Seleção e tipos de válvulas para sistemas industriais

Introdução

As válvulas são o cérebro operacional de um sistema de tubulação.
São responsáveis por controlar, interromper ou direcionar o fluxo de fluidos sob pressão — líquidos, gases, vapores ou misturas corrosivas.

Segundo o Piping Handbook,

“A escolha correta da válvula é uma das decisões mais críticas no projeto de piping, pois influencia diretamente a eficiência, a manutenção e a segurança da planta.”

Neste roteiro, vamos detalhar os principais tipos de válvulas, suas características construtivas, critérios de seleção e aplicações industriais conforme as normas ASME e API.

1. Função e classificação das válvulas

1.1. Funções básicas

Uma válvula pode executar uma ou mais das seguintes funções:

• Bloqueio (on/off): interromper totalmente o fluxo;

• Controle (throttling): regular a vazão ou pressão;

• Direcionamento: redirecionar o fluido entre linhas;

• Retenção: impedir refluxo (sentido único);

• Segurança: liberar sobrepressão.

1.2. Classificação geral

Critério Tipos Pela função Bloqueio, controle, retenção, alívio Pelo movimento do obturador Linear (gaveta, globo, diafragma) / Rotativo (esfera, borboleta, macho) Pelo tipo de conexão Rosca, solda, flangeada Pelo acionamento Manual, pneumático, elétrico, hidráulico

2. Normas principais de válvulas

Norma Título Aplicação ASME B16.34 Valves – Flanged, Threaded, and Welding End Requisitos dimensionais e de pressão API 600 Steel Gate Valves Válvulas gaveta em aço forjado API 602 Compact Steel Gate, Globe, Check Valves Pequenos diâmetros API 608 Metal Ball Valves Esfera metálica industrial API 609 Butterfly Valves Válvulas borboleta de alta performance MSS SP-61/SP-80 Pressure Testing / Bronze Valves Ensaios de vedação e válvulas em bronze ASME B31.3 Process Piping Requisitos gerais de projeto e testes

📘 Referência base: Piping Handbook – Cap. A10, "Valves and Controls".

3. Componentes de uma válvula

Os principais elementos construtivos são:

1. Corpo (Body): estrutura que contém o fluido;

2. Castelo (Bonnet): fechamento superior, removível para manutenção;

3. Obturador (Disc, Gate, Plug): elemento que bloqueia ou regula o fluxo;

4. Haste (Stem): transmite movimento ao obturador;

5. Empanque / Gaxeta (Packing): veda a haste contra vazamento;

6. Sede (Seat): superfície onde ocorre o fechamento estanque;

7. Atuador (Handwheel, Pneumatic ou Electric): mecanismo de acionamento.

Cada tipo de válvula utiliza esses elementos com geometrias diferentes para atingir o desempenho desejado.

4. Tipos de válvulas industriais e suas aplicações

4.1. Válvula Gaveta (Gate Valve)

Descrição

É uma válvula de movimento linear usada principalmente para bloqueio total (on/off).
Possui um obturador plano ou em cunha (gate) que se desloca perpendicularmente ao fluxo.

Características

• Fluxo retilíneo, sem grandes perdas de carga;

• Não indicada para controle de vazão (risco de erosão da sede);

• Operação lenta (muitas voltas para abrir/fechar).

Tipos de cunha

• Cunha sólida (solid wedge): uso geral;

• Cunha segmentada (split wedge): melhor vedação em altas temperaturas;

• Cunha flexível: compensa desalinhamentos térmicos.

Aplicações

• Linhas de água, vapor, óleo e gás natural;

• Plantas petroquímicas, termelétricas e de processo.

📘 Norma: API 600 / ASME B16.34.

4.2. Válvula Globo (Globe Valve)

Descrição

Utilizada para controle de vazão e regulagem de pressão, com obturador (plug) que se move verticalmente sobre a sede.

Características

• Excelente capacidade de controle;

• Perda de carga mais alta (mudança de direção do fluxo);

• Boa vedação estanque.

Tipos construtivos

• Z-pattern: padrão em “S”, mais comum;

• Y-pattern: menor perda de carga;

• Angle pattern: redireciona o fluxo em 90°.

Aplicações

• Controle de vapor, condensado e fluidos corrosivos;

• Linhas de purga, dreno e controle fino de pressão.

📗 Norma: API 602 / ASME B16.34.

4.3. Válvula Esfera (Ball Valve)

Descrição

Apresenta obturador esférico perfurado, que gira 90° para abrir ou fechar o fluxo.
É amplamente usada por sua versatilidade, vedação confiável e operação rápida.

Características

• Abertura e fechamento em ¼ de volta;

• Excelente estanqueidade;

• Baixo torque operacional;

• Pode ser trunnion mounted (fixa) ou floating (flutuante).

Tipos

• Full bore: diâmetro interno igual ao da tubulação;

• Reduced bore: passagem reduzida (menor custo e peso);

• Metal seated: para altas temperaturas e abrasão.

Aplicações

• Linhas de óleo, gás, vapor, água e químicos;

• Sistemas automatizados com atuadores elétricos ou pneumáticos.

📘 Norma: API 608 / ASME B16.34.

4.4. Válvula Borboleta (Butterfly Valve)

Descrição

Possui um disco central rotativo (90°) que regula o fluxo.
É compacta, leve e adequada para grandes diâmetros e baixas pressões.

Características

• Corpo curto (face-to-face reduzido);

• Abertura rápida;

• Baixo custo e manutenção simples.

Tipos

• Wafer: montada entre flanges;

• Lug: parafusada em um dos lados (facilita desmontagem parcial);

• Double offset e triple offset: versões de alta performance, com vedação metálica para altas temperaturas.

Aplicações

• Linhas de água, ar, gases e produtos químicos leves;

• Sistemas HVAC, utilidades e processos não críticos.

📘 Norma: API 609 / MSS SP-67.

4.5. Válvula Diafragma (Diaphragm Valve)

Descrição

Utiliza um diafragma flexível (borracha, elastômero ou PTFE) que se pressiona contra um assento para vedação.

Características

• Vedação perfeita, sem vazamento externo (ideal para fluidos tóxicos);

• Isola o fluido dos componentes metálicos;

• Adequada para sólidos em suspensão e fluidos viscosos.

Tipos

• Weir (com barreira): para serviços gerais;

• Straight-through: para fluidos abrasivos e lamas.

Aplicações

• Indústrias química, farmacêutica e alimentícia;

• Serviços corrosivos ou sanitários.

📘 Norma: BS 5156 / ASME B31.3 §323.2.4.

4.6. Válvula de Retenção (Check Valve)

Descrição

Permite fluxo unidirecional, fechando automaticamente quando há refluxo.

Tipos principais

Tipo Mecanismo Aplicação Swing check Disco articulado por eixo Baixas pressões Lift check Poppet móvel vertical Altas pressões Dual plate / Wafer Duas lâminas com mola Espaço reduzido Ball check Esfera móvel Fluidos abrasivos

📗 Normas: API 594 / API 6D / MSS SP-125.

Aplicações

• Proteção de bombas, compressores e sistemas de retorno;

• Linhas de água de refrigeração, condensado e gás.

4.7. Válvula de Alívio e Segurança (Relief/Safety Valve)

Função

Protegem equipamentos e linhas contra sobrepressão.
São obrigatórias em vasos de pressão, caldeiras e tanques de armazenamento.

Tipos

• Safety Valve: abre instantaneamente (vapor e gás);

• Relief Valve: abre gradualmente (líquidos);

• Safety-Relief: combinação para múltiplos fluidos.

Normas

• ASME Section VIII (UG-125 a UG-136) – requisitos gerais;

• API 526 / 527 – dimensões e testes de vazamento.

Aplicações

• Caldeiras, trocadores, vasos e sistemas de ar comprimido.

5. Critérios técnicos de seleção de válvulas

A escolha correta depende de vários fatores, que devem ser avaliados no projeto de processo e de piping.

Critério Considerações principais Função desejada Bloquear, controlar, aliviar ou reter Fluido Limpo, corrosivo, abrasivo, tóxico ou inflamável Pressão e temperatura Seleção conforme rating ASME (150# a 2500#) Frequência de operação Manual, automatizada ou intermitente Compatibilidade de materiais Corpo, sede e obturador compatíveis com fluido Manutenção e acessibilidade Tipo de acionamento, desmontagem e substituição Custo total de ciclo de vida (LCC) Inclui operação, manutenção e perda de energia

📘 Referência: Piping Handbook – Cap. A10, Sec. 3.2.

6. Materiais e classes de pressão

6.1. Materiais típicos de corpo

Material Norma ASTM Aplicação Aço carbono (A216 WCB) ASTM A216 Água, óleo, vapor Aço inoxidável (CF8M) ASTM A351 Químicos e corrosivos Aço liga (WC9, C5) ASTM A217 Alta temperatura Bronze / Latão ASTM B62 Água e gases inertes Duplex / Super duplex A995 Gr. 4A/5A Água do mar Plástico (PVC, PP, PVDF) — Serviços leves e corrosivos

6.2. Classes de pressão (ASME)

150#, 300#, 600#, 900#, 1500#, 2500#
Cada classe está associada a uma pressão máxima admissível, variável com a temperatura e o material (ASME B16.34, Tabelas 2-1.1 a 2-3.25).

7. Ensaios e inspeções de válvulas

Conforme MSS SP-61 e API 598, todas as válvulas devem passar por testes de fábrica:

Tipo de ensaio Objetivo Norma Visual e dimensional Conferência do acabamento e dimensões MSS SP-55 Hidrostatic Test Verificar resistência do corpo API 598 / MSS SP-61 Seat Leakage Test Verificar estanqueidade da sede API 598 Operação e torque Confirmar suavidade e travamento API 600 / 608 Pneumatic Test Detecção de vazamento em baixa pressão API 6D

As válvulas devem ser entregues com relatório de testes, número de série e rastreabilidade total, especialmente em plantas classificadas (nuclear, petroquímica, farmacêutica).

8. Atuação e automação de válvulas

Em sistemas modernos, o controle é cada vez mais automatizado.

8.1. Tipos de atuadores

Tipo Características Aplicação Manual (handwheel) Simples, baixo custo Operações eventuais Pneumático Rápido e seguro, ideal para Controle de processo ambientes explosivos Elétrico Precisão e controle remoto Sistemas automatizados Hidráulico Alta força de atuação Oleodutos e gasodutos

8.2. Instrumentação associada

• Positioner: garante posicionamento exato do obturador;

• Limit Switch: indica posição aberta/fechada;

• Solenoid Valve: comanda o atuador pneumático;

• Smart Transmitters: monitoram posição e torque em tempo real.

9. Manutenção e falhas típicas

9.1. Falhas comuns

Tipo de falhaCausa provávelAção corretivaVazamento pela hasteEmpanque gasto ou mal ajustadoSubstituição de gaxetasVazamento internoDesgaste da sede ou do discoReusinagem ou troca da sedeTravamento da válvulaCorrosão ou incrustaçãoLimpeza e lubrificaçãoFuga pela carcaçaTrinca ou poro na fundiçãoReparar ou substituir o corpoTorque excessivoAcúmulo de pressão ou fluido abrasivoRevisão do atuador

📗 Recomendação: implementar planos de manutenção preventiva e testes periódicos de vedação, conforme ISO 5208 / API 598.

10. Exemplo prático – Seleção de válvula para linha de vapor

Dados de processo

• Fluido: vapor saturado

• Pressão de operação: 9 bar

• Temperatura: 180 °C

• Diâmetro da linha: 2"

• Serviço: controle de vazão

Solução:

• Tipo: Válvula globo (boa capacidade de regulagem);

• Material: Aço carbono ASTM A216 WCB;

• Classe de pressão: 300#;

• Conexão: flangeada ASME B16.5 RF;

• Sede: stellite (resistente à erosão);

• Acionamento: manual com volante.

📘 Norma aplicável: ASME B16.34 + API 602.

11. Tabela comparativa entre tipos de válvula

TipoFunção principalControlePerda de cargaVedaçãoCustoAplicação típicaGavetaBloqueioNãoBaixaBoaMédioVapor, óleo, gásGloboControleSimMédiaExcelenteMédioControle de vazãoEsferaBloqueio rápidoParcialBaixaExcelenteMédio/AltoÓleo, gás, químicosBorboletaBloqueio / controle leveParcialBaixaMédiaBaixoÁgua, ar, utilidadesDiafragmaIsolamento químicoSimMédiaExcelenteMédioQuímicos, sanitáriosRetençãoUnidirecionalAutomático——BaixoProteção de bombasAlívioSegurançaAutomático——MédioProteção contra sobrepressão

12. Conclusão

A seleção correta de válvulas é um equilíbrio entre segurança, desempenho e economia.
Cada tipo foi desenvolvido para uma função específica, e aplicar um modelo inadequado pode gerar perdas de processo, falhas mecânicas e riscos operacionais.

O engenheiro projetista deve dominar:

• As normas ASME B16.34 e API correspondentes;

• A compatibilidade de materiais e ratings;

• E os critérios de controle, vedação e manutenção.

Válvulas bem escolhidas garantem confiabilidade, eficiência e segurança, transformando o sistema de tubulação em uma rede inteligente e durável.

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