Aula 13 - Válvulas

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Carmela Maria Polito Braga, DELT/EE-UFMG
Hugo César Coelho Michel, DELT/EE-UFMG
Aula 13
Introdução, Componentes, Tipos, Aplicação, 
Dimensionamento de Válvulas de Controle
VÁLVULAS
ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE
• São os responsáveis pela manipulação do fluxo de matéria e/ou
energia, objetivando atuar sobre o processo de modo a corrigir o 
valor da variável controlada sempre que houver algum desvio em
relação a referência.
• Os elementos finais de controle mais utilizados são as válvulas de 
controle, em diferentes modelos, materiais e dimensões, de 
acordo com a aplicação.
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u
Controlador
De Vazão
FC
Set point ou Referência
y
Nível 0
AtuadorSensor
C
o
n
tr
o
la
d
o
r
Malha de controle de Vazão
FC
FE
FT
Reator de Jaqueta
(tipo banho Maria)
Vapor
TC TE
TT
Set point ou Referência
Saída de 
Vapor
Entrada 
de água
Entrada de 
Ar e 
Combustível
Camara de 
Combustão
Tubos de 
água
Fumos
A) Representação esquemática do proceso de geração de vapor. B) Fluxograma de Engenharia
FCV
FCV
Sensor de 
Vazão
FE/FT
Sensor de 
Temperatura
FUNÇÕES DAS VÁLVULAS 
• Existem outros tipos de válvulas, além das de controle, 
que são fundamentais para garantir a operação
adequada de um processo. Estas válvulas podem
desempenhar função de bloqueio, de direcionamento
ou de limite da pressão de entrada, além da função
de controle de fluxo em uma dada tubulação. 
• Assim sendo, pode-se agrupar as válvulas em 4 grupos
distintos, quanto à sua função em relação ao
escoamento do fluxo:
• Válvulas de bloqueio.
• Válvulas de retenção
• Válvulas de segurança e alívio de pressão.
• Válvulas de controle
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FUNÇÕES DAS VÁLVULAS 
• Válvulas de bloqueio:
• Proporcionam uma restrição completa ao escoamento de fluxo.
• Permitem a mínima queda de pressão quando totalmente abertas, 
pois têm alta capacidade de vazão.
• Possuem o diâmetro de passagem do fluxo praticamente igual ao da 
tubulação onde estão instaladas, quando estão totalmente abertas.
• Devem operar sempre totalmente abertas ou totalmente fechadas, 
pois o projeto construtivo de seus componentes internos não permitem
o controle de fluxo.
• Aplicações frequentes: isolamento de algum equipamento do restante 
do processo, como bombas, trocadores de calor, vasos de pressão, 
caldeiras, etc.
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Válvula de Esfera Bipartida Classe
300 é uma válvula de bloqueio de 
fluxo indicada para aplicação em
diversos tipos de fluído com 
ampla faixa de temperatura e 
pressão conforme ASME B16.34.
Válvula de Esfera Tripartida
Classe 150 é uma válvulas de 
bloqueio de fluxo indicada para 
utilização em diversos líquidos, 
gases e vapores em ampla faixa
de temperatura e pressão
conforme norma ASME B16.34. 
FUNÇÕES DAS VÁLVULAS 
• Válvula de Bloqueio em uma tubulução de vapor
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Válvulas de bloqueio na tubulação de água de alimentação
do tubulação de vapor
Usina Termelétrica do Barreiro - CEMIG
Válvulas de bloqueio na tubulação de vapor extraído da 
turbina
FUNÇÕES DAS VÁLVULAS 
• Válvulas de retenção:
• São válvulas denominadas Auto-Operadas. Seu obturador atua
apenas quando há diferença de pressão entre a entrada e a saída. 
Ele se movimenta sempre para o lado de menor pressão, seja para 
abrir, seja para fechar a válvula.
• Permitem o escoamento de fluxo em um único sentido, enquanto o 
elemento móvel de vedação permanecer na posição aberta.
• A prevenção na reversão do fluxo ocorre pela reação automática deste
obturador a qualquer mudança no sentido de escoamento daquele fluxo.
• Devem permanecer abertas apenas enquanto houver fluxo através da 
válvula. 
• Se for interrompido ou ocorrer uma inversão em seu sentido de escoamento, 
fechará automaticamente.
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Construída com aço carbono fundido
ASTM-A-216 WCB, aço inoxidável e 
aços ligados, possui tampa
aparafusada, obturador portinhola
com movimento giratório e 
basculante, apresentando vedação de 
ligas de aço inoxidável. Atua nas 
classes 150, 300 e 600 lb.
Protege equipamentos
instalados numa
tubulação de entrada no 
processo, ex.: bombas e 
seus motores.
FUNÇÕES DAS VÁLVULAS 
• Válvula de Retenção em uma distribuição de gás natural
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FUNÇÕES DAS VÁLVULAS 
• Válvulas de Segurança e Alívio:
• São dispositivos de atuação mecânica para o alívio da pressão, auto-
suficientes, cuja fonte de energia é o próprio fluido do processo.
• Devem ser usadas para evitar as consequências de uma sobrepressão
dentro de um equipamento (que podem ser muito perigosas).
• Possuem uso fundamental em equipamento sujeito à pressão de 
operação inferior ou superior à atmosférica.
• Quando a pressão é inferior (negativa) são usadas válvulas para alívio de 
vácuo.
• Se a pressão é igual ou superior a atmosférica são usadas va’lvulas de alívio, 
segurança ou segurança-alívio.
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Série WB1800 MAXIFLUX, foram
especialmente projetadas para
proteção de caldeiras de vapor 
onde são requeridas
sobrepressões de 3%, e outras
instalações de vapor, ar
comprimido ou gases inertes.
Para alívio da 
sobrepressão em
linhas ou vasos de 
pressão que
operam com água
ou outros líquidos.
FUNÇÕES DAS VÁLVULAS 
• Aplicações: evitam que a pressão de operação de uma caldeira ou
vaso de pressão, p.ex., ultrapasse a acumulação máxima permitida
pelo projeto destes equipamentos, evitando possíveis explosões.
• A operação normal do processo retorna após a válvula ter aliviado o 
excesso de pressão até um nível seguro e ter fechado novamente.
• Teste de válvula de segurança e alívio da caldeira ATA MP813 com 
14Kgf/cm² de pressão (Dez/2011)
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Explosão de Caldeira em Hotel de 
Blumenau – SC (Abril/2011)
Comentário adequado: "A PSV deveria ter sido
retirada para calibração! Submeter o corpo da 
caldeira a esse tipo de teste não foi correto."
FUNÇÕES DAS VÁLVULAS 
• Válvulas de Controle:
• É uma válvula projetada para alterar a taxa de fluxo do processo por
meio da dissipação da energia (perda de carga) imposta por ela ao
escoamento do fluxo na tubulação.
• Podem ser utilizadas, também, para bloqueio, serviços on-off, porém, 
as projetas para bloqueio não podem ser usadas para controle.
• Enquanto as válvulas de bloqueio restringem totalmente o fluxo, as 
válvulas de controle oferecem restrição variável.
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VÁLVULAS DE CONTROLE
• São usadas para controlar propriedades em uma determinada
tubulação, tais como pressão à montante, pressão à jusante, taxa 
de fluxo ou nível de líquido, etc.
• Funcionalmente, são como um orifício variável controlado.
• Possui um dispositivo denominado atuador, cuja função é 
proporcionar a força motriz necessária ao funcionamento da 
válvula de controle.
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Válvulas de controle 
atuador tipo: pistão 
(esquerda) e mola (direta)
Sistemas de Tanques 
Integrados
LVAS -> Herança LCPI 
DELT-EE-UFMG
VÁLVULAS DE CONTROLE
• A geometria interna do corpo da válvula de controle é projetada
para proporcionar alta perda de carga, mesmo que seu elemento
de vedação (obturador) esteja em posição completamente
aberta.
• Quanto maior for a queda de pressão proporcionada por uma
válvula, melhor e mais preciso será o controle de fluxo. 
• Essa queda é função da área de passagem escolhida e de sua
geometria interna para o fluxo.
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VÁLVULAS DE CONTROLE
• Tradição em controle de processos: Válvula Globo
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Válvula de Controle P25 - Foxboro
Porca de Trava
Ponteiro Indicador
Castelo
Eixo da Válvula
Gaxeta
Anel do Assento
Obturador
Corpo da Válvula
VÁLVULAS DE CONTROLE
• Todos os elementos que constituem uma
malha de controle são importantes para o seu
desempenho.
• Mas na maioria dos casos a válvula de controle
é o componente mais sujeito a condições
severas de pressão, temperatura, corrosão e 
erosão.
• Apesar destas condições a válvula de controle
deve operar de modo satisfatório, para não
comprometer o controle da variável de 
processo (PV) controlada.
• Uma válvula de controle consiste, 
basicamente, de três partes:
• Atuador (conversor I/P e posicionador);
• Castelo e engaxetamento.
• Corpo e internos;
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VÁLVULAS DE CONTROLE
TIPO DE ATUADORES
• Atuador Pneumático tipo mola e diafragma:
• É o atuador mais utilizado no acionamento de válvulas de controle.
• Consiste numa câmara bipartida com um diafragma flexível. Numa
das partes desta câmara o atuador recebe o sinal de controle, e, na
outra parte, o diafragma é fixado a um prato, onde se apóiam uma
haste e uma mola.
• Quando se aplica em seu lado próprio, ar, a força produzida se opõe
à força gerada pela mola, a qual limita o curso e regula a posição da 
haste.
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Ar
Ar
Atuadores de ação reversa: ar para 
fechar. Assume posição aberta em
caso de falha de suprimento de ar.
Atuadores de ação direita: ar para 
abrir. Assume posição fechada em
caso de falha de suprimento de ar.
VÁLVULAS DE CONTROLE
TIPO DE ATUADORES
• Este tipo de atuador transforma a pressão de ar aplicada num
movimento de translação. 
• A mola tem a função de se opor à força desenvolvida pela pressão do 
ar de atuação que age no diafragma, de modo a posicionar a haste 
do atuador para cada sinal recebido do controlador (posicionador).
• A maioria dos atuadores opera numa faixa de pressão que varia de 3 
a 15 psi, a qual representa 0,2 a 1,0 kgf/cm².
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• O sistema de atuação das válvulas de controle transforma
pressão de ar em força aplicada ao diafragma.
• Existe uma relação praticamente linear entre a pressão
de ar de atuação e o deslocamento (curso da haste).
Normalmente, estes atuadores destinam-se ao acionamento de válvulas denominadas de curso
linear, ou seja, haste ascendente ou descendente, dependendo da abertura ou fechamento da 
mesma. As válvulas acionadas por estes tipos de atuadores são normalmente as denominadas
válvulas globo e suas variações.
VÁLVULAS DE CONTROLE
TIPO DE ATUADORES
• Atuador Pneumático tipo pistão:
• Ação simples com retorno por mola: a mola é instalada no 
compartimento oposto ao que recebe a injeção de ar comprimido. 
Desta maneira, em caso de falha de alimentaçào de ar, a mola leva o 
atuador e a válvula para a posição desejada de segurança.
• Como a mola opera comprimida na maior parte do tempo, sua força de 
acionamento fica reduzida podendo comprometer a entanqueidade da 
válvula. 
• Os cilindros de dupla ação são alternativa para o contorno deste problema.
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VÁLVULAS DE CONTROLE
TIPO DE ATUADORES
• Atuador Pneumático tipo pistão:
• Cilindro de Dupla Ação: é aquele que utiliza fluido para produzir
trabalho em ambos os sentidos: avanço e retorno. Estes possuem dois
orifícios por onde, alternadamente, entra e sai o fluido.
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Todo atuador
pneumático tipo
pistão, ação simples 
ou dupla, necessita
de uma válvula
solenóide instalada
na linha de ar para
o comando de 
mudança de 
posição.
S energiza: Ar> Via 1> Via 2 e Via 3 fechada
S desenergiza: Via 1 fechada e via 3 aberta S energiza.: Ar A> Via 1> Via 2 e Ar B> Via 3 > Via 4 (atmosfera)
S desenergiza.: Ar B> Via 1 >Via 3 Ar A> Via 2 e via 4 (atmosfera)
VÁLVULAS DE CONTROLE
TIPO DE ATUADORES
• Atuador Elétrico Rotativo: 
• São equipamentos eletromecânicos que
permitem motorização de válvulas, dampers, 
comportas e outros equipamentos similares.
• O atuador elétrico pode ser acoplado
através de unidades de adaptação ou
redutores.
• São adequadas para grandes diâmetros, 
onde as forças requeridas para atuação são
grandes para um sistema pneumático.
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Os Atuadores Elétricos GBR são
equipamentos utilizados na
automação de válvulas operadas
por 1/4 de volta, substituem os
atuadores pneumáticos em locais
remotos onde não se dispõe de ar
comprimido. Disponível nas
voltagens 24VDC, 120V e 220V.
Capacidade de torque
1/4 de volta direito 50 to 500 Nm
1/4 de volta com redutor 500 to 50.000Nm
multivolta direto 20 to 650 Nm
multivolta redutor 500 to 5.000 Nm
VÁLVULAS DE CONTROLE
TIPO DE ATUADORES
• Atuador Elétrico Solenoide
• Composto de uma bobina ou solenóide que gera uma força 
magnética para a movimentação do obturador ou êmbolo. São 
utilizados para operação ON/OFF. 
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1 Corpo Válvula 4 Bobina/Solenoide 7 Embolo
2 Porta entrada 5 Enrolamento Bobina 8 Mola
3 Porta Saída 6 Fios dos terminais 9 Orifício
VÁLVULAS DE CONTROLE
TIPO DE ATUADORES
• Atuador Hidráulico:
• São compostos por um pistão e uma bomba de óleo, que quando
solicitada por um comando externo, bombeia mais ou menos óleo (ou
outro fluido hidráulico) para o interior do pistão.
• Normalmente utilizado em locais onde a temperatura é elevada para 
atuadores pneumáticos, ou quando são necessárias forças de 
atuação mais elevadas.
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“A potência obtida com alta pressão de um sistema hidráulico
possibilita que o macaco hidráulico(Flowtecal F4-Series) tenha
peso menor que os atuadores pneumáticos e elétricos.”
VÁLVULAS DE CONTROLE
TIPO DE ATUADORES
• Atuador Manual:
• Podem ser volantes, hastes roscadas, alvancas e volantes com 
caixa de redução.
• Utilizados em válvulas para bloqueio de pressões mais baixas, 
em linhas de pequenos diâmetros, bloqueio de tomadas de 
instrumentação, etc..
• Utilizados, também, quando é necessária a regulagem manual 
de fluxo para alguma finalidade do processo, tal como ajuste
de fluxo em tomadas de amostra.
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VÁLVULAS DE CONTROLE
ATUADORES COM CONVERSORES I/P
• Para a atuação automática, as válvulas de regulação pneumáticas
precisam de um dispositivo Conversor I/P que converte o sinal de 
corrente recebido do controlador em um sinal de pressão proporcional (4 
a 20mA em 3 a 15psi) para posicionar o obturador em relação à sede 
(assento) da válvula. 
• Os conversores I/P não garantem a posição de abertura da válvula em 
acordo com o sinal enviado para a sua entrada (corrente). Trata-se 
apenas de um conversor em malha aberta.
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• Para a atuação automática, as válvulas de regulação possuem um 
dispositivo posicionador que trabalha em conjunto com o atuador da 
válvula de controle para posicionar corretamente o obturador em 
relação à sede (assento) da válvula. 
• O posicionador possui um algoritmo de controle PI e, malha fechada, compara 
o sinal em sua entrada (enviado pelo controlador) com a posição da haste da 
válvula e envia ao atuador da válvula a pressão de ar necessária para colocar 
o obturador na posição correta.
VÁLVULAS DE CONTROLE
ATUADORES COM POSICIONADORES
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Eletropneumático
Eletro-hidráulico
COMPARAÇÃO ENTRE ATUADORES
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COMPARAÇÃO ENTRE ATUADORES
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VÁLVULAS DE CONTROLE
CORPO E INTERNOS
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Corpo
ObturadorSede
Castelo
• O Fluido de processo escoa pelo corpo da 
válvula, enquanto o obturador é o elemento
móvel, responsável pela restrição da vazão.
• A geometria (formato) do obturador determina a 
característica de vazão da válvula, definida pela relação
entre a abertura da válvula e a vazão correspondente.
• O tipo de corpo da válvula e de seus internos é definido
pela aplicação. Eles se classificam quanto ao movimento
em lineares e rotativas.
• Qualquer que seja o tipo de corpo, a válvula varia a 
vazão, introduzindo uma restrição no circuito hidráulico, 
dissipando uma parte da energia proveniente de uma
fonte de pressão (que normalmente é uma bomba
centrífuga).
• A válvula reduz a pressão na descarga da bomba, 
analogamente a queda de tensão introduzida por um 
resistor num circuito elétrico.
VÁLVULAS DE CONTROLE LINEARES
• Válvulas Lineares
• possuem um elemento deslizante em forma de haste projetada 
para empurrar um elemento obturador da posição totalmente 
aberto até a posição totalmente fechado.
• São válvulas de movimento linear: 
• Globo, gaveta, manga flexível (mangote), diafragma, agulha, 3-vias 
e angular.
• As válvulas lineares são as mais comuns e são conhecidas por
serem simples, de fácil manutenção e mais vesáteis devido a 
uma gama de diferentes tamanhos, classes de pressão e 
opções de design.
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VÁLVULAS DE CONTROLE LINEARES
(HASTE DESLIZANTE)
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Válvula Diafragma
Válvula Gaveta
Válvula Globo com Sede Simples
Válvula Globo com Sede Dupla
VÁLVULAS DE CONTROLE LINEARES
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Válvula Gaveta (Guilhotina)
VÁLVULAS DE CONTROLE LINEARES
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Válvula Globo
Válvula de Manga Flexível (Mangote - Pinch)
Muito utilizadas para polpas, em especial minério.
Válvulas Mangote Sigaflux -
Corpo Aberto - Especiais
VÁLVULAS DE CONTROLE LINEARES
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Válvula Agulha
Válvula Diafragma
VÁLVULAS DE CONTROLE LINEARES
VÁLVULA GLOBO GUIADA POR HASTE
• As fotografias abaixo mostram um corte do corpo da válvula globo modelo 21000, 
da Masoneilan, mostram como o movimento do obturador (plug) em relação à 
sede manipula a abertura da válvula de ação direta para permitir a passagem do 
fluxo de 0 a 100%. 
• A foto da esquerda mostra o corpo da válvula na posição totalmente fechada , 
enquanto a foto do meio mostra a válvula semi-aberta, e a foto da direita mostra a 
válvula totalmente aberta.
• Como se pode ver, o obturador da válvula é guiado pela haste para manter o 
alinhamento com a linha central do assento. Por esta razão, este estilo particular de 
válvula globo é chamada de válvula globo guiada por haste.
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Fonte: http://www.ibiblio.org/kuphaldt/socratic/sinst/book/liii_2v14.pdf
VÁLVULAS DE CONTROLE LINEARES
VÁLVULA GLOBO GUIADA POR GAIOLA
• As válvulas globo guiadas por gaiola manipulam o fluxo descobrindo mais 
ou menos a área correspondente as portas da gaiola circundante (neste 
caso em formato “T”), à medida em que o obturador (plug) se move para 
cima e para baixo.
• A gaiola também serve para guiar o obturador, de modo que a haste não 
seja submetida a forças laterais, como no caso da válvula guiada por 
haste.
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Fonte: http://www.ibiblio.org/kuphaldt/socratic/sinst/book/liii_2v14.pdf
VÁLVULAS DE CONTROLE ROTATIVAS
• Válvulas de Movimento Rotativo ou Rotativas
• possuem um elemento rotativo (excêntrico ou concêntrico à 
tubulação) projetado para girar um elemento obturador em 45º ou um 
quarto de volta da posição totalmente aberto até a posição 
totalmente fechado.
• São válvulas de movimento rotativo: 
• Borboleta, plug, esfera e obturador excêntrico rotativo.
• Geralmente as válvulas rotativas são menores e mais leves que as 
válvulas lineares. Todavia, elas são mais limitadas por necessitarem de 
maior força de atuação, por serem adequadas para sistemas que 
operam em baixas pressões e por gerarem problemas de cavitação e 
flashing (evaporação súbita). 
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VÁLVULAS DE CONTROLE ROTATIVAS
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Válvula Esfera
Válvula Borboleta
Válvula Borboleta
VÁLVULAS DE CONTROLE ROTATIVAS
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Possuem queda de pressão muito
pequena quando totalmente abertas.
São adequadas para manipulação de 
grandes vazões de água, de líquidos
com partículas sólidas e gases sujos.
Sua vedação é relativamente baixa.
Válvula de 
Obturador Excêntrico
Válvula de 
de 3-vias
VÁLVULAS DE CONTROLE ROTATIVAS
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Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel - DELT/EE-UFMG
Dotadas de um eixo extra forte e não
passante, que não –obstrui a passagem
do fluido estas válvulas proporcionam uma
capacidade de vazão maior para cada
diâmetro nominal.
CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO EM UMA 
VÁLVULA
• As válvulas de regulação possuem características distintas de 
vazão, sendo cada uma com vantagens diferenciadas para 
diversas aplicações em processos, definidas pela geometria 
(desenho) do obturador:
• Abertura Rápida: a cunha faz variar rapidamente a área de passagem 
do fluido com um único e curto movimento da haste.
• Abertura Linear: a área de passagem do fluido varia linearmente com 
as variações do movimento da cunha.
• Abertura Parabólica: a vazão varia em função do quadrado da 
abertura da válvula.
• Abertura Igual Porcentagem: sob condições constantes de queda de 
pressão, iguais porcentagens de variac ̧ão de abertura da válvula
correspondem a iguais porcentagens de variac ̧ão da vazão. 
Matematicamente, a vazão é proporcional exponencialmente à
abertura. 
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Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel - DELT/EE-UFMG
CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO EM UMA 
VÁLVULA
• Basicamente as características de vazão são determinadas por 
meio da geometria do obturador da válvula.
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Abertura Rápida
Abertura Linear
Abertura Igual 
Porcentagem
Gaiola
Haste
Maior facilidade de 
remoção das partes
internas para manutenção.
Alta estabilidade na
operação devido ao
sistema de guias.
CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO EM UMA 
VÁLVULA
• O termo característica de vazão refere-se à vazão inerente, ou
seja, a variação de vazão obtida em relação ao grau de abertura
ou fechamento do curso da válvula, medida em uma condição
de pressão diferencial (ΔP – perda de carga) constante (obtida
em bancada).
• No entanto, nos processo industriais raramente encontramos perda de carga
constante e sim quedas de pressão variáveis de acordo com o processo.
• É importante salientar que não é a válvula de controle que determina sua
perda de carga, ela absorve o excesso de pressão remanescente no sistema.
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CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO EM UMA 
VÁLVULA - INERENTE
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x (%) – abertura da válvula
Abertura Rápida. Valores típicos para a=0.05 e n=5
Parabólico 
onde 1,4 <n < 2,6
Linear
Igual Porcentagem
onde n = Qmin, quando x = 0. 
R = Qmáx/Qmin (rangeabilidade)
R é a rangeabilidade
])1()1()1([1)( nxaxaxQ 
x
x
k
Q
Q 


xxQ)(
nxxQ )(
xRnxQ )(
x
máx
R
aQ
Q
xQ 
1
)(%
Q(%)
CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO EM UMA 
VÁLVULA - INSTALADA
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Bomba centrífuga com válvula de controle, 
tubulações e resistências em série (que
podem equivaler a grandes trechos de 
tubulação).
• Utilizando-se a curva característica da bomba pode-se determinar a 
característica de abertura da válvula em relação a vazão. A Figura
abaixo mostra as curvas características de instalação de uma válvula
igual porcentagem e uma linear para uma instalação como mostrada
abaixo, a esquerda.
• Nota-se que a característica inerente igual porcentagem, quando instalada, apresenta
relação quase linear, enquanto a característica linear instalada se aproxima da 
característica abertura rápida. 
CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO EM UMA 
VÁLVULA
• Característica de Vazão Instalada
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Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel - DELT/EE-UFMG
CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO EM UMA 
VÁLVULA
• A medida que o fluido 
passa pela restrição a 
velocidade aumenta.
• Lei de Bernoulli: a 
queda de pressão 
imposta pela válvula 
provoca um aumento 
da velocidade do 
fluido.
• A Vena Contracta, 
bem próxima ao ponto 
de maior restrição, é o 
ponto de menor área 
de vazão, maior 
velocidade e menor 
pressão.
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ΔP na
válvula
CAVITAÇÃO E FLASHING
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Posição
P1
P2
P
e
r
fi
l 
d
e
 P
r
e
s
s
ã
o
  PVal
Flashing
Cavitação
Sem CavitaçãoPressão de Vapor (Pv)
Pv
Pv
Vaporiza Condensa
CAVITAÇÃO E FLASHING
• Se a pressão de saída da válvula permanecer abaixo da pressão 
de vapor do líquido, as bolhas permanecerão no fluido, 
provocando o fenômeno do flashing (Vaporização súbita).
• O flashing é definido pela pressão de vapor (Pv) e pela pressão de processo a 
jusante: fatores que não podem ser evitados.
• Materiais endurecidos: solução padrão para aplicações em flashing.
• Se a pressão de saída da válvula permanecer acima da pressão 
de vapor do líquido, poderão surgir bolhas no fluido, cujo interior 
possui pressão muito mais baixa que a pressão externa (Cavitação 
– Implosões no Fluído).
• O resultado são implosões das bolhas provocando o fenômeno do cavitação.
• A cavitação também é definida pela pressão de vapor (Pv) e pela pressão de 
processo a jusante: fatores que não podem ser evitados.
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Região de ruídos e 
danos mecânicos
CAVITAÇÃO E FLASHING
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CAVITAÇÃO
• Consequências
• Danos materiais devido à energia das implosões
• Vibrações
• Ruído de alta intensidade
• Soluções
• Local de instalação
• Injeção de gás na saída
• Placa de orifício para absorver ΔP
• uso de internos anti-cavitantes
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FLASHING
• Consequências
• Deterioração do obturador.
• Soluções
• Válvula de corpo angular
• Internos com restrição
• Saída com camisa mais endurecida
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CAVITAÇÃO E FLASHING
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DIMENSIONAMENTO DE VÁLVULAS DE 
CONTROLE
• Dimensionar válvulas de controle consiste em calcular o CV (coeficiente
de vazão ) necessário para válvula.
• Existem vários programas computacionais para dimensionamento de 
válvulas de controle que calculam rapidamente o CV da válvula
(usualmente disponibilizados por fabricantes de válvulas).
• No entanto, é fundamental entender os elementos que definem este
dimensionamento (com características típicas para o caso de escoamento de 
líquidos, gases e vapores, vapor d’água, escoamento laminar e bifásico).
• Os programas computacionais normalmente implementam as equações
completas, com todos os fatores de correção envolvidos, de modo que a 
capacidade de vazão (CV) obtida seja muito precisa.
• É importante saber estimar o valor do CV por meio de equações simplificadas e 
entender que as correções levam a resultados mais precisos e estáveis para o 
dimensionamento (melhor realizado pelos programas, que fazem correções
sucessivas).
• A equação geral de vazão através da válvula segue a equação de Bernoulli:
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PACQ v  .. A: área de abertura
DIMENSIONAMENTO DE VÁLVULAS DE 
CONTROLE
• Qualquer que seja o fluido, antes de iniciar o cálculo
do CV deve ser efetuada uma verificac ̧a ̃o das 
condições do escoamento, ou seja, se o fluxo é crítico
ou subcrítico. 
• O escoamento é considerado subcrítico, quando a queda de pressão
através da válvula (ΔPV) é menor que a queda de pressão crítica
(ΔPcrítico): ΔPV < ΔPcrítico
• Se ΔPV for maior que ΔPcrítico, o fluxo será considerado crítico: 
ΔPV < ΔPcrítico
• Pressão crítica (Pc) é a pressão de vapor na temperatura crítica.
• As equações a serem utilizadas variam de um caso
para outro e deve-se tomar o devido cuidado para o 
dimensionamento escolhendo-se a equação
adequada.
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DIMENSIONAMENTO DE VÁLVULAS DE 
CONTROLE
• LÍQUIDOS
• Considerando:
• tem-se: 
• Calculado o ΔPs, efetua-se a seguinte análise:
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produto do crítica pressãoP
 válvulada montante à pressãoP
líquido do vapor de pressãoP
 vazãode críticofator C
c
1
v
f




 criticoPPs
;.28,096,0.5,0
;.5,0
11
11
v
c
v
sv
vsv
P
P
P
PPPP
PPPPP










Se 
Se 
crítico é fluxo o 
subcrítico é fluxo o 
,.
,.
2
2
sf
sf
PCP
PCP


DIMENSIONAMENTO DE VÁLVULAS DE 
CONTROLE
• Adotando-se, para líquidos, vazão volumétrica(m3/h) e o sistema
métrico, deve-se usar as seguintes equações no cálculo do Cv:
• Fluxo subcrítico
onde: 
• Fluxo Crítico
onde Cf = fator crítico.
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P
G
qC
f
v

 16,1
(bar) P-P = pressão de queda = P
a);(bar jusante à pressão = P
a);(bar montante à pressão = P
);151 = (água líquido do relativa densidadeG
];/[m vazão= q
21
2
1
0
3

 C
h
f
s
f
f
v
P
G
C
q
C


16,1
DIMENSIONAMENTO DE VÁLVULAS DE 
CONTROLE
• GASES E VAPORES
• Fluxo subcrítico
onde: 
• Fluxo Crítico
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)(295 21 PPP
GTq
Cv


crítico é fluxo o ,5,0 
subcrítico é fluxo o ,5,0 
1
2
1
2
PCPSe
PCPSe
f
f


q = vazão volumétrica [m3 / h];
G = densidade relativa do gás (ar = 1);
T = temperatura do escoamento [K].
1257 PC
GTq
C
f
v 
DIMENSIONAMENTO DE VÁLVULAS DE 
CONTROLE
• Em caso de Vapor Dágua (Steam) tem-se:
a) Vapor Saturado
• Fluxo subcrítico
onde: W = vazão mássica [ton/h]
• Fluxo Crítico
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)(
4,72
21 PPP
W
Cv


1.
7,83
PC
W
C
f
v 
DIMENSIONAMENTO DE VÁLVULAS DE 
CONTROLE
• Em caso de Vapor Dágua (Steam) tem-se:
a) Vapor Superaquecido
• Fluxo subcrítico
• Fluxo Crítico
• Escoamento Laminar
onde: μ = viscosidade (cP)
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)(
).00126,01(4,72
21 PPP
WT
C shv



1
).00126,01(7,83
PC
WT
C
f
sh
v


3
2
.
032,0 







P
q
Cv

DIMENSIONAMENTO DE VÁLVULAS DE 
CONTROLE
• Metodologia para o Cálculo do Cv (efetuado pelos programas
computacionais):
1. Cálculo do ΔP
2. Cálculo do ΔPs (ΔPs = ΔPcrítico)
3. Determinação do tipo de escoamento
4. Cálculo do CV INICIAL 
5. Buscar no Catálogo do fabricante uma válvulacom CV maior ou igual ao 
inicialmente calculado. 
6. Cálculo do FP (Fator de correção devido uso de redutores, p.ex).
7. Cálculo de FR (Fator de Reynolds – correção para escoamento não 
turbulento)
8. Cálculo do CV corrigido 
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RP
INICIALV
CORRIGIDOV
FF
C
C , 
Se o valor do CV escolhido for maior ou igual a este valor a válvula atende as necessidades, 
caso contrário uma nova válvula deverá ser escolhida retornando ao 5º PASSO do 
procedimento apresentado 
CLASSES DE PRESSÃO ANSI
• Distinguem-se as seguintes classes de pressão:
• 150 psi
• 300 psi
• 600 psi
• 900 psi
• 1500 psi
• 2500 psi
• A norma ANSI B16.47 distingue também a classe 75 psi
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ENGAXETAMENTO DE VÁLVULAS
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COMPARAÇÃO DE DIÂMETROS
• Nos processos industriais 
as válvulas podem ser 
aplicadas em 
tubulações de 0,5 in a 48 
in, sendo a maioria delas 
instaladas em 
tubulações de 4 in.
• Podem operar do vácuo 
até pressões acima de 
13000 psi (89,6 MPa).
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Comparação de diâmetros de uma válvula: um 
válvula de 30 in ao lado do funcionário que 
segura uma válvula de 1 in
PREPARAÇÃO PARA MONTAGEM
(EQUIPE DA MEGASTEAM INSTRUMENTAÇÃO & MECÂNICA)
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VÁLVULA COM ATUADOR TIPO PISTÃO
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ATUADOR TIPO CILINDRO DUPLA AÇÃO
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Consequência provável
de injeção abrupta de 
ar frio sobre ar quente.
ATUADOR ELÉTRICO
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VÁLVULA COM CASTELO NORMAL
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VÁLVULA COM CASTELO ALONGADO
• O castelo alongado é usados para prevenir o congelamento das 
gaxetas em aplicações de baixas temperaturas.
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VÁLVULA GLOBO COM SEDE DUPLA
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VÁLVULAS TIPOS E APLICAÇÕES EM
MINERAÇÃO
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VÁLVULAS, TIPOS, APLICAÇÕES
TABELA ISA
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BIBLIOGRAFIA
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2006.
• Mathias, A. C. Válvulas – Industriais, Segurança, Controle – Tipos, Seleção, 
Dimensionamento. São Paulo: ArtLiber Editora, 2008.
• Notas de aula de Instrumentação dos professores Hugo C. C. Michel e Jorge 
Otávio Trierweiler, UFRGS.
• Battikha, N.E. The Condensed Handbook of Measurement and Control, USA, 
The Instrumentation, Systems and Automation Society - ISA, 2004.
• http://www.youtube.com/watch?v=EAD9EdPT0ag&feature=related (Teste de 
válvula de segurança e alívio numa caldeira).
• http://www.youtube.com/watch?v=msB7fBeyN2s&feature=related (Explosão 
de caldeira/Abril 2011).
• http://www.bermo.com.br/produtos/6/Valvulas-de-Bloqueio-e-de-
Controle/?gclid=CMqYlvD13LACFYeo4AodSnbM1w
• http://www.coester.com.br/atuadores_eletricos.htm
• http://portuguese.alibaba.com/product-gs/electro-hydraulic-actuator-
335637566.html
• http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/segmento/valvulas-de-esfera/
• http://www.borrachadobrasil.com.br/2010/?pagina=sigaflux&id=13
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