Válvulas de controle: tipos, características de vazão e como escolher

Em uma malha de controle de processo, o sensor mede, o controlador decide e a válvula executa. Por isso se diz que a válvula de controle é o elemento final da malha: é ela que efetivamente muda a vazão de água, vapor, gás ou produto. Uma válvula mal escolhida compromete o melhor controlador do mundo, provocando oscilação, desgaste prematuro e desperdício de energia.

Os principais tipos de corpo

A escolha começa pelo corpo da válvula, que define como o fluido passa e como a vazão é restringida.

• Globo: o obturador se move em linha reta contra uma sede. Oferece controle preciso, boa vedação e ampla variedade de internos, inclusive para reduzir ruído e cavitação. É a opção clássica para vapor, líquidos limpos e condições severas, com perda de carga maior e custo mais alto em diâmetros grandes.
• Borboleta: um disco gira dentro da tubulação. É compacta, leve e econômica em diâmetros grandes, muito usada em água, ar e efluentes. O controle fica menos preciso em aberturas muito pequenas ou muito grandes.
• Esfera: uma esfera com passagem gira um quarto de volta. Em versões para controle, a esfera é segmentada ou tem entalhe em V, o que melhora a regulagem. Funciona bem com fluidos viscosos, polpas e fibras, e tem alta capacidade de vazão.

Existem ainda válvulas de diafragma, muito usadas em aplicações sanitárias e corrosivas, e válvulas de gaveta, que servem para bloqueio e não para controle.

Características de vazão: linear, igual porcentagem e abertura rápida

A característica de vazão descreve como a vazão varia com a abertura da válvula, mantida constante a pressão diferencial. As três curvas mais comuns são:

• Linear: a vazão cresce na mesma proporção da abertura. Metade do curso corresponde, aproximadamente, a metade da vazão máxima. Costuma servir a malhas de nível e a sistemas em que a perda de carga na válvula é grande em relação ao resto da linha.
• Igual porcentagem: cada incremento de abertura aumenta a vazão em uma porcentagem da vazão existente. No início do curso as mudanças são pequenas; no fim, grandes. É a escolha mais comum em malhas de pressão e temperatura e quando a pressão diferencial na válvula cai muito com o aumento da vazão.
• Abertura rápida: grande parte da vazão é liberada logo no começo do curso. Serve mais para funções liga-desliga e alívio do que para regulagem fina.

O que importa, no fim, é a característica instalada, ou seja, o comportamento da válvula junto com bombas, trocadores e tubulação. Uma válvula igual porcentagem em um sistema com grande perda de carga na linha pode se comportar de forma quase linear, e é esse comportamento que o controlador enxerga.

Atuador e posicionador

O atuador transforma o sinal de controle em movimento. O mais comum na indústria de processo é o pneumático de mola e diafragma, que define a posição de segurança da válvula em caso de falta de ar: falha aberta ou falha fechada. Essa escolha é de segurança do processo, não de conveniência. Um resfriamento de reator, por exemplo, tende a exigir falha aberta; o combustível de um queimador, falha fechada.

O posicionador fica entre o controlador e o atuador. Ele recebe o sinal, normalmente de 4 a 20 mA, compara com a posição real da haste e ajusta a pressão do atuador até que as duas coincidam. Posicionadores digitais ainda oferecem diagnósticos, como assinatura da válvula, atrito e desvio de curso, o que ajuda a manutenção a agir antes de uma falha.

Como escolher a válvula de controle certa

Uma boa especificação passa por algumas perguntas:

• qual é o fluido, sua temperatura, pressão, viscosidade e presença de sólidos;
• quais são as vazões mínima, normal e máxima e as pressões correspondentes;
• existe risco de cavitação, flashing ou ruído excessivo;
• qual deve ser a posição de segurança em caso de falta de energia ou ar;
• qual o nível de vedação exigido quando a válvula estiver fechada;
• que material resiste ao fluido e ao ambiente.

Com esses dados, o dimensionamento pelo coeficiente de vazão (Cv) indica o tamanho do interno. Um erro frequente é superdimensionar: a válvula passa a trabalhar quase fechada, com controle ruim e desgaste acelerado da sede. Uma prática comum é buscar um dimensionamento em que a válvula opere, na vazão normal, em uma faixa intermediária do curso, com margem para as vazões mínima e máxima.

Dúvidas frequentes