
Materiais de construção 
Corpo 
Ferro fundido, bronze, aço carbono, aço 
inoxidável (AISI 302 a 316), ferro dúctil, 
alumínio, Monel, titânio, Hastelloy C, 
Trim 
Aço inoxidável (AISI 302 a 316), Alloy 20, 
Monel, titânio, Hastelloy C, 
Revestimento de teflon para proteção 
contra corrosão e sedes moles para 
vedação total. 
Selo 
TFE, Kel F, EPT, polietileno, 
Classe de vedação 
Sedes duplas de metal: ANSI Classe II e 
sede simples podem ser ANSI Classe IV. 
Sedes macias duplas podem ser Classe 
ANSI V e simples podem ser ANSI VI. 
Custo 
Ver Fig. 8.28. 
FC FO FC 
Tipos de Válvulas 
150 
6.1. Válvula Globo 
Desde a década de 1970, a válvula 
globo é considerada a válvula de controle 
padrão, por causa de sua característica 
linear e associado com atuador com 
diafragma e mola. Nesta época, a válvula 
rotativa era para aplicação de liga – desliga 
e a globo era para controle contínuo. 
Atualmente, a válvula globo ainda 
predomina como válvula de controle, porém, 
é desafiada por outros tipos, como a esfera, 
borboleta e plug (macho), por causa de 
seus custos menores. 
As vantagens da válvula globo são: 
simplicidade do atuador diafragma – 
mola 
disponibilidade de variedade de 
características de vazão 
relativamente pequena probabilidade de 
cavitação e de geração de ruído 
disponibilidade de materiais diferentes 
para atender aplicações com erosão, 
corrosão, altas temperaturas e altas 
pressões 
relação linear entre sinal de controle e o 
movimento da haste 
pequena banda morta e pequena 
histerese, permitindo o seu uso sem 
posicionador. 
As desvantagens da válvula globo, 
quando comparada com as rotativas são: 
1. maior custo 
2. menor capacidade de vazão, para o 
mesmo diâmetro do corpo 
3. maior peso 
4. maior probabilidade de vazamentos 
para o exterior. 
5. maior tempo de resposta 
6. por ter menor CV , a diferença entre o 
diâmetro da válvula e o da tubulação 
é menor e por isso o custo é maior 
6.2. Custo 
Os custos da válvula globo estão 
mostrados na Fig. 8.28, baseados em corpo 
com flange ANSI Classe 150 com operador 
a pistão de dupla ação e posicionador. 
Podem ser usados outros operadores como 
atuador diafragma – mola, pistão simples ou 
acionado eletricamente. Corpos com 
materiais especiais tem o custo muitíssimo 
maior. Por exemplo, da Fig. 8.28, pode se 
estimar o custo de uma válvula globo de 4” 
(105 mm), com corpo de aço carbono e trim 
guiado pela gaiola como de US$4 500. 
 
 
 
Fig. 8.28. Custo típico de válvula globo 
 
 
 
Fig. 8.29. Características da válvula globo, 
que depende