Valvula de controle e Segurança 5ª ed Ribeiro, M A

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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 qualquer