Aula10-Instrumen-Valvulas-p2-2sem2014

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TEQ141 – Sistemas de Controle e 
Instrumentação
Válvulas de Controle:
Dimensionamento e
Desempenho de válvula
Profª Ninoska Bojorge
Departamento de Engenharia Química e de Petróleo – UFF
DESEMPENHO DE UMA VÁLVULA
Influenciado por:
� Cavitação, 
� Flashing, 
� Ruído, 
� Corrosão, 
� Incrustações
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DESEMPENHO DE UMA VÁLVULA
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� Causas: “cavitação ”, flashing, ruído, corrosão, incrustações
� “cavitação” - fenômeno físico nos líquidos em movimento onde 
devido ao aumento de velocidade (por diminuir a seção da veia 
líquida), há uma grande baixa momentânea de pressão.
� Cavitação → desprendimento violento de bolhas de vapor →
colapso das mesmas → ondas de choque + projeção de 
partículas (líquidas ou sólidas) → erosão das superfícies e furos 
→ ruídos intensos
DESEMPENHO DE UMA VÁLVULA
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� A redução da cavitação pode ser feita de modos dive rsos:
� Pela modificação do circuito hidráulico de forma a que a 
válvula não seja instalada numa zona em que a pressão 
possa ser muito baixa (se tal for possível).
� Colocando a jusante da válvula uma placa perfurada que 
introduza uma perda de carga, de modo a aumentar a contra 
pressão na válvula, reduzindo assim o seu Δp.
� Utilizando válvulas com multiqueda de pressão ou com vários 
orifícios.
� Utilizando materiais e revestimento das superfícies internas 
da válvula adequados
DESEMPENHO DE UMA VÁLVULA
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� Causas: cavitação, “flashing” , ruído, corrosão, incrustações
� “flashing” - é devido à vaporização do líquido pela baixa de 
pressão. Difere da cavitação por não haver a seguir um 
aumento suficiente da pressão, passando assim o líquido ao 
estado gasoso e nele permanecendo.
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DESEMPENHO DE UMA VÁLVULA
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� Causas: cavitação, flashing, “ruído” , corrosão, incrustações
� “ ruído” - é devido à sobreposição de vários factores, os mais 
importantes são a cavitação e o “flashing”, com particular importância 
para a cavitação.
� Ruído aerodinâmico: introduzido por válvulas destinadas ao controle de 
vazão de gás
� Ruído hidrodinâmico: introduzido pela passagem de líquidos através das 
válvulas
Legalmente não é permitido um valor de ruído superi or a 80 dBm ( O ruído 
deve ser medido a 1 m da superfície da tubagem, a 1 m a jusante da flange 
de saída da válvula)
� As suas consequências não são tão graves como as da 
cavitação.
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� Causas: cavitação, flashing, “ruído” , corrosão, incrustações
� Ruído aerodinâmico - O ruído aerodinâmico é a principal fonte de 
ruído numa Válvula de Controle
Causas:
� Vazão
� Relação entre a Pressão de Entrada e Pressão de Saída
� Geometria da Válvula
� Propriedades Físicas do Fluido
� OBS. IMPORTANTE: Gases e vapor dágua são as principais fontes de 
ruído aerodinâmico.
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� Causas: cavitação, flashing, “ruído” , corrosão, 
incrustações
� Ruído hidrodinâmico -
Causa: associado a turbulência e a cavitação em líquidos
o Intensidade: menor que 90dBA
• OBS IMPORTANTE: Eliminando a cavitação elimina-se 
também o ruído
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� Causas: cavitação, flashing, “ruído” , corrosão, incrustações
� Ruído mecânico
Instabilidade dos internos
o Intensidade: menor que 90 dBA
o Efeitos: provoca instabilidade, desgaste de 
gaxetas e guias, danos nos internos
o Solução:
- Aumentar a rigidez (stiffness) do atuador
OBS. IMPORTANTES:
O atuador tipo pistão tem rigidez superior ao atuador tipo diafragma.
O grau de rigidez do atuador tipo diafragma pode ser aumentado 
modificando a faixa da mola.
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� Causas: cavitação, flashing, ruído, “corrosão” , incrustações
“corrosão” - ataque químico, por parte do fluido, aos constituintes de um 
equipamento, em particular duma válvula.
o Nas válvulas a corrosão ataca o corpo, o obturador e até a própria 
sede.
o A corrosão é um fenômeno químico, a cavitação é um fenômeno 
físico .
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� A corrosão provoca:
� Um aumento da rugosidade no interior das paredes
� Um aumento da secção interna, degradando as 
características do escoamento
� Em casos extremos conduzirá à rotura das paredes da válvula 
e à sua inutilização
� Atenua-se:
� Adicionando ao fluido um produto neutralizante (se tal for 
possível)
� Selecionando adequadamente os materiais do revestimento 
interno da válvula, do obturador e da sede.
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� Causas: cavitação, flashing, ruído, corrosão, “incrustações”
“incrustações” - depósitos de minerais sobre a superfície interna 
da válvula. Normalmente estes depósitos são de 
materiais calcários frequentes na água.
� As incrustações provocam:
� uma diminuição da secção interna, redução que pode ser 
elevada.
� um aumento da rugosidade das superfícies internas.
DESEMPENHO DE UMA VÁLVULA
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� O conjunto destes dois fatores pode conduzir a perdas de 
carga elevadas, com a consequente degradação das 
características.
� Atenua-se:
�adicionando ao fluido um produto anti-incrustação (se tal 
for possível)
�selecionando o material de revestimento interno da 
válvula
�efetuando uma manutenção corretiva com a frequência 
adequada.
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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� O dimensionamento da válvula de controle é uma tarefa 
bastante complexa, tanto que alguns fabricantes de 
válvulas criaram no inicio dispositivos tipo "régua de 
cálculo" que forneciam aos clientes para que pudessem 
escolher os valores de Cv que precisavam com relativa 
facilidade. 
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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Fotografias de uma regra de dimensionamento de válvulas mostrados aqui 
como referência histórica:
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Valores de Cv
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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Cálculo do Coeficiente de Vazão (C V)
� A vazão de uma válvula é o volume de fluido que pode 
passar através dela em um determinado tempo. 
� A maneira padronizada para especificar a vazão de uma 
válvula é através dos coeficientes Cv, o qual permite a 
seleção de válvulas por um método prático, 
dimensionando-as corretamente para cada caso em 
particular.
� A vazão efetiva de uma válvula depende de vários 
fatores, entre os quais a pressão absoluta na saída, 
temperatura e queda de pressão admitida.
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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� Cálculo do Coeficiente de Vazão (C V)
� A determinação do Cv é realizado sob condições 
padronizadas como, por exemplo, o nível constante de 
água em relação à válvula, distância e posição dos 
instrumentos e detalhes sobre a tomada de pressão. 
� Coeficiente foi adotado em 1962 pelo Fluid Controls 
Institute (FCI 62-1) com o objetivo de padronizar a 
expressão da capacidade de vazão de válvulas de 
controle. Em 1975 foi normalizado pelo ISA (ISA-S39.1), 
e em 1977 homologada pela ISA-S75.01.
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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� Cálculo do Coeficiente de Vazão (C V)
� Dimensionar uma válvula de controle consiste em selecionar 
um diâmetro de válvula com CV e uma curva característica de 
vazão a partir do Cv calculado (requerido pelo processo) 
utilizando se basicamente as equações especificas para o 
tipo de fluido.
� Abertura da Válvula (%) = ( Cv calculado / Cv selecionado) * 
f(curva característica de vazão) * 100
� O Cv é definido como “o número de galões por minuto de 
água à temperatura de 68ºF que passa através da válvula, 
considerando-se uma queda de pressão de 1 PSI”.DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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� Cálculo do Coeficiente de Vazão (C V)
Kv: Vazão de água à 20ºC, que
passa em uma válvula aberta,
expressa em m3/h, quando submetida
a um diferencial de pressão de 1
Kgf/cm2.
O Cv é definido como sendo o
número de galões (USA) de
água que passam pela válvula
totalmente aberta em um minuto,
à temperatura de 68°F,
provocando uma queda de
pressão de 1 psig.
Kv = 0,8547 Cv
Cv = 1,1674 x Kv 
)/(
)/(
2
3
cmkgf
G
P
hmVazão
Kv
∆
=
G
psiP
gpmVazão
Cv
)(
)(
∆
=
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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� Cálculo do Coeficiente de Vazão (C V)
� Obtido experimentalmente pelos fabricantes e listado em 
tabelas com os respectivos diâmetros nominais das válvulas.
� A equação básica de dimensionamento para líquidos, 
padronizada pelo “Flow Controls Institute FCI”, em 1962 é:
� Atualmente, são utilizadas várias equações para cálculo do 
Cv, que levam em conta o estado físico do fluido e uma série 
de fatores não considerados na fórmula acima.
� Para selecionar-se uma válvula, deve-se inicialmente, calcular 
o Cv requerido, selecionando na tabela do fabricante um Cv
nominal sempre maior que o calculado.
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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� Cálculo do Coeficiente de Vazão (C V)
� Cv está relacionado diretamente ao tipo de válvula e a sua 
área de passagem e basicamente exprime a sua capacidade 
de vazão.
� Quanto maior for o Cv de uma válvula, maior a sua 
capacidade de vazão quando instalada em um processo .
� Desse modo, quando se diz que a válvula tem: Cv = 10 →
quando a válvula está totalmente aberta e com a pressão da 
entrada maior que a da saída em 1 PSI e a temperatura 
ambiente é de 68 ºF, sua abertura deixa passar uma vazão 
de 10 gpm.
DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA DE 
CONTROLE
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As válvulas são dispositivos caros ⇒ é necessário:
� Assegurar que os dados do processo estejam corretos;
� Ao calcular – não dimensionar de acordo com a tubulação;
� Colocar cones de redução, na maioria dos casos;
� Tomar cuidado com as dimensões ANSI;
� Válvula de controle – não trabalhar habitualmente com 
aberturas > 70 %;
� Utilizar o software do fabricante de válvulas;
� Comparar cálculos de diversos fabricantes com o 
selecionado; 
� Confirmar os resultados através de válvulas já em 
funcionamento.
TÉCNICAS DE 
DIMENSIONAMENTO DE 
VÁLVULA
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MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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1 - UTILIZAÇÃO DE SOFTWARE ESPECÍFICO
� Neste método utiliza-se o software de dimensionamento de 
válvulas que cada fabricante tem disponível. Uma vez 
familiarizado com o programa, o usuário deverá introduzir os 
dados do processo (tipo de fluido, pressão, temperatura, vazão 
máx, min, ΔP admissível, diâmetro nominal da tubagem) e 
indicar, entre os tipos de válvulas possíveis, qual o tipo de 
válvula pretendido (macho esférico, borboleta, segmento 
esférico, globo, etc.).
� O programa devolve o diâmetro nominal da válvula e todas as 
características da mesma (Kv ou Cv, vazão máxima, ganho 
instalado e ruído), alertando se houver cavitação, “flashing” ou 
ruído excessivo.
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http://www.flowserve.com/pt_BR/About-Flowserve/
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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1 - UTILIZAÇÃO DE SOFTWARE ESPECÍFICO 
EXEMPLOS:
� Firstvue: www.fisher.com
� -ValSpeQ: www.masoneilan.comXDX Selector Lite 1.3
� Emerson Electric Freeware 77.78
� HP BladeSystem Power Sizing Tool 4.8
� Valve Hammer Editor 3.5 beta
� Pentair PRV2SIZE
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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1 - UTILIZAÇÃO DE SOFTWARE ESPECÍFICO
No Aspen/Hysys / UNISIM
Há duas maneiras para adicionar uma válvula na 
simulação de processos:
1. Selecione o PFD
�Selecione Flowsheet | Adicionar Operation 
command desde o menu . (ou pressione F12) 
�Clicar no botão Piping Equipment.
� da lista de operaçoes unitária, selecione Valve.
�Clicar em Add.
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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1 - UTILIZAÇÃO DE SOFTWARE ESPECÍFICO
No Hysys / UNISIM
Selecione o PFD
� Selecione desde a barra de menu: Flowsheet | Palette 
command
� Aparece o Object Palette. (ou tb pessionando F4)
� Double-click no icone de Valve 
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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1 - UTILIZAÇÃO DE SOFTWARE ESPECÍFICO
� Na janela de propriedade de válvulas 
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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1 - UTILIZAÇÃO DE SOFTWARE ESPECÍFICO
A opção Rating contêm os seguintes paginas:
� Sizing
� Nozzles
� Options
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MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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2 - UTILIZAÇÃO DE GRÁFICOS
� Como alternativa mais trabalhosa, na ausência de software 
específico, poderão usar-se as fórmulas, ábacos e gráficos 
fornecidos pelos fabricantes. 
� Estes métodos de cálculo baseiam-se em fórmulas, 
apresentadas a seguir, e nas características das válvulas de 
cada fabricante.
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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Dados: Líquido: Lixívia
negra (ρ =1400 kg/m 3)..
Vazão máx. 200 m3/h.
Temperatura 160 ºC,
pressão 500 kPa. Δ p máx.=
60 kPa, com a válvula aberta
a 90º
Válvula a utilizar: v. de
macho esférico,
flangeada a inserir em
tubo DN150
MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DA 
VÁLVULA DE CONTROLE
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2 - UTILIZAÇÃO DE GRÁFICOS - PROCEDIMENTO
1. A partir da reta graduada em Δp traça-se uma linha que une o Δp =60 
kPa (dado) com o ponto q =200 m3/h (dado) da reta das vazões.
2. Prolonga-se este segmento da linha até encontrar a reta FpCv, 
obtendo-se FpCv ≈300.
3. Avançando na horizontal, para a esquerda e entrando sobre as 
características inerentes das válvulas. Para-se na válvula DN125, por 
se encontrar aproximadamente a 60 % de abertura.
4. Para a válvula anterior será por uma equação auxiliar Fp=0.91. Da 
tabela do fabricante obtém-se Fp =0.96.
5. Para o último valor Fp obtido tem-se Cv ≈312.
6. Para este valor de Cv a válvula DN125 trabalhará a ≈63 % de 
abertura, pelo que esta dimensão de válvula é a recomendada. É 
suficiente uma PN10.
� Fluido 
� Pressão de Entrada*
� Pressão de Saída*
� Temperatura*
� Vazão mínima, normal e máxima
� Densidade Específica (SG) na temp. de operação
� Pressão Crítica (Pc)
� Pressão de Vapor (Pv)
� Viscosidade
* Nas condições de vazão mínima, normal e máxima
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Dimensionamento para Líquidos:
DADOS NECESSÁRIOS PARA O 
DIMENSIONAMENTO
� Fluido 
� Pressão de Entrada*
� Pressão de Saída*
� Temperatura*
� Vazão mínima, normal e máxima
� Pressão Critica
� Temperatura Crítica
� Densidade específica (SG) na temp. de operação ou
� Peso Molecular
* Nas condições de vazão mínima, normal e máxima
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Dimensionamento para Gases:
DADOS NECESSÁRIOS PARA O 
DIMENSIONAMENTO
DADOS NECESSÁRIOS PARA O 
DIMENSIONAMENTO
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�UTILIZAÇÃO DE FÓRMULAS AUXILIARES :
As informações necessárias para o dimensionamento de uma válvula de controle, 
podem ser divididas em três grupos:
a) Dados quanto ao fluxo :
� Vazão (máxima, normal e mínima);
� Pressão à montante (P1) e à jusante (P2) para a vazão máxima, normal e 
mínima; e
� Temperatura do fluxo.
b) Dados quanto ao fluido:
� Identificação do fluido;
� Estado de fase do fluido (líquido ou gasoso); densidade. Peso específico ou 
peso molecular;
� Viscosidade;
� Pressão de vaporização
DADOS NECESSÁRIOS PARA O 
DIMENSIONAMENTO
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�UTILIZAÇÃO DE FÓRMULAS AUXILIARES :
c) Dados quanto à influência da tubulação:
� Diâmetro da tubulação de entradae saída.
� A apresentação das equações para cálculo do coeficiente 
de vazão (Cv ) divide-se em dois grupos conforme o tipo de 
fluido: 
� Fluidos incompressíveis ou 
� Fluidos compressíveis
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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� A vazão de um líquido newtoniano, pode ser calculada de acordo 
com a seguinte equação geral:
onde:
� ∆P = Queda de pressão ou diferencial de pressão na válvula;
� G = Densidade relativa @ temperatura de operação;
� Q = Vazão volumétrica do líquido;
� Cv = Coeficiente de vazão;
� Fp = Fator de geometria da tubulação adjacente; e
� FR = Fator do número de Reynolds na válvula.
DINÂMINA DO FLUXO ATRAVÉS DA VÁLVULA
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Segundo o escoamento de um fluido incompressível qu e 
escoa através de uma válvula de controle, afirma-se que:
� O fluido ao entrar no interior da válvula de controle passa por 
um processo de transformação de energia, o qual segue os 
princípios físicos da conservação da massa e da energia.
� Considerando que o fluido de processo é um líquido (fluido 
incompressível), podemos verificar que quando o mesmo passa 
através de uma restrição, a sua velocidade de escoamento 
aumenta.
DINÂMINA DO FLUXO ATRAVÉS DA VÁLVULA
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� Esta energia adicional surgida durante a passagem do fluxo pela 
sede da válvula, deve-se à transformação da pressão estática 
do fluido, a qual diminui a medida em que a velocidade 
aumenta.
� Após o escoamento do fluido pela sede, a velocidade retorna ao 
seu valor original, enquanto que a pressão estática recupera-se 
um pouco, porém mantendo-se a um valor inferior ao que 
apresentava antes na entrada da válvula.
� A esta diferença entre a pressão a montante (P1) e a pressão a 
jusante (P2), dá-se o nome de diferencial de pressão ou queda 
de pressão.
DINÂMINA DO FLUXO ATRAVÉS DA VÁLVULA
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ESQUEMA DO COMPORTAMENTO DA PRESSAO E DA VELOCIDADE DE UM 
LÍQUIDO ESCOANDO ATRAVÉS DA VÁLVULA DE CONTROLE
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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� N1 - Constantes numéricas
o As constantes numéricas N, dependem das unidades 
utilizadas. Os valores de N, são dados em tabela, segundo o 
fabricante.
� Fp - Fator de geometria da tubulação adjacente
� A correção deve-se ao efeito dos cones de redução e/ou 
expansão, utilizados para a instalação da válvula no processo..
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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� Valores de Fp para válvulas instaladas entre cones iguais (de redução e 
expansão).
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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� Fórmula para Fp:
� Esta equação permite calcular o fator Fp, 
para qualquer configuração dos redutores e 
expansores utilizados na instalação da válvula.
�FL - Fator de recuperação de pressão
� O fator FL é influenciado principalmente pelo 
perfil de escoamento do fluido no interior do 
corpo da válvula.
� Este fator é determinado pelo fabricante em 
laboratórios específicos para ensaios 
hidrodinâmicos.
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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� FL baixo: absorve pouca queda de pressão e apresenta 
uma alta recuperação de pressão. Ou seja a válvula irá 
desenvolver altas velocidades de escoamento e 
conseqüentemente grande capacidade de vazão. 
Exemplo: válvulas tipo borboleta, esfera e de disco excêntrico
� FL alto: poderá absorver grandes quedas de pressão com 
uma baixa recuperação de pressão, proporcionando assim 
uma menor capacidade de vazão. 
Exemplo: Globo convencional sede simples e sede dupla, globo gaiola, válvulas tipo 
baixo ruído, etc. 
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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Valores Típicos de FL, XT, KC e Fd. (Extraídos do “Handbook of Control Valves – ISA).
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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� FF - Fator da Razão de Pressão Crítica do Líquido
Define-se como sendo a razão entre a pressão na “vena contracta” (Pvc) 
sob condições de fluxo crítico e a pressão do vapor do liquido (Pv) na 
temperatura de entrada
Sendo Pc a pressão critica do líquido, obtido em tabelas especificas.
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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� FR - Fator do número de Reynolds na válvula
DIMENSIONAMENTO PARA LÍQUIDOS (FLUIDOS 
INCOMPRESSÍVEIS) – ANSI/ISA S75.01”
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As fórmulas utilizadas no dimensionamento são basea das em:
� Líquidos sem cavitação nem flashing:
� Líquidos sem cavitação nem flashing:
pv: tensão de vaporização do líquido à temperatura de entrada.
pc: pressão crítica termodinâmica.
Sendo Pc a pressão critica do líquido, obtido em tabelas especificas.
DIMENSIONAMENTO PARA FLUIDOS 
COMPRESSÍVEIS (GASES)
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� O gás é mais difícil de ser manipulado que o líquido, por ser 
compressível. As diferenças entre os fabricantes são 
encontradas nas equações de dimensionamento para fluidos 
compressíveis. Estas diferenças são devidas ao modo que se 
expressa ou se considera o fenômeno da vazão crítica. 
� A vazão crítica é a condição que existe quando a vazão não é 
mais função da raiz quadrada da diferença de pressão através 
da válvula, mas apenas função da pressão à montante. 
� Este fenômeno ocorre quando o fluido atinge a velocidade do 
som na vena contracta. Assim que o gás atinge a velocidade do 
som, na vazão crítica, a variação na pressão à jusante não afeta 
a vazão, somente variação na pressão a montante afeta a 
vazão..
DIMENSIONAMENTO PARA FLUIDOS 
COMPRESSÍVEIS (GASES)
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w: vazão do fluído, kg/h.
q : vazão do líquido, m3/h, medido a 1,013 bar e a 15 ºC.
Fp: fator de geometria da tubulação, obtido como indicado atrás.
kv: coeficiente de escoamento (Europeu)
Y : coeficiente de expansão
onde:
56
Exemplo de 
Folha de 
Especificação
Exemplos de simples
Dimensionamento de válvula
Para líquidos, válvulas são caracterizadas por seu fator Cv:
Dimensionamento de válvula
P
G
QCv
∆
= max
Nota: Unidades são importantes!
Qmax = vazão máxima através da válvula, gpm
 ∆P = queda de pressão através da válvula, psi
G = gravidade especifica do liquido.
Table from http://www.thevalveshop.com/menu/auto/triaca/triacda/triac88da.pdf
exemplo de 
tabela de para 
uma válvula 
especial de 
um catálogo 
de válvula
Nota: Unidades são importantes!
Qmax = vazão máxima através da válvula, gpm
 ∆P = queda de pressão através da válvula, psi
G = gravidade especifica do liquido.
P
G
QCv
∆
= max
Exemplo 1 Dimensionamento de válvula
considerar o problema dimensionamento da válvula de controle, em que uma válvula 
de esfera controla a taxa de fluxo de água a partir de um tanque de compensação 
para manter o nível de água constante em 25 pés acima da válvula. De acordo com 
os engenheiros de processo, a vazão máxima prevista para esta válvula é 470 GPM. 
Qual deve ser o Cvmáximo para esta válvula? 
Para a 
atmosfera
Para começar, devemos saber a queda de 
pressão através da válvula esperado.
Tanque
Água
G
PP
CvQ 12
−=
P
G
QCv
∆
= PSI
Cv
9.3
1
470=
Cv = 238 gpm/psi1/2
Exemplo 2 Dimensionamento de válvula
178
3
52,1
250max ==∆
=
P
G
QCv
Qmax=250 GPM
G = 1.52
∆P=3 psi
Você deve projetar um sistema para carregar hidróxido de sódio a 50% em 
um tanque de aço carbono em sua planta. O hidróxido de sódio é 
considerado um material perigoso. Não é recomendado passar hidróxido de 
sódio a 50% com uma velocidades acima de 6ft/s na tubulação de aço 
carbono.A bomba de alimentação na planta gera uma vazão de até 250 
gpm. A queda de pressão máxima recomendada pelas válvulas no sistema 
é de 3 psi. A gravidade específica da solução de hidróxido de sódio é 1,52. 
Especifique uma válvula de controle para este serviço.
Cv =178
Resultado:
Válvula de 5” 
ou válvulas c/ 
um pouco mais 
de alcance de 
6 “ 
Exemplo 2 cont.
Você deve projetar um sistema para carregar hidróxido de sódio a 50% em 
um tanque de aço carbono em sua planta. O hidróxido de sódio é 
considerado um material perigoso. Não é recomendado passar hidróxido de 
sódio a 50% com uma velocidades acima de 6ft/s na tubulação de aço 
carbono. A bomba de alimentação na planta gera uma vazão de até 250 
gpm. A queda de pressão máxima recomendada pelas válvulas no sistema 
é de 3 psi. A gravidade específica da solução de hidróxido de sódio é 1,52. 
Especifique uma válvula de controle para este serviço.
Table from http://controls.engin.umich.edu/wiki/index.php/ValveTypesSelection
Qual o diâmetro do tubo que corresponderia a um fluxo de 6ft/s?
Qmax=A*v
A=πr2= π *(d/2)2
lg 1.4344.
/6
/557.44 3max pft
sft
sft
v
Q
d ==
×
×==
ππ
v=6 ft/s
Qmax=250 gpm=0.557 ft3/s
Um tubo com um diâmetro de mais 
de 4,1 polegadas não deve 
ultrapassar o requisito 6ft/s
especificação: válvula esfera de 5’’ 
Exemplo 2 cont.
Você deve projetar um sistema para carregar hidróxido de sódio a 50% em 
um tanque de aço carbono em sua planta. O hidróxido de sódio é 
considerado um material perigoso. Não é recomendado passar hidróxido de 
sódio a 50% com uma velocidades acima de 6ft/s na tubulação de aço 
carbono. A bomba de alimentação na planta gera uma vazão de até 250 
gpm. A queda de pressão máxima recomendada pelas válvulas no sistema 
é de 3 psi. A gravidade específica da solução de hidróxido de sódio é 1,52. 
Especifique uma válvula de controle para este serviço.
Fluxo compressível 
� As equações aqui mostradas serão dos fabricantes 
Masoneilan e Fisher Controls, para mostrar as diferenças 
em suas equações e métodos. 
� Outros fabricantes
�Emerson, 
�Foxboro, 
�Honeywell.
�Valtek
�DeZurik
�etc
Masoneilan 
Para fluxo de gás ou vapor (ft3/h), nas condições padrão de 1 
atm e 60 ºF
)148,0(836 31 yy
GT
p
CCQs fv −=
� Para fluxo mássico de gás 
)148,0(
520
8,2 31 yyT
GpCCw fv −=
)148,0(
)0007,01(
83,1 31 yy
T
p
CCw
SH
fvs −+
=
� Para fluxo mássico de vapor
onde
• Qs= fluxo de gás, scfh (scfh = ft3/h, 14,7 psia e 60° F),
• G = gravidade específica do gás de em relação ao ar, calculada dividindo o 
PM do gás por 29, o peso molecular médio de ar,
• T = temperatura na entrada da válvula, ºR (=º F + 460),
• C, = fator crítico. O valor numérico para este fator varia entre 0,6 e 0,95. 
Figura C-l0.4 mostra que este fator para diferentes tipos de válvulas.
• p = pressão na entrada da válvula, psia
• w = fluxo de gás, lb/h
• TsH = graus de sobreaquecimento, ºF
O termo `y` traduz os efeitos de compressibilidade do fluxo e é definido pela
∴ ∆Pv = P1 – P2, queda de pressão através da válvula
P2 = pressão de saída da válvula, psia
Dimensione uma válvula de controle para regular o fluxo 
de vapor para uma coluna de destilação de refervedor com uma 
taxa de transferência de calor de 15 milhões de Btu/h. O 
fornecimento de vapor saturado é a 20 psig e a queda de pressão 
desejada é de 5 psi e 100% de excesso de capacidade.
Exemplo 3 
Das tabelas de vapor : calor latente de condensação Lc = 930 Btu / lb.
hlb
lbBTU
hBTUx
wvapor /16130/930
/1015 6 ≅=
PSIapsigP 7,347,14201 =+=
Assumindo uma válvula Masoneilan com C = 0.8 , temos
773,0
7,34
5
8,0
63,1 ==
Dimensione uma válvula de controle para regular o fluxo 
de vapor para uma coluna de destilação de refervedor com uma 
taxa de transferência de calor de 15 milhões de Btu/h. O 
fornecimento de vapor saturado é a 20 psig e a queda de pressão 
desejada é de 5 psi e 100% de excesso de capacidade.
Exemplo 3 
psi
gpm
Cv 450)0705)(7,34)(8,0(83,1
130,16 ==
Para 100% de excesso de capacidade, o coeficiente de válvula quando 
totalmente aberta é
psi
gpm
CC vv 9002max ==
A partir da fig. C-lO.la, um lo-in. Masoneilan válvula, com um 
coeficiente de 1000, é o menor da válvula com capacidade suficiente 
para este serviço.
� Queda de Pressão na válvula, ∆Pvalv
21 LvalvLsis PPPP ∆+∆+∆=∆
Um bom projeto deverá responder bem ao longo de toda a faixa de condições, por 
isso é importante escolher a característica certa para cada sistema e o tamanho da 
válvula para a quantidade certa da queda de pressão.
A figura abaixo mostra um processo para a transferência de um óleo a partir 
de um tanque de armazenamento para uma torre de separação. O 
reservatório opera à Patm, e a torre funciona a 25,9” Hg absoluta (12,7 psia). 
O fluxo nominal de óleo é de 700 gpm, e sua gravidade específica é de 0,94, 
e a sua pressão de vapor à temperatura do fluxo de 90 °C é 13,85 psia. O 
tubo é aço comercial Schedule 40, e a eficiência da bomba é de 75%. 
Dimensione a válvula para controlar o fluxo de óleo. De correlações de fluxo 
de fluido, a queda de pressão de atrito na linha é de 6 psi.
Exemplo 4 
(12,7 psia)
� Onde colocar a válvula? PSaída < Pcoluna
“Flashing do liquido 
na valvula” 
Psaída é superior á Pvaporiz
Pressão hidrostática = ρ g h
= (62,4 lb/ft3)(0,94)(60 ft)/(144 in2/ft2)
= 24,4 psi.
Psaída válvula = 24,4 + 12,7 = 37,1 psia
Assim,
muito acima da pressão do vapor do óleo 
⇒ Não haverá flashing através a válvula. 
A válvula nunca deve ser 
colocado na sucção da bomba, 
porque há a pressão é mais 
baixa e o flashing iria provocar 
cavitação da bomba.
(12,7 psia)
Pv=13,85 psia
� ∆Pvalv = 5 psi, ou aproximadamente o mesmo que a queda de fricção 
na linha. 
Custo de eletricidade : US $ O,O3/kW-h e considerando 
8200 h/ano, de funcionamento da bomba.
Custo anual:
( ) ano
hkWano
h
lbfft
kW
ft
ininlbfgal
gal
ft /500$
.
03,0$8200
.250,44
min.1144(
75,0
/5
min
700
2
22
48,7
1 3 =







































Eficiência 
da bomba
Analisando o efeito da ∆Pvalv no custo de eletricidade gasta no processo, 
temos:
Vazão 
requerida
fator de conversão de unidades
� Logo, o coeficiente máximo da válvula (totalmente aberta) para 100% de 
capacidade é. 
psi
gpm
Cv 607
5
94,0
)700(2max ==
Logo, da tabela de catalogo de válvula Masoneilan (Fig. C-lO.la),
Analogamente , comparativamente para outro ∆Pvalv
� ∆P = 2 psi → Cv = 960 ⇒ válvula de 10”, custo anual: US$ 200/ano. 
� ∆P = 10 psi → Cv = 429, ⇒ válvula de 8”, custo anual : US$ 1000/ano.
BIBLIOGRAFIA
Profª Ninoska Bojorge - TEQ–UFF
75
• Smith & Corripio – Cap 5. Principles and Practice of Automatic Process 
Control, 2a ed, John Wiley & Sons, Inc.
• BARALLOBRE, Roberto. Manual de Treinamento - Válvulas de 
Controle, 1979.
• FLUID CONTROLS INSTITUTE – Norma FCI 62.1 –ISA
• Gustavo da Silva, Instrumentação Industrial, 2ª edição – Vol I e Vol II, 
ESTSetúbal – 2004 (ª)
� Guy Borden Jr, Control Valves (Editor ISA - www.isa.org)
� Hans D. Baumann, CONTROL VALVE PRIMER
� Bill Fitzgerald, McGrawHill, CONTROL VALVES FOR THE CHEMICAL 
PROCESS INDUSTRIES, (www.isa.org)
• http://www.dhmautomacao.com.br
• http://ltodi.est.ips.pt/gsilva/instrumentacao2/conteudo-2.htm