Projeto de sistemas de Vapor parte 4 - Controle de Pressão e Temperatura

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Projeto de Sistemas de Vapor
Projeto de Sistemas de Vapor
Aplicação de Vapor
Controle de Pressão e Temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor
Redução de Pressão
Projeto de Sistemas de Vapor
 Com a diminuição da pressão, pode-se conseguir uma maior vida útil das 
máquinas, equipamentos e acessórios do sistema de vapor;
 Observando as curvas características do vapor e a tabela de vapor saturado, 
notaremos que o calor latente aumenta com a diminuição da pressão, com isso 
consegue-se uma maior eficiência de troca térmica e uma redução no tempo de 
aquecimento do processo com pressão reduzida;
 Além disso, com a redução da pressão é possível conseguir uma considerável 
economia no consumo de vapor, conforme mostrado no exemplo a seguir:
Por que reduzir a Pressão?
Projeto de Sistemas de Vapor
 
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Dados: Quantidade de Combustível (Óleo BPF):100.000 Kg
Pressão de trabalho: 8 Kgf/cm2
Calor específico do Óleo BPF: 0,5 Kcal/ ºC Kg
Temperatura inicial: 30 ºC
Temperatura final: 60 ºC 
Qc = m . c . ∆T
 CL . χ
Onde:
m - massa (kg)
c - calor específico
∆T - diferencial de temperatura
CL - calor latente do vapor (kcal/kg)
χ - título do vapor
Considerando uma pressão de trabalho de 8 Kgf/cm² (calor latente = 485,6 Kcal/Kg) e o título 
do vapor igual a 0,8 teremos:
Q =  ⇒ Q = 3.861,20 Kg/h de vapor
0,8 x 485,6
100.000 x 0,5 x (60-30)
Por que reduzir a Pressão?
Projeto de Sistemas de Vapor
Dados: Quantidade de Combustível (Óleo BPF):100.000 Kg
Pressão de trabalho: 8 Kgf/cm2
calor específico do Óleo BPF: 0,5 Kcal/ ºC Kg
temperatura inicial: 30 ºC
temperatura final: 60 ºC 
Se reduzíssemos a pressão de trabalho para 4 Kgf/cm² (calor latente = 503,7 
Kcal/Kg), mantendo o título, teríamos: 
Q =  ⇒ Q = 3.722,45 Kg/h de vapor
0,8 x 503,7
100.000 x 0,5 x (60-30)
Uma redução de 5,0% no consumo de vapor! 
Por que reduzir a Pressão?
Projeto de Sistemas de Vapor
Somando-se à melhoria do título do vapor:
Qc = m . c . ∆T
 CL . χ
Onde:
m - massa (kg)
c - calor específico
∆T - diferencial de temperatura
CL - calor latente do vapor (kcal/kg)
χ - título do vapor
Para título do vapor igual a 0,8 teremos:
 m. Cp. Dt m. Cp. Dt
Qi = ----------------- ⇒ Qi . 0,8 = ----------------------
 Cl. 0,8. T Cl. T 
Para título do vapor igual a 0,95 teremos:
 m. Cp. Dt m. Cp. Dt
Qi = ----------------- ⇒ Qi . 0,95 = ----------------------
 Cl. 0,95. T Cl. T 
Por que reduzir a Pressão?
Projeto de Sistemas de Vapor
Somando-se à melhoria do título do vapor:
Qc = m . c . ∆T
 CL . χ
Onde:
m - massa (kg)
c - calor específico
∆T - diferencial de temperatura
CL - calor latente do vapor (kcal/kg)
χ - título do vapor
Qf x 0,95 = Qi x 0,8 ⇒ Qf = 0,84 . Qi kg/h ⇒ Qf = 84% de Qi.
Ou seja, com a simples instalação de um separador 
de umidade conseguiremos uma economia da 
ordem de 16%. 
Por que reduzir a Pressão?
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas Auto Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
TIPOS:
• AÇÃO DIRETA
CARACTERÍSTICA: 
Única sede (Principal)
• PILOTO OPERADA
CARACTERÍSTICA: 
Duas sedes (Principal e Piloto)
Válvulas Auto Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
- Vapor, ar comprimido, líquidos e outros gases;
- São compactas, o que permite maior aproximação do equipamento.
- Não podem trabalhar em condições de escoamento crítico onde P2 é 
igual ou menor que 1/2 P1;
- Recomendadas para um só equipamento onde não haja variações 
de pressão montante da mesma ou grande variações de fluxo;
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento:
Chegada do fluido (pressão) 
junto com a força da mola no 
obturador contra a sede, 
mantendo a válvula fechada.
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento:
Girando a canopla no sentido 
horário, comprime-se a mola, 
que movimenta o eixo e a 
sede, permitindo assim a 
passagem do fluido.
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento:
O fluido então ocupa a outra 
câmara da válvula, a 
tubulação jusante, e entrará 
em equilíbrio com a mola.
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento:
A pressão a jusante aumenta 
e atua através do fole para 
conter a força da mola e 
fechar a sede quando a 
pressão for a de ajuste.
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento:
Depois de equilibrada e com 
a sede fechada (set- point) 
todo o processo de controle 
se repete.
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
- Ranges:
 Mola cinza = 0,14 à 1,7 barg
 Mola verde = 1,4 à 4,6 barg
 Mola laranja = 3,5 à 8,6 barg
- Benefícios:
- Segurança no ajuste da pressão devido ao pino de trava da canopla;
- Projeto compacto e leve, reduz custos de instalação;
- Utilizando internos em aço inoxidável proporciona longa vida útil e 
redução dos problemas de manutenção.
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Dimensionamento:
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Panelões Encamisados
Equipamentos de 
Lavanderias
Instalações Típicas:
Válvulas de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Mola de Controle
Conexão para o tubo de 
equilíbrio
Mola de Retorno
Saída da pressão regulada
Diafragma Principal
Ajuste da Pressão
Diafragma do Piloto
Sede do Piloto
Sede da Válvula Principal
Entrada do Fluxo
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
- Vapor, ar comprimido, líquidos e outros gases;
- Pilotos intercambiáveis permitem um controle de mais de uma variável.
- P1 pode variar até mais ou menos em 30% da diferencial sem provocar 
variações na pressão jusante;
- Fluxo pode variar de zero a máxima capacidade, pois, o piloto, não permitirá 
uma grande variação da pressão
- Recomendada para fornecimento de vários equipamentos, podendo operar com 
fluxo crítico;
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
VÁLVULA 25 SÉRIE
Pressão
Elétrico
Base Temperatura
Pressão
Tipos de Pilotos
Projeto de Sistemas de Vapor
Detalhe da Válvula 25P:
Tipos de Pilotos
Projeto de Sistemas de Vapor
Tipos de Pilotos
Detalhe da Válvula 25PT:
Projeto de Sistemas de Vapor
Detalhe dos Pilotos 25PE, 25TE e 25 PPE:
Tipos de Pilotos
Projeto de Sistemas de Vapor
Detalhe da válvula 25G (para Gás Natural):
Tipos de Pilotos
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25P:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25P:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25P:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25P:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25P:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25P:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25P:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25P:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25T:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25T:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25T:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25T:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25T:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25T:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Funcionamento 25T:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Ranges das molas do piloto P:
- Mola amarela = 0,2 à 2,1 barg
- Mola azul = 1,4 à 7,0 barg
- Mola vermelha= 5,6 à 14,0 barg
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas deVapor
Combinação de Pilotos:
- Piloto P = Pressão; 
 - Piloto PE = Pressão e Elétrico; 
 - Piloto PD
= Pressão c/ comando distância; 
 - Piloto T = Temperatura p/ 
aquecimento; - Piloto 
TE = Temperatura e Elétrico; 
 - Piloto E = Elétrico; 
 - Piloto BP
= Alívio pressão; 
 - Piloto PT = Pressão e Temperatura; 
 - Piloto PTE = Pressão, 
Temperatura e Elétrico; - 
Piloto CEL = Comando eletrônico PID; 
 - Piloto PCEL = Pressão e temp. c/ comando PID; 
 - Piloto TI = Temperatura 
p/ resfriamento; - Piloto G
= Gás Natural.
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
0000 1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070 8080 9090 100100
SuperSuper
DimensionadaDimensionada
SubSub
DimensionadaDimensionada
Faixa deFaixa de
OperaçãoOperação
Dimensionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Para Vapor:
Dimensionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Exemplo:
Condições de Trabalho:
P1 = 9 barg
P2 = 7 barg
Q = 250 Kg/h
Logo, a válvula de DN 3/4” é adequada.
Dimensionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Pelo Ábaco:
Condições de Trabalho:
P1 = 9 barg
P2 = 7 barg
Q = 250 Kg/h
Dimensionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Para Líquidos:
Dimensionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Dimensionamento
Para Ar Comprimido:
Projeto de Sistemas de Vapor
Instalações Típicas:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Instalações Típicas:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Instalações Típicas:
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
 
 
 
 
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas Piloto-Operadas
Projeto de Sistemas de Vapor
Controle de Temperatura
Projeto de Sistemas de Vapor
Termômetro
Termômetro
Água Quente para 
o Processo
Purgador
Serpentina
Alarme
Vapor
Água Fria
Controle de Temperatura Manual Simples
Projeto de Sistemas de Vapor
Aparelho de Controle
(Válvula)
Processo
(Tanque)
Sensor
(Olho)
Atuador
(Músculo do Braço)
MANIPULAÇÃO 
VARIÁVEL
CONDIÇÃO 
CONTROLADA
Controlador
(Cérebro)
Elementos do Controle Automático
Projeto de Sistemas de Vapor
O processo é seguro, estável e preciso?
Qual o gasto com um operador 
permanente no local?
O operador será capaz de antecipar as variações 
do processo?
O que acontece com o Sistema de Controle Manual?
Projeto de Sistemas de Vapor
A Válvula de Controle 
controla a vazão do fluido 
no processo, através de 
um orifício de área 
variável.
O que a Válvula de Controle faz?
Projeto de Sistemas de Vapor
Plug da Válvula
Vazão do 
Fluido
Sede da Válvula
Força do Atuador
Pressão Diferencial (∆P)
Pressão P1 Pressão P2
Plug da Válvula
Vazão do 
Fluido
Sede da Válvula
Força do Atuador
Pressão Diferencial (∆P)
Pressão P1 Pressão P2
Válvula de duas vias com sede simples
Projeto de Sistemas de Vapor
Força do Atuador
Vazão do Fluido
Válvula de duas vias com sede dupla
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas de Controle de Temperatura de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvula
Sensor
Válvulas de Controle de Temperatura de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Aquecimento Resfriamento
Movimento causado 
pela mudança de 
temperatura no Sensor
Haste
Mecanismo com pistão 
acionado por mola para 
ajuste de temperatura
Sensor de 
Temperatura
Fluxo
Plug
Haste
Plug
Válvulas de Controle de Temperatura de Ação Direta
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas de Controle de Temperatura de Ação Direta
Funcionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas de Controle de Temperatura de Ação Direta
Funcionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas de Controle de Temperatura de Ação Direta
Funcionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas de Controle de Temperatura de Ação Direta
Funcionamento
Projeto de Sistemas de Vapor
Fator CV
Diâm. 1/2” 3/4” 1”
CV 2,5 3,75 6,60
Dimensionamento
Pelo Gráfico:
Projeto de Sistemas de Vapor
Fator CV
Diâm. 1/2” 3/4” 1”
CV 2,5 3,75 6,60
Dimensionamento
Pelo Gráfico:
Projeto de Sistemas de Vapor
Fator CV
Diâm. 1/2” 3/4” 1”
CV 2,5 3,75 6,60
Dimensionamento
Pelo Gráfico:
Projeto de Sistemas de Vapor
Fator CV
Diâm. 1/2” 3/4” 1”
CV 2,5 3,75 6,60
Dimensionamento
Pelo Gráfico:
Projeto de Sistemas de Vapor
Instalações Típicas
Armazenamento de Água Quente
Projeto de Sistemas de Vapor
Instalações Típicas
Tanques de Água de Alimentação de Caldeiras
Projeto de Sistemas de Vapor
Instalações Típicas
Tanques Serpentinados
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas de Controle de Temperatura Atuadas Elétrica ou 
Pneumaticamente
Projeto de Sistemas de Vapor
CONTROLADORCONTROLADORSENSOR ATUADORATUADOR
VÁLVULAVÁLVULAVÁLVULA
Elementos do Controle Automático
Projeto de Sistemas de Vapor
Atuador 
Pneumático/
Elétrico
Tanque/Trocador de 
Calor/ Estufa
Condição de 
Controle
Variável Manipulada
Ar Comprimido (0,2 a 1,0 bar)
Corrente Elétrica 4 a 20 mA
Válvula de
2 ou 3 vias
Sensor de 
Pressão/Temp.
Set point remoto
Variável Medida
Sinal de Temperatura / Pressão
Proporcional (P)
Prop +Integral (P+I)
Prop. + Int.+ 
Derivativo (P+I +D)
Dispositivo 
de 
Controle
Dispositivo 
de 
Controle
Set PointSet Point
Elemento 
de 
Controle
Elemento 
de 
Controle
ProcessoProcesso
ControladorControlador
Elemento 
de Medida
Elemento 
de Medida
Elementos do Sistema Típico de Controle de Processos
Projeto de Sistemas de Vapor
KE/ KEA 41/ 43- WCB- DN 15-
200-PN 25, 150# e 300#
KE/ KEA 71 e 73 -Ferro Dúctil - 
DN 15-50 e DN 15-200- PN 16 
e 25, classe 150# e 250# 
KE/ KEA 61/ 63 - Aço Inox - DN 
15-50 e DN 15-200
Válvula Globo Sede Simples Série KE
Projeto de Sistemas de Vapor
Obturador e sede endurecidos para alta 
resistência a erosão durante a cavitacão, 
Flashing ou fluxo em bifásico
KE - (1/2” - 1. 1/4”) DN 40 – 100 mm 
Obturador Guiado
Projeto de Sistemas de Vapor
Material 
dos 
Internos
Limite 
Temp. 
ºC
Dureza 
Rockwell 
C
Resistência 
a Corrosão
Resistência 
a Erosão
 
•INOX. 316
 
-254 +315
 
8
 
Excelente
 
Moderada
 
•INOX. 420
 
-100 +427
 
40
 
Moderada
 
Boa
 
•INOX. 431
 
-100 +427
 
44
 
Moderada
Boa/ 
Excelente
 
•INOX. 
440C
 
-46 +427
 
55-60
 
Moderada
 
Excelente
 
•Stellite 
nº6
 
-254 + 815
 
44
 
Excelente Boa
 
•Monel K
 
-240 +315
 
32
 
Boa a 
excelente
 
Moderada 
a Boa
Materiais de Fabricação (Internos)
Projeto de Sistemas de Vapor
Erosão Corrosiva e Abrasiva
Projeto de Sistemas de Vapor
•Abertura Rápida
•Igual Porcentagem
•Linear
•Parabólica Modificada
Características de Vazão
Projeto de Sistemas de Vapor
 A cada incremento na abertura da válvula, a vazão aumenta 
proporcionalmente.
 ABERTURA VAZÃO INSTANTÂNEA
 20% 20%
 33% 33%
 48% 48%
 51% 51% 
Características de Vazão
1. Característica Linear
Projeto de Sistemas de Vapor
 A cada incremento na abertura da válvula aumentaa vazão 
instantânea por uma porcentagem constante da vazão anterior.
 ABERTURA % INCREMENTO VAZÃO INSTANTÂNEA
 20% --- 4%
 30% +50% 6%
 40% +50% 9%
 50% +50% 13.5% 
Características de Vazão
2. Característica Igual Porcentagem
Projeto de Sistemas de Vapor
 A cada incremento na abertura da válvula, a vazão aumenta 
desproporcionalmente
 ABERTURA VAZÃO INSTANTÂNEA
 10% 90%
 20% 92%
 80% 97%
 100% 100% 
Características de Vazão
3. Característica Abertura Rápida
Projeto de Sistemas de Vapor
% de Abertura da Válvula
1. Linear
2. Igual Porcentagem
3. Abertura Rápida
4. Borboleta
5. Esfera
50% 100%
Abertura
0
50%
100%
%
 d
e 
V
az
ão 1
2
3 4
5
Características de Vazão
Projeto de Sistemas de Vapor
Abertura Rápida Linear Igual 
Porcentagem
Características de Vazão
Tipos de Plugs
Projeto de Sistemas de Vapor
Queda de Pressão Através da Válvula = 3 Bar
10 bar g
Válvula Aberta Totalmente
7 bar g
Queda de Pressão através da Válvula
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas de Controle de Duas Vias
Projeto de Sistemas de Vapor
Controle de Temperatura Eletro-pneumático 
Válvula de 2 vias com 
Atuador e Posicionador
Controlador
Sensor
Trocador de Calor 
Vapor/Líquido
Válvulas de Controle de Duas Vias – Aplicações Típicas
Projeto de Sistemas de Vapor
Secagem e Pré-Aquecimento de Ar
Válvula 2 vias com 
atuador elétrico
Controlador
Sensor
Válvulas de Controle de Duas Vias – Aplicações Típicas
Projeto de Sistemas de Vapor
Sistemas com Abertura Lenta
Válvula 2 vias com atuador elétrico
timer
Válvulas de Controle de Duas Vias – Aplicações Típicas
Projeto de Sistemas de Vapor
Controle de Vazão
Medidor de Vazão
Válvula 2 vias com 
Atuador e 
Posicionador
Controlador
Filtro Regulador
Válvulas de Controle de Duas Vias – Aplicações Típicas
Projeto de Sistemas de Vapor
Controle de Pressão
Filtro Regulador
Controlador 
Pneumático
Válvula 2 vias com 
Atuador e 
Posicionador
Válvulas de Controle de Duas Vias – Aplicações Típicas
Projeto de Sistemas de Vapor
Controle de Óleo Térmico
Válvula 2 vias com 
Atuador e 
Posicionador
Filtro 
Regulador
Controlador
Sensor
Válvulas de Controle de Duas Vias – Aplicações Típicas
Projeto de Sistemas de Vapor
VÁLVULA 
CONVERGENTE
Frio
Quente
Combinação 
ou Mistura da 
Vazão A
B
A
B
B
AB A
Para o 
Sistema ou 
ProcessoEntrada
Desvio 
de Fluxo
VÁLVULA 
DIVERGENTE
Válvulas de Controle de Três Vias
Projeto de Sistemas de Vapor
Função Misturadora Serviço Divergente
A
B
AB AAB
B
Tipo de Plug
ABA
B
ABA
B
AAB
B
AAB
B
Tipo de Plug
Válvulas de Controle de Três Vias
Projeto de Sistemas de Vapor
Bomba de 
circulação da linha 
secundária
Retorno de 
Água 
secundária
Fluxo de água secundário
Válvula de 3 vias 
Entrada primária 
de água
Saída primária 
de água
Aquecimento Água/Água com válvula de 3 Vias utilizada para divergir
Válvulas de Controle de Três Vias – Aplicações Típicas
Projeto de Sistemas de Vapor
Fluxo de ar
Baterias Chiller
Válvula de 3 vias
Bomba de 
circulação 
de água
Controle de resfriamento de água com válvula de 3 vias usada para 
misturar
Válvulas de Controle de Três Vias – Aplicações Típicas
Projeto de Sistemas de Vapor
Atuadores
Projeto de Sistemas de Vapor
Entrada de ar
Mola
Diafragma
Curso
Atuadores Pneumáticos
Projeto de Sistemas de Vapor
Atuador de ação 
direta, ou seja,
na falta de ar de 
alimentação
a válvula abre.
Atuador de ação 
reversa, ou seja, 
na falta de ar de 
alimentação a 
válvula fecha.
Atuadores Pneumáticos
Projeto de Sistemas de Vapor
Dimensionamento de Válvula e Atuador
Projeto de Sistemas de Vapor
O motor atua tanto na posição reversa como 
direta.
Tensão de alimentação: 220 volts, 100 volts 
ou 24 volts.
Pode ser fornecido com posicionador ou 
potenciômetro.
Atuadores Elétricos
Projeto de Sistemas de Vapor
Entrada de Ar
Movimento com 
aumento da 
pressão de Ar
Ação Direta: 
Força para fechar, 
normalmente aberta 
Atuadores e Válvulas
Válvula de Controle de Ação Pneumática Direta:
Projeto de Sistemas de Vapor
Entrada de Ar
Movimento com 
aumento da 
pressão do Ar
Ação Reversa: 
Força para abrir 
normalmente fechada
Atuadores e Válvulas
Válvula de Controle de Ação Pneumática Reversa:
Projeto de Sistemas de Vapor
Entrada de Ar
Movimento com 
aumento da 
pressão de Ar
Força para abrir, 
normalmente fechada
Atuadores e Válvulas
Válvula de Controle de Ação Pneumática Direta:
Projeto de Sistemas de Vapor
ArAr
ArAr ArAr
ArAr
Ação do Atuador Direta
Direta Direta
DiretaReversa Reversa
Reversa Reversa
Válvula Aberta Válvula Fechada
Ação da Válvula
Na falha do Ar
Válvula de Duas Vias
Projeto de Sistemas de Vapor
Ação do Atuador Direta Reversa
Na falha do Ar
ArAr
ArAr
Sede superior fechada. 
Sede inferior aberta
Sede inferior fechada. 
Sede superior aberta
Válvula de Três Vias
Projeto de Sistemas de Vapor
POSICIONADORES
PNEUMÁTICO / PNEUMÁTICO
ELETRO / PNEUMÁTICO
ELETRO / PNEUMÁTICO (segurança intrínseca)
CONVERSORES
Transforma o sinal elétrico em pneumático
FILTRO COALESCENTE E REGULADOR DE PRESSÃO
VÁLVULA SOLENÓIDE DE 3 VIAS
Acessórios Opcionais
Projeto de Sistemas de Vapor
Alimentação do 
compressor de Ar para o 
posicionador 2 - 6 bar g
Sinal de Ar para 
sistemas de controle 
0.2 - 1.0 bar g
Saída de Ar do posicionador 
para o diafragma do atuador 
0 - 6 bar g
Ilustração básica do Posicionador
Posicionadores
Projeto de Sistemas de Vapor
Alimentação do 
Compressor de Ar
Sinal 
Pneumático
Saída de Ar do 
Posicionador para Atuador
Sinal 
Eletrônico
Alimentação do 
Compressor de Ar
Válvula Pneumática/Atuador operado por Sinal de Controle 
usando Conversor I para P e Posicionador P para P
Posicionadores
Projeto de Sistemas de Vapor
Posicionadores
Projeto de Sistemas de Vapor
Posicionadores
Projeto de Sistemas de Vapor
EXEMPLO: 
Sinal Enviado = 50 % de abertura
Sinal da Válvula = 46 % de abertura
Resultado = o posicionador aumenta o sinal até a válvula ficar em 50% de abertura.
POSICIONADOR:
Recebe um sinal elétrico ou pneumático do Controlador, envia um sinal pneumático 
para a válvula de controle, e verifica se o curso da válvula está na posição correta. 
Caso o curso da válvula esteja fora de posição, o posicionador recebe esta 
informação e corrige a posição, aumentando ou diminuindo o sinal para a válvula.
Diferença entre Posicionador e Conversor
Projeto de Sistemas de Vapor
EXEMPLO: 
Sinal Enviado = 50 % de abertura
Sinal da Válvula = 46 % de abertura
Resultado = o conversor não envia o sinal, pois acha que a válvula está em 50% de 
abertura.
CONVERSOR:
 Recebe um sinal elétrico do controlador e envia um sinal pneumático para a válvula 
de controle. 
O conversor não verifica se o curso da válvula está na posição correta, por isso não 
existe uma correção de posicionamento.
Diferença entre Posicionador e Conversor
Projeto de Sistemas de Vapor
EXEMPLO: 
Sinal Enviado = 50 % de abertura
Curso da Válvula = 46 % de abertura
Ocorre devido a desgastes de juntas e anéis de vedação. A haste da válvula pode 
sofrer leves atritos, provocando a histerese ou agarramento.
Este fenômeno também pode ocorrer devido a uma instalação incorreta do atuador 
ou da válvula de controle. 
Histerese ou Agarramento
Projeto de Sistemas de Vapor
• Classe III - 0,05% do valor de CV
• Classe IV - 0,01% do valor de CV
• Classe V - 5x10-4 ml / min de água, por polegada do diâmetro do orifício, por 
psi diferencial
• Classe VI – número de “bolhas por minuto”
CV - é a quantidade de água (GPM),a 60 ºF, que passa através da válvula com 
um diferencial de pressão de 1 PSI.
Classe de Vedação
Projeto de Sistemas de Vapor
Sistemas de Controle
Projeto de Sistemas de Vapor
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
PRODUZ UMA ABERTURA 
GRADUAL
Válvulas de Alívio
Projeto de Sistemas de Vapor
PRODUZ UMA ABERTURA 
INSTANTÂNEA
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
 Válvula de Segurança
Dispositivo automático de alívio de pressão caracterizado por uma abertura 
instantânea (“pop”) uma vez atingida a pressão de abertura. Utilizadas em serviço 
com fluídos compressíveis (Gases e Vapores).
 Válvula de Alívio
Dispositivo automático de alívio de pressão caracterizado por uma abertura 
progressiva e proporcional ao aumento de pressão acima da pressão de abertura. 
Utilizadas em serviço com fluídos incompressíveis (Líquidos).
Definições:
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
 Válvula de Segurança e Alívio
Dispositivo automático de alívio de pressão adequado para trabalhar como válvula 
de segurança ou válvula de alívio , dependendo da aplicação desejada.
Definições:
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA)
É a pressão máxima de trabalho de um vaso, compatível 
com o código de projeto, a resistência dos materiais 
utilizados, as dimensões do equipamento e seus 
parâmetros operacionais.
Pressão de Operação
É a pressão a que está sujeito o vaso em condições 
normais de operação. Uma margem razoável deve ser 
estabelecida entre a pressão de operação e a de trabalho 
máxima admissível. Para uma operação segura, a pressão 
de operação deve ser pelo menos 10% menor que a 
PMTA.
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
Pressão de Abertura (“Set Pressure”)
Pressão manométrica na qual a válvula é ajustada 
para abrir.
Pressão de Fechamento
Pressão em que a válvula fecha, retomando a sua 
posição original, depois de restabelecida a normalidade 
operacional, e é igual a pressão de abertura menos o 
diferencial de alívio.
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
Terminologia
Projeto de Sistemas de Vapor
Terminologia
Projeto de Sistemas de Vapor
Diferencial de Alívio (“BlowDown”)
Diferença entre a pressão de abertura e a de 
fechamento. Expressa em porcentagem da pressão de 
abertura.
Sobrepressão
Incremento de pressão acima da pressão de abertura 
da válvula que permitirá a máxima capacidade de 
descarga. Normalmente expressa em porcentagem da 
pressão de abertura.
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
Valores de Sobrepressão adotados no Dimensionamento:
Equipamento
Norma de 
Projeto Fluido Critério Sobrepressão
Caldeiras ASME I Vapor
Bloqueio Inadvertido ou 
Falha Operacional 3%
Vasos de Pressão ASME VIII Todos Falha Operacional 10%
Vasos de Pressão ASME VIII Todos
Falha Operacional 
( Válvulas Múltiplas) 16%
Vasos de Pressão ASME VIII Todos Fogo 21%
Tubulação Todos Falha Operacional 33%
Bombas Líquidos Falha Operacional 25%
Compressores Gases Falha Operacional 10%
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
O funcionamento das Válvulas de 
Segurança e Alívio baseia-se no 
equilíbrio entre a força provocada 
pela carga (da mola, que pressiona 
o disco de vedação contra o bocal) 
e a força decorrente da pressão de 
operação do vaso (estática), 
aplicada na parte inferior do disco 
de vedação. 
Princípio de Funcionamento:
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
A medida que a pressão no vaso 
aumenta, a diferença (Força da mola-
Força do fluido) diminui até tornar-se zero, 
pois a Força da mola permanece 
constante enquanto a válvula permanece 
fechada.
Princípio de Funcionamento:
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
Quando a pressão no vaso atinge o 
valor da pressão de abertura, 
rompe-se o equílibrio entre a Força 
da mola e Força do fluido, e inicia-
se o escoamento do fluído da parte 
interna para a parte externa do 
bocal da válvula, iniciando-se assim 
o processo de alívio de pressão do 
vaso.
Princípio de Funcionamento:
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
Quando a pressão no equipamento 
atinge o valor máximo permitido pelo 
código de projeto, o disco estará no 
seu curso máximo e a válvula 
totalmente aberta (Força da 
mola=Força do fluido). 
A válvula deve ter uma área de 
passagem suficiente para aliviar todo 
o volume previsto e evitar o aumento 
de pressão acima dos valores 
estabelecidos em projeto.
Princípio de Funcionamento:
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
 Quando a válvula for instalada deverá ser previsto espaço para trabalhos de 
inspeção e manutenção;
 As válvulas deverão ser instaladas próximas dos equipamentos que irão proteger;
 Deve-se evitar instalar as válvulas na posição horizontal, pois pode ocorrer o 
acúmulo de resíduos que tendem a restringir ou bloquear a válvula. Programação de 
inspeção especial;
 A máxima perda de carga permissível a montante, para a maior envolvida, não 
poderá ultrapassar o valor de 3% da pressão de ajuste;
 A jusante o diâmetro nominal da linha não deve ser inferior ao da tomada de 
saída da válvula;
Instalação:
Válvulas de Segurança
Projeto de Sistemas de Vapor
Instalação:
Válvulas de Segurança