Livro - Válvulas de controle de Pressão

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Válvulas de Controle 
e Segurança 
 
 
5a. edição 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 Carmen Miranda 52, A 903, CEP 41820-230, Salvador, BA, pelo 
telefone (0xx71) 452-3195, pelo Fax (0xx71) 452.3058 ou pelo e-mail 
marcotek@uol.com.br 
 
 
 
 
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. 
 
 
 
 1.i
Conteúdo 
PREFÁCIO 3 
AUTOR 4 
1 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 13 
5.3. Ação do Atuador 14 
5.4. Escolha da Ação 15 
5.5. Forças atuantes 15 
5.6. Mudança da Ação 16 
5.7. Dimensionamento do Atuador 16 
5.8. Atuador e Outro Elemento Final 17 
 
 1.ii
2 1 
DESEMPENHO 1 
Objetivos de Ensino 1 
1. Aplicação da Válvula 1 
1.1. Introdução 1 
1.2. Dados do Processo 1 
1.3. Desempenho da Válvula 2 
2. Característica da Válvula 2 
2.1. Conceito 2 
2.2. Características da Válvula e do Processo 2 
2.3. Relações Matemáticas 3 
2.4. Característica de Igual Percentagem 3 
2.5. Característica Linear 4 
2.6. Característica de Abertura Rápida 5 
2.7. Característica Instalada 5 
2.8. Escolha da Característica 6 
2.9. Linearização da Característica 7 
2.10. Vazão do Corpo 8 
2.11. Coeficiente de Resistência K 8 
2.12. Coeficiente de Descarga 9 
2.13. Resistência Hidráulica 10 
3. Rangeabilidade 10 
4. Controle da Válvula 11 
4.1. Ganho 11 
4.2. Dinâmica 12 
4.3. Controlabilidade da Válvula 13 
5. Vedação e Estanqueidade 14 
5.1. Classificação 14 
Vazamento 14 
5.2. Vazamento 15 
5.3. Válvulas de Bloqueio 15 
 
 
 1.iii
3. 1 
APLICAÇÕES 1 
Objetivos 1 
1. Dados do Processo 1 
1.1. Coleta de dados 1 
1.2. Condições de Operação 2 
1.3. Distúrbios 3 
1.4. Tempo de resposta 4 
1.5. Tubulação 5 
1.6. Fatores ambientais 5 
1.7. Documentação 5 
1.8. Normas e Especificações 6 
2. Válvula para Líquidos 6 
2.1. Vazão ideal através de uma restrição ideal 6 
2.2. Vazão através da válvula 7 
2.3. Tubulação não padrão 8 
3. Válvula para Gases 10 
3.1. Fluidos Compressíveis 11 
3.2. Fator de expansão 12 
3.3. Relação dos calores específicos 12 
3.4. Fator de compressibilidade 12 
 
 1.iv
4 1 
DIMENSIONAMENTO 1 
Objetivos de Ensino 1 
1. Introdução 1 
2. Coeficiente de vazão 2 
2.1. Introdução 2 
2.2. Dados para o cálculo 2 
2.3. Uso das equações ISA 2 
3. Queda de Pressão na Válvula 3 
3.1. Introdução 3 
3.2. Recomendações 3 
3.3. Queda de pressão e vazão 4 
3.4. Queda de pressão 5 
4. Roteiro de dimensionamento 7 
4.1. Vazão através da válvula 7 
5. Válvula para líquidos 7 
5.1. Líquido 7 
5.2. Fatores de correção 7 
5.3. Exemplo 1 10 
Dados do processo 10 
Solução 10 
6. Válvulas para gases e vapores 11 
6.1. Gases e líquidos 11 
6.2. Equações de dimensionamento 11 
6.3. Vazão crítica ou chocada 11 
6.4. Fator da relação dos calores específicos 12 
6.5. Fator de expansão Y 12 
6.6. Fator de compressibilidade Z 12 
6.7 Ruído na válvula 12 
6.8. Exemplo 2 13 
Dados do processo 13 
Solução 13 
7. Considerações Adicionais 14 
 
 1.v
ISA S75.01-1985 (1995) 15 
EQUAÇÕES DE VAZÃO PARA DIMENSIONAR VÁLVULAS DE CONTROLE 15 
1. Escopo 15 
2. Introdução 15 
2.1. Vazão e propriedades do fluido 15 
3. Nomenclatura 16 
Símbolo 16 
Descrição 16 
Símbolo 17 
Descrição 17 
4. Fluido incompressível – vazão de líquido não volátil 18 
4.1. Equações para vazão turbulenta 18 
4.2. Constantes numéricas 18 
4.3. Fator de geometria da tubulação 18 
4.4. Equações para vazão não turbulenta 19 
5. Fluido incompressível – vazão chocada de líquido volátil 20 
5.1. Equações para vazão chocada de líquido 20 
5.2. Fator de recuperação de pressão do líquido, FL 21 
5.3. Fator de recuperação de pressão combinado do líquido, FLP 21 
6. Fluido compressível – vazão de gás e vapor 21 
6.1. Equações para vazão turbulenta 22 
6.2. Constantes numéricas 226.3. Fator de expansão Y 23 
6.4. Vazão chocada 23 
6.5. Fator de relação de queda de pressão, xT 23 
6.5. Fator de relação de queda de pressão com redutores ou outras conexões, xTP 23 
6.7. Fator de relação dos calores específicos, Fk 24 
6.8. Fator de compressibilidade, Z 24 
 
 1.vi
APÊNDICE A – USO DAS EQUAÇÕES DE VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DE 
VÁLVULAS 25 
APÊNDICE B - DERIVAÇÃO DOS FATORES FP E FLP 26 
APÊNDICE C - VARIAÇÕES DE PRESSÃO NO SISTEMA VÁLVULA DE CONTROLE E 
TUBULAÇÃO 28 
APÊNDICE D: VALORES REPRESENTATIVOS DOS FATORES DE CAPACIDADE DA 
VÁLVULA 30 
APÊNDICE E: FATOR DO NÚMERO DE REYNOLDS 31 
APÊNDICE F: EQUAÇÕES PARA VAZÃO DE LÍQUIDO NÃO TURBULENTA 34 
APÊNDICE G: FATOR DE RELAÇÃO DE PRESSÃO CRÍTICA DO LÍQUIDO, FF 37 
APÊNDICE H - DERIVAÇÃO DE XT 38 
APÊNDICE I: EQUAÇÕES DA VAZÃO DA VÁLVULA DE CONTROLE - NOTAÇÃO SI
 39 
APÊNDICE J: REFERÊNCIAS 41 
 
 1.vii
5 1 
RUÍDO E CAVITAÇÃO 1 
1. Ouvido humano 1 
2. Som e ruído 2 
3. Ruído da Válvula 2 
Vibração mecânica 3 
Ruído hidrodinâmico 3 
Ruído aerodinâmico 4 
4. Controle do Ruído 5 
Tratamento do caminho 5 
Tratamento da fonte 6 
5. Previsão do ruído da válvula 7 
Cálculo da ruído na válvula 7 
Exemplos de cálculo de ruído 8 
6. Cavitação 12 
6.1. Geral 12 
1.2. Cavitação na válvula 13 
4. Velocidade do fluido na válvula 15 
4.1. Introdução 15 
4.2. Projeto do trim 15 
4.3. Erosão por cavitação 16 
4.4. Erosão por abrasão 16 
4.5. Ruído 16 
4.6. Vibração 17 
3. Golpe de Aríete 17 
 
 1.viii
6 1 
INSTALAÇÃO 1 
Objetivos de Ensino 1 
1. Instalação da Válvula 1 
1.1. Introdução 1 
1.2. Localização da Válvula 1 
1.3. Cuidados Antes da Instalação 1 
1.4. Alívio das Tensões da Tubulação 2 
1.5. Redutores 2 
1.6. Instalação da Válvula 2 
1.7. Válvula Rosqueada 2 
1.8. Válvula Flangeada 3 
2. Acessórios e Miscelânea 3 
2.1. Operador Manual 3 
2.2. Posicionador 4 
2.3. Booster 5 
2.4. Chaves fim de curso 6 
2.5. Conjunto Filtro Regulador 6 
2.6. Transdutor Corrente para Ar 6 
2.7. Relés de Inversão e de Relação 7 
3. Tubulação 7 
3.1. Classificação dos Tubos 8 
3.2. Diâmetros dos Tubos 8 
3.3. Espessuras Comerciais 9 
3.4. Aplicações dos Tubos 9 
3.5. Conexões 9 
3.6. Velocidade dos Fluidos 10 
3.7. Dimensionamento da Tubulação 11 
3.8. Válvula com Redução e Expansão 11 
 
 1.ix
7 1 
CALIBRAÇÃO, AJUSTE E MANUTENÇÃO 1 
1. Calibração 1 
1.1. Ajuste de Bancada 1 
1.2. Ajuste do Curso da Válvula 2 
1.3. Calibração do Posicionador 3 
1.4. Montagem e Desmontagem 5 
2. Manutenção 6 
2.1. Conceitos gerais 6 
2.2. Procedimento típico de manutenção 6 
3. Pesquisa de Defeitos (Troubleshooting) 7 
3.1. Erosão do corpo e dos internos 7 
3.2. Vazamento entre sede e obturador 7 
3.3. Vazamento entre anel da sede e o corpo 7 
3.4. Vazamento na caixa de gaxetas 7 
3.5. Desgaste da haste 8 
3.6. Vazamento entre castelo e corpo 8 
3.7. Haste quebrada ou conexão da haste quebrada 8 
3.8. Vazamento excessivo através do selo do pistão 8 
3.9. Válvula não responde ao sinal 8 
3.10. Válvula não atende o curso total 9 
3.11. Curso da válvula lento e atrasado 9 
8 1 
TIPOS 1 
Objetivos de Ensino 1 
1. Parâmetros de Seleção 1 
1.1. Aplicação da Válvula 1 
1.2. Função da Válvula 2 
1.3. Fluido do Processo 2 
1.4. Perdas de Carga 2 
1.5. Condições de Operação 2 
1.6. Vedação 2 
1.7. Materiais de Construção 3 
1.8. Elemento de Controle da Vazão 3 
2. Tipos de Válvulas 4 
3. Válvula Gaveta 6 
3.1. Válvula Gaveta 7 
3.2. Custo 7 
3.3. Característica de vazão 7 
3.4. Descrição 7 
3.5. Vantagens 8 
3.6. Desvantagens 8 
3.7. Aplicações 9 
 
 1.x
4. Válvula Esfera 10 
4.1. Válvula Esfera 11 
4.2. Custo 11 
4.3. Característica 11 
4.4. Descrição 12 
4.5. Vantagens 13 
4.6. Desvantagens 14 
4.7. Aplicações 14 
5. Válvula Borboleta 15 
5.1. Válvula Borboleta 16 
5.2. Custo 16 
5.3. Característica 16 
5.4. Descrição 17 
5.5. Vantagens 18 
5.6. Desvantagens 18 
5.7. Aplicações 18 
5.8. Supressão do ruído 18 
5.9. Válvula Swing 19 
6. Válvula Globo 20 
6.1. Válvula Globo 21 
6.2. Custo 21 
6.3. Característica 22 
6.4. Descrição 22 
6.4. Trim 23 
6.5. Haste 24 
6.6. Castelo 24 
6.7. Corpo 26 
6.8. Conexões 29 
6.9. Materiais de construção 29 
6.10. Vantagens 30 
6.11. Desvantagens 30 
6.12. Aplicações 30 
7. Válvula Diafragma 31 
7.1. Introdução 32 
7.2. Custo 32 
7.3. Característica 32 
7.1. Descrição 32 
7.4. Vantagens 33 
7.5. Desvantagens 33 
7.6. Aplicações 33 
7.7. Válvula Pinch 33 
8. Válvula Macho (Plug Furado) 34 
8.1. Válvula Macho (Plug) 35 
8.2. Custo 35 
8.3. Característica 35 
8.4. Descrição 36 
8.5. Vantagens 36 
8.6. Desvantagens 36 
8.7. Aplicação 36 
 
 1.xi
9 1 
VÁLVULAS ESPECIAIS 1 
Objetivos de Ensino 1 
1. Introdução 1 
2. Válvula de Retenção 1 
2.1. Conceito 1 
2.2. Válvula de Retenção a Portinhola 1 
2.3. Válvula a Levantamento 2 
2.4. Válvula de Retenção Tipo Esfera 3 
2.6. Válvula de Retenção e Bloqueio 3 
2.7. Aplicações 3 
3. Válvula de retenção de excesso de vazão 4 
4. Válvula Auto-Regulada 6 
4.1. Conceito 6 
4.2. Vantagens do Regulador 7 
4.3. Desvantagens do Regulador 7 
4.4. Regulador de Pressão 7 
Folha de Especificação de Válvula Reguladora de Pressão ou Piloto 8 
4.5. Regulador de Temperatura 9 
4.6. Regulador de Nível 9 
Folha de Especificação de Válvula Reguladora de Temperatura 10 
4.7. Regulador de Vazão 11 
5. Válvula Redutora de Pressão 11 
5.1. Conceito 11 
5.2. Precisão da Regulação 12 
5.3. Sensibilidade 12 
5.4. Seleção da Válvula Redutora de Pressão 12 
5.5. Instalação 12 
5.6. Operação 13 
5.7. Manutenção 13 
6. Válvula Solenóide 14 
6.1. Solenóide 14 
6.2. Válvula Solenóide 14 
6.3. Operação e Ação 14 
6.4. Invólucros da Solenóide 15 
Folha de Especificação de Válvula Solenóide 16 
 
 1.xii
10 1 
VÁLVULA DE ALÍVIO E SEGURANÇA 1 
1. Princípios básicos 1 
1.1. Introdução 1 
1.2. Objetivo 1 
1.3. Terminologia 2 
1.4. Normas 4 
2. Projeto e Construção 6 
2.1. Princípio de Operação 6 
2.2. Válvula com mola 6 
2.4. Válvulas com piloto 9 
2.5. Operação prática 10 
3. Dimensionamento 15 
3.1. Introdução 15 
4. Sobrepressão e Alívio 17 
4.1. Introdução 17 
4.2. Condições de Fogo 18 
4.3. Fatores ambientais 19 
4.4. Condições de processo 21 
5. Instalação 24 
5.1. Introdução 24 
5.2. Metodologia 25 
5.3. Aplicação no Reator 28 
5.4. Práticas de instalação 29 
5.5. ASME Unfired Pressure Vessel Code 32 
Folha de Especificação de Válvula de Alívio e Segurança de Pressão 34 
 
 1.xiii
11. 1 
TERMINOLOGIA 1 
1.Escopo 1 
2. Classificação 1 
Ação 4 
Acessório 4 
Altura de velocidade (velocity head) 5 
Amortecedor (Snubber) 5 
AOV 5 
ARC 5 
Atuador 5 
Automática 6 
Av 6 
Backlash 6 
Back Pressurre (contrapressão) 6 
Banda morta 6 
Bench Set 6 
Blowdown 6 
Bomba 6 
Booster, Relé booster de sinal 7 
Bucha (Gaxeta) 7 
Bypass 7 
Calor específico 7 
Capacidade de vazão 7 
Característica da vazão 7 
Carga viva 8 
Castelo 8 
Cavidade do corpo 9 
Cavitação 9 
Chave 10 
Ciclos da vida 10 
Cilindro 10 
Classe ANSI (American National Standards Institute) 11 
Coeficiente de Bernoulli 11 
Coeficiente de descarga 11 
Coeficiente de resistência 11 
Coeficiente de vazão (CV ) 11 
Compressível e lncompressível 11 
Compressor 11 
Conexão terminal 11 
Corpo 12 
Curso (travel, stroke) 12 
Desbalanceada, Dinâmica 13 
Desbalanceada, Estática 13 
Diafragma 13 
Disco 13 
Disco de Ruptura 14 
Distúrbio 14 
Drift (desvio) 14 
Eixo 14 
Elemento de Fechamento 14 
Elemento final de controle 15 
 
 1.xiv
Emperramento (stiction) 15 
Entrada 15 
Equipamento Adjacente 15 
Equipamento Auxiliar 15 
Estados correspondentes 15 
Exatidão (accuracy) 16 
Falha 16 
Fator de compressibilidade 16 
Fator de Recuperação da Pressão (FL) 16 
Fechamento na extremidade morta 16 
Fim de curso mecânico 16 
Flacheamento (Flashing) 16 
Flange 17 
Gaiola 17 
Ganho da válvula de controle 17 
Gás ideal 17 
Gaxeta 17 
Golpe de Aríete 17 
Guia 17 
Haste 18 
Histerese 18 
Indicador do curso 18 
Kv 18 
Lift 18 
Linearidade 18 
Manual 18 
Modulação 19 
MOV 19 
Número de Reynolds 19 
Obturador 19 
Orifício deControle da Vazão 19 
OSHA 19 
Override do sinal 19 
Pedestal (yoke) 19 
Pistão 19 
Plaqueta de dados 20 
Posicionador 20 
Precisão (precision) 20 
Pressão 21 
Queda de pressão 21 
Rangeabilidade da válvula 22 
Recuperação 22 
Redutor e Expansão 22 
Resistência Hidráulica 23 
Resolução 23 
Rosca 23 
Rotatória 23 
Ruído 23 
Schedule da Tubulação 23 
Sede 23 
Selos da Haste 24 
Sensitividade 24 
Sobrepressão 24 
Suprimento 24 
Temperatura crítica 25 
 
 1.xv
Tempo de curso 25 
Transdutor 25 
Trim 25 
Troubleshooting 26 
3. Tubulação 26 
Válvula 26 
Válvula de pé (Foot valve) 30 
Vazão 31 
Vazamento (leakage) 32 
Via (port) 32 
Vedação 32 
Vena contracta 33 
Volante (handwheel) 33 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 34 
 
 
 
 
 
 
 1.1
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 
Construção 
 1.2
usada para trabalhar em posição 
intermediária e a válvula de controle não 
seja apropriada para dar vedação total, 
algumas válvulas de bloqueio 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 realizado através de 
chaves manuais, chaves comandadas por 
pressão (pressostato), temperatura 
(termostato), nível, vazão ou controladores 
Construção 
 1.3
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. 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, 
XIC 
XT 
XV XE 
XY 
Construção 
 1.4
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 
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. 
Esta cavidade se chama sede da válvula. 
A válvula globo é um exemplo clássico de 
válvula com deslocamento linear. 
 
 
 
 
Fig. 1.5. Válvula globo com movimento linear do 
elemento de controle (haste) 
 
 
 
A válvula com elemento rotativo possui 
uma haste ou disco que gira em torno de 
Construção 
 1.5
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) 
3. revestimentos 
Construção 
 1.6
4. engaxetamento 
5. selo 
Corpo 
Como a válvula está em 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 
ambienteexterior. 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), 
vidro, tântalo e borracha. Estes materiais 
Construção 
 1.7
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 teflon 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 
 1.8
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 se 
encaixam, 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 Graylock, 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 
 1.9
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 flangesde 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.17. Válvula liga-desliga de 2 vias 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.18. Válvula de controle de 2 vias 
Construção 
 1.10
 
 
 
 
 
 
 
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: 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. 
Construção 
 1.11
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.25. Castelo selado com fole usado em 
aplicações com fluidos tóxicos e flamáveis 
Construção 
 1.12
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 se junta 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 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. 
Construção 
 1.13
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 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.27. Atuador pneumático e mola 
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 
 
 
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 
Construção 
 1.14
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 um terceiro 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 
 
 
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. 
Construção 
 1.15
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). 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.30. Forças atuantes na válvula 
 
 
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. 
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 
 1.16
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). 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1.31. Atuador reversível diafragma - mola 
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 
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 
Construção 
 1.17
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 
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. 
 
 
 
 
 2.1
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 físicodas 
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 
2.2 
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 malha 
completa 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. 
O objetivo da caracterização da vazão 
é o de fornecer um ganho do processo 
Desempenho 
2.3 
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: 
 
ρ
∆
=
p)x(fCQ v 
 
onde 
Q é a vazão volumétrica do líquido, 
Cv é a capacidade de vazão da válvula 
∆p é a queda de pressão através da 
válvula, 
ρ 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 
20%. Se a posição da válvula é aumentada 
de 2%, indo de 60 a 62%, a vazão ira 
Desempenho 
2.4 
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 logarítmicana 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
FfRlnG 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 
2.5 
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 
válvula depende dos seguintes 
parâmetros: 
1. característica inerente, ou a 
característica para a válvula com queda 
de pressão constante e a 100% de 
abertura, 
2. relação da queda de pressão através 
da válvula com a queda de pressão 
total do sistema, 
3. fator de super dimensionamento da 
válvula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.4. Característica linear inerente e instalada 
 
 
O tipo da característica instalada é útil 
em duas aplicações: 
1. para complementar a curva do 
sensor/medidor de vazão. Se o ganho 
do sensor é for linear e igual a 2 em 
toda a faixa, a característica da válvula 
deve ter uma inclinação de 1/2, 
conseguida quando a relação entre a 
queda de pressão mínima sobre a 
máxima valer 1/2 , 
2. para compensar o ganho do processo 
com ganho aumentando diretamente 
com o aumento da vazão. 
Quando o ganho da válvula variando 
inversamente com a vazão for indesejável, 
Desempenho 
2.6 
deve-se compensa-lo. A característica de 
igual percentagem é a melhor para eliminar 
o efeito da queda de pressão variável 
sobre o ganho da válvula. Quando houver 
grande variação da queda de pressão na 
válvula (queda de pressão mínima sobre a 
máxima é muito pequena), a característica 
de igual percentagem se torna 
praticamente linear. 
A queda de pressão variável reduz a 
rangeabilidade da válvula. Desde que a 
vazão máxima ocorre com a mínima queda 
de pressão na válvula e vice-versa, a 
relação das quedas de pressão determina 
a rangeabilidade efetiva ou instalada da 
válvula: 
 
max
min
ef p
pRR
∆
∆
= 
 
Quando a queda de pressão variar de 
10:1, a rangeabilidade vai de 50 para 15.8. 
É difícil prever o comportamento da 
válvula instalada, principalmente porque a 
característica inerente se desvia muito da 
curva teórica, há não linearidades no 
atuador da válvula, nas curvas das 
bombas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.5. Característica igual percentagem inerente e 
instalada 
 
2.8. Escolha da Característica 
A escolha da característica da válvula e 
seu efeito no dimensionamento é 
fundamental para se ter um bom controle, 
em larga faixa de operação do processo. A 
válvula com característica inerente linear 
parece ser a mais desejável, porém o 
objetivo do projetista é obter uma 
característica instalada linear. O que se 
deseja realmente é ter a vazão através da 
válvula e de todos os equipamentos em 
série com ela variando linearmente com o 
deslocamento de abertura da válvula. 
Como a queda de pressão na válvula varia 
com a vazão (grande vazão, pequena 
queda de pressão) uma válvula não-linear 
normalmente fornece uma relação de 
vazão linear após a instalação. 
As malhas de controle são usualmente 
sintonizadas nos níveis normais de carga e 
assume-se que o ganho total da malha não 
varia com o ganho do processo. Esta 
hipótese é raramente encontrada, na 
prática. O ganho do processo é 
usualmente não linear. Como não se pode 
sintonizar o controlador depois de cada 
variação de carga do processo, é desejável 
selecionar a válvula de controle que irá 
compensar os efeitos das variações de 
carga. 
A escolha da característica correta da 
válvula para qualquer processo requer uma 
analise dinâmica detalhada de todo o 
processo. Há numerosos casos onde a 
escolha da característica da válvula não 
resulta em conseqüências sérias. Qualquer 
característica de válvula é aceitável 
quando: 
1. a constante de tempo do processo é 
pequena (processo rápido), como 
vazão, pressão de líquido e 
temperatura com misturadores, 
2. a banda proporcional ajustada do 
controlador é estreita (alto ganho), 
3. as variações de carga do processo são 
pequenas; menos que 2:1. 
A válvula com característica linear é 
comumente usada em processo de nível 
de líquido e em outros processos onde a 
queda da pressão através da válvula é 
aproximadamente constante. 
A válvula com característica de igual 
percentagem é a mais usada; geralmente, 
em aplicações com