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UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA
Aula 4: 
Sistemas Submarinos para 
Produção de Hidrocarbonetos
Válvulas Submarinas
Disciplina: Engenharia Submarina
Prof. Eugenio F. Simões
http://www.linkedin.com/in/eugenio-fredericci-simoes
AULA 4
Válvulas Submarinas
Referência textual para esta aula:
Bai, Yong; Bai, Qiang. Subsea Engineering Handbook 1a ed. Gulf 
Professional Publishing 2012.
 Capítulo 19 – 19.2.1, 19.2.2 
Válvula Gaveta
VÁLVULA GAVETA
1. O que é uma válvula gaveta?
 Válvula gaveta é um tipo de construção de válvula, que utiliza uma gaveta como 
obturador;
 Válvulas gavetas são utilizadas em aplicações do tipo “on-off”, ou seja, ou 
bloqueiam totalmente o fluxo ou permitem o escoamento (ou totalmente aberta ou 
totalmente fechada);
 Válvulas gaveta não se prestam a restringir/controlar o fluxo – apenas a bloqueá-lo.
 São extensivamente utilizadas em ANMs e Manifolds. Em ANMs, geralmente são 
usinadas no forjado principal do corpo da ANM;
 Permite a passagem de PIG (passagem plena);
Fonte: wikipedia
VÁLVULA GAVETA
2. Quais são os tipos de atuação das válvulas gaveta?
 Basicamente existem 2 classes de atuação:
 Atuação remota – onde é possível comandar a abertura e fechamento das 
válvulas via sistema de controle na superfície.
 A Válvula é equipada com um atuador hidráulico ou elétrico;
 Válvulas com atuadores hidráulicos podem ser do tipo fail-as-is ou fail-safe 
(retorno por mola). Válvulas com atuadores elétricos geralmente são fail-as-is
(atuador elétrico fail-safe ainda requer uma maturação tecnológica);
 Mesmo tendo atuação remota, são especificadas com interface para atuação por 
ROV (interface para torque tool de ROV). Quando a válvula possui retorno por 
mola (fail-safe), tal interface é referida como “manual override”.
 Atuação Manual – Atuação local via interface mecânica;
 No caso de válvula Diver Operated: volante para o mergulhador;
 No caso de ROV: Interface para torque tool de ROV;
Volante para 
atuação por 
mergulhador
Interface padrão 
API para Torque 
Tool de ROV
VÁLVULA GAVETA
3. Componentes da Válvula Gaveta Hidraulicamente Atuada
VÁLVULA GAVETA
Esquema de Atuação:
Neste exemplo, trata-se de uma válvula fail-safe-close. Quando aplica-se pressão 
hidráulica pelo pórtico de pressão (fluido azul), a válvula abre. Ao retirar-se a pressão 
hidráulica, a válvula fecha.
3. Componentes da Válvula Gaveta Hidraulicamente Atuada
VÁLVULA GAVETA
Detalhe da interface para ROV (Manual Override):
Interface para 
torque tool de 
ROV.Quando atuada via manual override, o 
retorno por mola é suprimido.
Ex.:
(a) uma válvula fail-safe-close pode ser 
atuada em manual override para ficar 
na posição aberta;
(b) Uma válvula fail-safe-open pode ser 
atuada em manual override para ficar 
na posição fechada;
Fonte: https://www.offshore-
technology.com/features/feature96758/ 
3. Componentes da Válvula Gaveta Hidraulicamente Atuada
Válvula Gaveta –
Sequência Animada de 
Atuação
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
P
t
FECHADA
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A1
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
P
t
Abertura do Back-Seat
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
Início do movimento da gaveta
A2
A1
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
P
t
Crack-Open com ∆P P MontanteP Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4
P
t
Crack-Open sem ∆P
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
ABERTA – Fim do avanço
A2
A1
A3
A4 A5
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
Início do retorno
A2
A1
A3
A4 A5
R1
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A3
A4 A5
R1A2
A1
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4 A5
R1
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4 A5
R1
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4 A5
R1
P
t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4 A5
R1
R2
P
t
Pinch-Off Sem ∆P
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
t
A2
A1
A3
A4 A5
R2 R3
P
t
R1
Pinch-Off Com ∆P
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4 A5
R2 R4R3
P
t
R1
Fechamento do Back-Sea t
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
VÁLVULA GAVETA – SEQUÊNCIA DE ATUAÇÃO
A2
A1
A3
A4 A5
R2 R3 R4
P
t
R1
FECHADA
P Montante
P Atuador
P Jusante
P Bonnet
Válvula Gaveta – Sistema 
de Compensação
VÁLVULA GAVETA – SISTEMA DE COMPENSAÇÃO
4. Sistema de Compensação
Sistema de compensação
• Evita calço hidráulico do pistão
• Minimiza desequilíbrio causado 
pela coluna hidrostática do fluido de 
atuação
• O compensador consiste de uma 
bexiga (bladder) – o fluido sente a 
pressão do oceano.
Válvula Gaveta – Hidratos
VÁLVULA GAVETA – TRAVAMENTO POR HIDRATO
5. Travamento por hidrato
Hidrato
Aberta
Fechada
Condição de 
despressurização
Hidratos podem travar o curso da gaveta, impedindo a válvula de fechar (ou abrir).
Nota: areia, sólidos e outros componentes que possam se depositar nas cavidades do corpo da válvula 
podem impedir o curso total da gaveta, fazendo com que a válvula não vede plenamente.
Válvula Esfera
VÁLVULA GAVETA
6. O que é uma válvula esfera?
 Válvula esfera é uma válvula cujo obturador é uma esfera 
vazada. Quando o furo é alinhado a válvula promove passagem 
plena;
 Válvulas esfera são utilizadas em aplicações do tipo “on-
off”, ou seja, ou bloqueiam totalmente o fluxo ou permitem o 
escoamento (ou totalmente aberta ou totalmente fechada);
 Válvulas esfera não se prestam a restringir/controlar o fluxo –
apenas a bloqueá-lo.
 Geralmente são utilizadas em aplicações de maior diâmetro;
 O movimento de abertura é rotacional – pela construção, a 
válvula é mais robusta a problemas com hidratos. Também, por 
ser rotacional, em muitos casos não é necessário um 
mecanismo de translação de movimento (como na gaveta, que 
é necessário um mecanismo de translação do movimento 
rotacional, do manual override, para movimento linear).
 Permite a passagem de PIG (passagem plena);
Fonte: https://www.offshore-
technology.com/features/feature967
58/ 
VÁLVULA ESFERA
34
Válvula Esfera – Top Entry
CORPO
ESFERA
SEDE
BONNET
VEDAÇÃO DA HASTE HASTE
TAMPA DO BONNET
MANCAL
VEDAÇÃO SEDE - CORPO
TRUNNION
VÁLVULA ESFERA
35
Válvula Esfera – Side Entry
CLOSURE
ESFERA
SEDE
CORPO
VEDAÇÃO DA HASTE HASTE
BONNET
VEDAÇÃO SEDE - CORPOTRUNNION
CORPO
CLOSURE
VÁLVULA GAVETA
7. Tipos de Vedação
 Double Piston Effect (DPE) – Sistema de vedação que promove vedação bi-direcional, 
ou seja, de “dentro” da esfera para a tubulação;
 Single Piston Effect (SPE) – Sistema de Vedação que promove vedação apenas em um 
sentido (da tubulação para “dentro” da esfera);
 Os dois tipos de sistema de vedação podem ser fornecidos com vedação sede-esfera do 
tipo metal-metal ou metal-resiliente (elastômero);
 É comum uso de válvula esfera com um lado especificado DPE e outro especificado 
SPE. Nestes casos, o projetista visa “aliviar” a pressão contida dentro da válvula (em 
caso de shutdown) para um lado preferencial;
 Ex.: Válvula de bloqueio de um HUB, com lado SPE voltado para o duto. Neste 
arranjo, a válvula deve “aliviar” em direção ao duto, e não em direção ao HUB (que seaberto, vazaria para o oceano).
VÁLVULA ESFERA
37
Válvula Esfera – Tipos de Sede – SPE (Single Piston Effect)
A
Montante Esfera
Sede
corpo
C
B
Cavidade
do 
corpo
Quando a pressão a montante da válvula aumenta sua 
atuação na área diferencial da sede (C = A – B) aumenta 
a tensão de contato entre sede de montante e a esfera.
Sede Unidirecional Sede Unidirecional
VÁLVULA ESFERA
38
Válvula Esfera – Tipos de Sede – SPE (Single Piston Effect)
Montante Esfera
Sede
corpo Cavidade
do 
corpo
Se a pressão na cavidade do corpo aumentar, sua 
atuação na área diferencial da sede (F = D – E) 
pressionará a mola, diminuindo a tensão de contato 
entre a(s) sede(s) do tipo SPE e a esfera até o ponto que 
a pressão da cavidade do corpo será aliviada.
Sede Unidirecional Sede Unidirecional
D E
F
Jusante
VÁLVULA ESFERA
39
Válvula Esfera – Tipos de Sede – DPE (Double Piston Effect)
Montante Esfera
corpo
Sede Bidirecional Sede Bidirecional
D
A Sede
C
B Sede F
E D
Quando a pressão a montante da válvula aumenta sua 
atuação na área diferencial da sede (C = A – B) aumenta a 
tensão de contato entre sede de montante e a esfera.
Se a pressão na cavidade do corpo aumentar, sua 
atuação na área diferencial da sede (F = D – E) aumentará 
a tensão de contato entre a(s) sede(s) tipo DPE e a esfera.
Cavidade
do corpo
VÁLVULA ESFERA
40
Válvula Esfera – Tipos de Sede – SPE x DPE
Esfera
Sede
corpo
VEDA
Sede BidirecionalSede Unidirecional
Cavidade
do 
corpo
NÃO VEDA
VEDA
Válvula Esfera - Atuador
VÁLVULA ESFERA - ATUADOR
42
Atuador Fail-Safe-Close
Scotch Yoke – “garfo escocês”
FA
Fluxo
VÁLVULA ESFERA - ATUADOR
43
FA
Fluxo
Atuador Fail-Safe-Close – Atuada (posição aberta)
Scotch Yoke – “garfo escocês”
VÁLVULA ESFERA - ATUADOR
44
Atuador Fail-Safe-Close
Scotch Yoke – “garfo escocês”
https://www.youtube.com/watch?v=njt3xRXLL98
https://www.youtube.com/watch?v=njt3xRXLL98
Qualidade da Vedação
QUALIDADE DA VEDAÇÃO
Test 
Fluid
Unit 
Leakage
Rate
Rate A Rate AA Rate B Rate C Rate CC Rate D Rate E Rate EE Rate F Rate G
Liquid
mm3/s
No 
visually
detectable
leakage
0,006 x 
DN 0,01 x DN 0,03 x DN 0,08 x DN 0,1 x DN 0,3 x DN 0,39 x DN 1 x DN 2 x DN
Drops/s 0,0001 x DN
0,00016 x 
DN
0,005 x 
DN
0,0013 x 
DN
0,0016 x 
DN
0,0048 x 
DN
0,0062 x 
DN
0,016 x 
DN
0,032 x 
DN
Gas
mm3/s 0,18 x DN 0,3 x DN 3 x DN 22,3 x DN 30 x DN 300 x DN 470 x DN 3000 x DN
6000 x 
DN
Drops/s 0,003 x DN
0,0046 x 
DN
0,0458 x 
DN
0,3407 x 
DN
0,4584 x 
DN
4,5837 x 
DN
7,1293 x 
DN
45,837 x 
DN
91,673 x 
DN
ISO 5208:2015 Table 4 (Industrial Valves – Pressure testing of metallic valves)
DN = denominação de tamanho de duto e componentes associados. O número pode corresponder ao diâmetro interno, ao 
diâmetro externo ou a um valor intermediário.
Especificações usuais para válvulas submarinas na Petrobras:
 Rate C para Válvula Esfera com vedação metal-metal
 Rate A para Válvula Esfera com vedação metal-resiliente
 Rate A para Válvula gaveta de ANM (vedação metal-metal)
 Em alternativa, para válvulas de ANM pode-se utilizar os critérios da API 6A:
 Vazamento máximo com gás de 30 cm3/hora/25,4 mm do diâmetro nominal do bore (ligeiramente acima do 
Rate B da ISO 5208:2015.
 Sem vazamento detectável para teste hidrostático com água e variação da pressão ≤ 5% (ou ≤ que 500psi, o 
que for menor).
8. Qualidade da vedação
QUALIDADE DA VEDAÇÃO
8. Qualidade da vedação
 Vedação Metal-Metal
 Maior durabilidade
 Qualidade da vedação dependente do polimento do metal;
 Maior taxa de vazamento quando comparada com Metal-Resiliente
 Metal-Resiliente
 Menor Durabilidade (envelhecimento e desgaste dos elastômeros);
 Menor taxa de vazamento quando comparada com Metal-Metal (quando os elementos 
de vedação se encontram íntegros);
Choke
QUALIDADE DA VEDAÇÃO
9. O que é uma válvula choke?
 Choke, do inglês, estrangular. É uma válvula projetada para “estrangular” (restringir) o 
escoamento. É utilizada para controlar/regular a vazão;
 O Choke é projetado para trabalhar com restrição severa ao fluxo, que cause alta queda 
de pressão;
 Apesar de ser possível fechar totalmente o obturador, chokes não garantem vedação, 
e portanto não podem ser usados como barreira (bloqueio);
 Chokes não possuem passagem plena (nem quando totalmente abertos). Portanto, 
chokes não permitem a passagem de PIG;
 Porque usar choke submarino?
 Aplicações de injeção de água ou gás em manifold – controlar a vazão que escoa 
para cada ramificação;
 Aplicações de produção – restringir o escoamento de cada poço, para não causar 
drawdown excessivo no poço (canhoneados);
 O atuador do choke é fail-as-is, com opção de atuação manual ROV ou mergulho;
CHOKE
Corpo
Bonnet
Haste
Atuador
Choke com obturador tipo agulha –
Mais susceptível à desgaste
Choke com Obturador tipo Luva –
Design preferido para aplicações 
Submarinas
CHOKE
A relação entre a vazão e a queda de pressão (∆P) é conhecida como Cv.
O Cv é obtido experimentalmente para cada tipo, tamanho e posição de
abertura do choke, usando água em uma condição padrão.
As normas ANSI/ISA 75.01 e ANSI/ISA 75.02 fornecem, respectivamente,
equações de vazão e procedimentos de testes para obtenção do Cv e outros
fatores para o cálculo, tanto para fluidos incompressíveis como para fluidos
compressíveis.
De uma forma simplificada, utilizando-se a água como fluido, o Cv pode ser
obtido a partir da equação abaixo:
P
QCv
∆
γ
=
Q = vazão em galões por minuto
γ = densidade da água @ 60ºF
∆P = diferencial de pressão em psi
Pode-se dizer então que o Cv é numericamente igual ao número de galões (US) de água @ 60ºF (~16 ºC)
que flui através do choke em um período de 1 minuto, quando a pressão diferencial entre a entrada e a
saída é de 1 psi.
10. O que é o Cv do choke?
CHOKE
Importante:
O indicador visual de 
posição do choke indica o 
percentual de excursão da 
haste e não do percentual 
de abertura de passagem 
(%Cv)
CHOKE - ATUADOR
CHOKE - ATUADOR
Indicador visual
Catraca
Mola
Haste do choke
Anel Transmissor (LVDT)
Eixo de conexão
Haste do atuador
Mola de retorno
Pistão
Outros Tipos de Válvulas
OUTROS TIPOS DE VÁLVULAS
11. O que é a Válvula PIG Diverter?
 Trata-se de uma válvula destinada a alinhar o escoamento de uma origem para 
mais de um destino (ramificação);
 Utilizada para direcionar o PIG – possui passagem plena e raio de curvatura 
adequado para a passagem do PIG;
 Vedação entre as ramificações não possui a mesma qualidade de outras válvulas, 
como a gaveta;
 Não é projetada para operar em posições intermediárias ou restringir fluxo ou 
bloquear fluxo.
 Atuador é do tipo fail-as-is, com opção de atuação manual
PIG DIVERTER
https://www.youtube.com/watch?v=qIt75RByJeY
https://www.youtube.com/watch?v=L5iuvi8NlGU
https://www.youtube.com/watch?v=qIt75RByJeY
https://www.youtube.com/watch?v=L5iuvi8NlGU
OUTROS TIPOS DE VÁLVULAS
11. O que é a válvula de retenção (check valve)?
 Trata-se de uma válvula que permite o fluxo apenas em uma direção (bloqueia 
fluxo reverso);
 Não possui atuador. Sua atuação é passiva, comandada pelo fluxo reverso;
 A vedação em fluxo reverso depende de pressão diferencial. Ou seja, a válvula 
não oferece boa vedação em situação em que não há pressão diferencial reversa;
 Possui extensa aplicação nos circuitos de injeção química (diâmetros pequenos);
 Para grandes diâmetros, possui aplicação na descarga de bombas submarinas, 
para evitar fluxo reverso na bomba em situações de shutdown;
https://www.youtube.com/watch?v=8aS3HeAB94g
https://www.youtube.com/watch?v=1hatfBIDuXY
(A) Open (B) Close
Fonte: Mokveld
https://www.youtube.com/watch?v=8aS3HeAB94g
https://www.youtube.com/watch?v=1hatfBIDuXY
GLOSSÁRIO DA AULA
Double Piston Effect (DPE) – Sistema de vedação em válvulas esfera que promove vedação bi-
direcional, ou seja, de “dentro” da esfera para a tubulação;
Drawdown – Diferença entre a pressão do reservatório e a do fundo dopoço;
Single Piston Effect (SPE) – Sistema de Vedação em válvulas esfera que promove vedação apenas 
em um sentido (da tubulação para “dentro” da esfera);
	Universidade veiga de almeida
	Aula 4
	Slide Number 3
	Válvula Gaveta
	Válvula Gaveta
	Válvula Gaveta
	Válvula Gaveta
	Válvula Gaveta
	Slide Number 9
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Válvula Gaveta – Sequência de Atuação
	Slide Number 28
	Válvula Gaveta – Sistema de Compensação
	Slide Number 30
	Válvula Gaveta – Travamento por hidrato
	Slide Number 32
	Válvula Gaveta
	Válvula Esfera
	Válvula Esfera
	Válvula Gaveta
	Válvula Esfera
	Válvula Esfera
	Válvula Esfera
	Válvula Esfera
	Slide Number 41
	Válvula Esfera - Atuador
	Válvula Esfera - Atuador�
	Válvula Esfera - Atuador�
	Slide Number 45
	Qualidade da Vedação
	Qualidade da Vedação
	Slide Number 48
	Qualidade da Vedação
	Choke
	Choke
	Choke
	Choke - atuador
	Choke - atuador
	Slide Number 55
	Outros Tipos de Válvulas
	PIG Diverter
	Outros Tipos de Válvulas
	GLOSSÁRIO DA AULA
	Slide Number 60