Por Que Aumenta a Confiabilidade das Válvulas de Segurança

O que é o teste de curso parcial?

Os processos industriais exigem cada vez mais segurança, confiabilidade e disponibilidade operacional. Por isso, o uso de SIS (Sistemas Instrumentados de Segurança) tornou-se indispensável. Dentro desse contexto, surgem ferramentas capazes de diagnosticar o estado das válvulas de segurança sem a necessidade de parar o processo, aumentando a previsibilidade e reduzindo riscos.

Com a automação avançando rapidamente, muitas decisões que antes dependiam exclusivamente de operadores agora são realizadas por sistemas inteligentes, exigindo que sensores, transmissores, controladores e válvulas de bloqueio funcionem de forma precisa. Para manter essa confiabilidade, é essencial realizar testes periódicos que confirmem a capacidade de resposta dos equipamentos em situações de emergência. Surge então a questão central: como garantir que uma válvula crítica realmente irá atuar quando for necessária?

Neste artigo, apresento uma das técnicas mais eficientes nesse cenário: o Teste de Curso Parcial (PST), uma abordagem de manutenção e supervisão preditiva aplicada tanto em válvulas de controle quanto em válvulas on-off utilizadas em sistemas de segurança.

Teste de Curso Parcial (Partial Stroke)

O Teste de Curso Parcial (PST) é uma ferramenta essencial para verificar a funcionalidade de válvulas de segurança do tipo on-off, como ESDVs (Emergency Shut Down Valves), BDVs e ADVs, sem a necessidade de interromper o processo. Com o avanço das tecnologias de automação e segurança, diversas soluções de diagnóstico foram desenvolvidas ao longo dos anos, permitindo identificar pontos críticos do processo antes que aconteça uma situação de emergência. Isso aumenta a confiabilidade, a integridade operacional e reduz o risco de falhas quando o equipamento é realmente demandado.

Como mencionado anteriormente, as válvulas de bloqueio são componentes fundamentais para a segurança de um processo. Em muitos casos, elas permanecem longos períodos sem operação — às vezes anos — sendo utilizadas apenas para isolar partes da planta ou conter inventário. Instaladas em ambientes agressivos e sujeitos à corrosão, essas válvulas podem sofrer desgaste natural, levando à dúvida inevitável:
“Essa válvula irá funcionar quando for realmente necessária?”

Nas plantas industriais, o procedimento tradicional é testar todas as válvulas durante paradas gerais de manutenção, sejam elas programadas, de novas instalações ou projetos de melhoria. Nessas ocasiões, realiza-se o Teste de Curso Completo (FST – Full Stroke Test), abrindo e fechando totalmente a válvula para avaliar:

• Travamento ou bloqueio da haste;
• Travamento do obturador ou da sede;
• Vazamento no ar de alimentação do atuador;
• Condições de vedação da válvula;
• Integridade do conjunto válvula/atuador;
• Integridade do sinal enviado ao painel de controle.

Esse procedimento fornece informações valiosas, mas depende de paradas programadas — algo que não pode acontecer com a frequência necessária em muitas pla

Este tipo de teste é conhecido como Teste de Curso Completo – FST.

O teste descrito anteriormente é conhecido como Teste de Curso Completo (FST – Full Stroke Test). Trata-se do procedimento tradicional utilizado para verificar toda a funcionalidade da válvula, realizando um ciclo completo de abertura e fechamento. Embora seja altamente eficaz para identificar falhas mecânicas, de vedação ou de atuação, o FST possui uma limitação importante: exige parada de processo.

Como é de se imaginar, poucas indústrias podem interromper suas operações com a frequência necessária para executar esses testes. Paradas significam perda de produtividade, impacto na lucratividade e alteração da programação operacional. Por esse motivo, muitos testes acabam sendo realizados apenas em paradas gerais, o que pode deixar válvulas críticas meses ou até anos sem qualquer verificação funcional. Isso aumenta a incerteza sobre o desempenho real da válvula em uma demanda de emergência.

Além disso, a realização de um FST traz custos elevados, não apenas pela paralisação da planta, mas também pela necessidade de equipamentos adicionais, manobras de processo — como desvios de fluxo ou simulação de paradas — e pela manutenção de dispositivos associados, como solenoides, sensores de posição, boosters e acessórios pneumáticos. Somam-se a isso os custos logísticos e o tempo da equipe envolvida.

O cenário ideal seria a possibilidade de executar testes automáticos, frequentes e programados, sem interferir no processo produtivo. Testes regulares permitiriam a criação de parâmetros históricos que possibilitam uma abordagem preditiva: identificar tendências de falha, planejar intervenções com antecedência e reduzir custos, tudo isso mantendo — ou até aumentando — a disponibilidade do processo.

Uma solução simples para melhorar a disponibilidade e confiabilidade da válvula, com menor custo e mais confiável é uma técnica chamada TESTE DE CURSO PARCIAL conhecido como PST (PARTIAL STROKE TESTE)  . PST significa simplesmente mover parcialmente o eixo da válvula e medir as ações as condições e estado da válvula.
Além disso, é possível medir o tempo de resposta da válvula, ou mesmo verificar se a válvula não está travada, ou se o atuador pneumático está pressurizado corretamente, sem a necessidade de inspeção no local.

É justamente nesse ponto que surge a solução mais prática e eficiente: o Teste de Curso Parcial (PST – Partial Stroke Test). O PST consiste em mover apenas uma parte do curso da válvula, geralmente entre 10% e 20%, de modo controlado, sem afetar o processo. Durante essa movimentação parcial, são avaliados parâmetros como:

• força necessária para deslocar a haste;
• tempo de resposta do atuador;
• pressão de alimentação pneumática;
• detecção de travamentos iniciais ou atritos anormais;
• confirmação de que a válvula não está presa em posição.

Tudo isso pode ser feito sem intervenção manual, sem inspeção local e mantendo o processo em operação.

De acordo com dados do OREDA (Offshore Reliability Data), o PST é capaz de detectar cerca de 70% das falhas de válvulas, especialmente aquelas relacionadas a travamentos iniciais, problemas de atrito, falhas no atuador e degradação mecânica. No entanto, é importante ressaltar que, para detectar problemas de vedação ou vazamento interno, o Teste de Curso Completo continua sendo indispensável.

Qual deve ser a duração do curso parcial?

A amplitude do curso parcial depende diretamente das características do processo e da criticidade da válvula. O objetivo é movimentar a válvula o suficiente para detectar falhas sem causar qualquer impacto no funcionamento normal da planta — inclusive evitando pequenas oscilações de pressão, vazão ou nível.

Na prática, uma movimentação em torno de 10% a 15% do curso costuma ser suficiente para identificar a maioria das falhas potenciais, como início de travamento, atrito excessivo, degradação do atuador ou perda de pressão pneumática. Esse deslocamento limitado permite avaliar o comportamento da válvula sem alterar o estado operacional do processo.

A execução do PST de forma automática e econômica só se tornou realmente viável com o avanço dos posicionadores inteligentes de válvulas. Esses dispositivos oferecem uma ampla gama de parâmetros monitoráveis — como pressão de atuação, velocidade de resposta, tendência de atrito, curva de carga e posição real — permitindo que o sistema gere diagnósticos completos e confiáveis a partir de um teste simples e rápido.

Como funciona o teste de curso parcial (PST – Partial Stroke Test)

O teste de curso parcial é uma técnica amplamente utilizada para verificar a integridade mecânica e funcional de válvulas de segurança ou válvulas de bloqueio, sem interromper o processo. Em vez de uma abertura ou fechamento total, o atuador executa apenas uma pequena variação controlada no curso — normalmente entre 10% e 20% — suficiente para detectar travamentos, atritos excessivos ou início de falhas no atuador ou na válvula.

1. Método de rampa dinâmica (Dynamic Ramp Method)

Os controladores/posicionadores inteligentes utilizam o chamado método de rampa dinâmica para realizar o PST. Nesse método, o posicionador gera automaticamente um perfil de movimento em forma de rampa, aumentando gradualmente o sinal de setpoint (comando) dentro da faixa de deslocamento configurada pelo usuário.

Esse perfil evita movimentos bruscos e reduz riscos ao processo, garantindo que a válvula execute apenas o deslocamento necessário para avaliação.

2. Monitoramento contínuo da posição pelo sensor de efeito Hall

À medida que o posicionador varia o setpoint:

• A válvula responde movendo seu obturador/haste.
• A posição exata da válvula é monitorada em tempo real por um sensor de posição baseado no efeito Hall.
  • Esse sensor é sem contato mecânico, eliminando atrito, desgaste e folgas típicas de sistemas com potenciômetros ou hastes mecânicas.
  • A leitura é extremamente precisa, permitindo detectar até pequenas não-linearidades ou travamentos iniciais.

3. Medição simultânea da pressão de acionamento

Enquanto monitora a posição, o controlador/posicionador também registra a pressão aplicada ao atuador (pressão de suprimento ou pressão no diafragma/câmara do atuador).

Essa pressão é fundamental, pois permite avaliar:

• Atrito dinâmico total do conjunto (valve friction)
• Sinais de stick-slip
• Resistência anormal ao movimento
• Necessidade de maior carga para vencer travamentos iniciais

4. Movimento de avanço até o ponto máximo configurado

Quando a válvula atinge o limite máximo do curso definido para o PST (por exemplo, 15%):

• O posicionador interrompe o avanço.
• Em seguida, executa a reversão, iniciando o retorno controlado da válvula à posição original (normalmente, totalmente fechada para válvulas de bloqueio).

5. Reversão e segunda coleta de dados

Durante a reversão, o posicionador continua medindo:

• A posição da válvula
• A pressão necessária para o retorno
• Velocidade e suavidade do movimento

Essa segunda metade do ciclo é fundamental para comparar:

• Carga em avanço vs. carga em retorno
• Identificar desalinhamentos
• Detectar histerese excessiva
• Avaliar pontos de travamento localizados

6. Processamento dos dados: cálculo do “fator de carga” da válvula

Ao final do teste, o controlador/posicionador utiliza todos os dados coletados para calcular o Valve Load Factor (fator de carga da válvula) — que indica a pressão necessária para mover a haste em condições reais.

Esse valor é comparado com:

• Testes anteriores (tendência histórica)
• Parâmetros de referência definidos pelo fabricante
• Valores típicos para esse tipo de válvula e atuador

Alterações significativas no fator de carga são fortes indicativos de:

• Aumento de atrito
• Travamento parcial
• Problemas no atuador (molas, câmara, vedação)
• Internos danificados ou desgastados
• Acúmulo de material no interno/trim
• Haste empenada

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7. Geração do relatório e do gráfico do PST

O posicionador fornece um gráfico mostrando:

• Posição vs. tempo
• Pressão vs. tempo
• Curva de atrito
• Picos de carga
• Histerese no retorno
• Velocidade de resposta

Esse gráfico é o principal documento para análise de manutenção preditiva e evidencia de integridade, muitas vezes utilizado para atender normas como SIL/IEC 61508 e IEC 61511.

Benefícios do Teste de Curso Parcial (PST)

OsO teste de curso parcial não se limita a verificar se uma válvula consegue se mover; ele representa uma ferramenta fundamental de integridade operacional, trazendo benefícios diretos à segurança, confiabilidade, controle de custos e planejamento estratégico de manutenção.

Embora o PST seja executado em um deslocamento reduzido (geralmente entre 10% e 20% do curso total), a quantidade de dados extraídos é suficientemente robusta para detectar tendências de falha e validar a prontidão da válvula sem interromper o processo.

🔒 1. Benefícios de Segurança

O principal objetivo do PST é garantir que uma válvula de segurança ou válvula de bloqueio esteja apta a atuar quando solicitada. Os ganhos incluem:

✔ Redução da probabilidade de falha sob demanda (PFD)

Ao realizar o PST periodicamente, você reduz significativamente a incerteza sobre a capacidade da válvula de operar em uma condição real de emergência.
Isso é crucial para:

• SIL (Safety Integrity Level)
• Lógica de intertravamento
• Linhas críticas de processo
• Barreira de isolamento em poços e unidades offshore

Quanto mais frequente o teste, menor o intervalo em que uma falha poderá passar despercebida.

✔ Validação contínua do atuador e dos internos da válvula

Como o posicionador monitora pressão, atrito, histerese e carga dinâmica, ele “enxerga” falhas mecânicas que ainda não se manifestaram no processo.

⚙️ 2. Benefícios para a Produção e a Disponibilidade Operacional

O uso do PST traz impactos diretos na eficiência da planta:

✔ Extensão do tempo entre paradas obrigatórias

Com o PST, muitas válvulas podem operar de forma confiável sem necessidade de abertura física durante cada parada.
Isso resulta em:

• Menos intervenções desnecessárias
• Redução de horas de manutenção
• Menor risco de reintrodução de falhas humanas durante desmontagens frequentes

✔ Previsão antecipada de falhas

O PST permite identificar tendências nos gráficos de carga, atrito e pressão, revelando:

• Travamento inicial
• Stick-slip
• Desgaste progressivo de internos
• Acúmulo de material
• Degradação do atuador

Com isso, a equipe pode:

• Planejar compras de peças com antecedência
• Evitar paradas inesperadas
• Antecipar substituições em ciclos planejados

✔ Priorização inteligente da manutenção

Em vez de tratar todas as válvulas como igualmente críticas, o PST permite mapear:

• Quais válvulas apresentam rápida deterioração
• Quais estão estáveis
• Quais exigem intervenção imediata

Isso transforma a manutenção em um processo baseado em condição (CBM – Condition Based Maintenance) em vez de abordagem puramente por tempo.

📘 3. Padrões Normativos Aplicáveis

O teste de curso parcial é amplamente reconhecido pela indústria e formalizado por normas internacionais que tratam de segurança funcional e sistemas instrumentados de segurança.

Os principais padrões relacionados ao PST são:

✔ IEC 61508 – Segurança funcional

Estabelece os requisitos gerais para sistemas elétricos/eletrônicos relacionados à segurança.
Define conceitos como:

• Taxas de falha
• SIL
• Manutenção preventiva baseada em testes de verificação
• Probabilidade de falha sob demanda (PFDavg)

✔ IEC 61511 – Segurança funcional em indústrias de processo

Aplicação prática da IEC 61508 para plantas químicas, petroquímicas, refinarias e plataformas offshore.
Define:

• Requisitos para SIF (Safety Instrumented Functions)
• Ciclo de vida de manutenção
• Periodicidade de testes como o PST
• Documentação mínima obrigatória

✔ ANSI/ISA-84.00.01

Padrão americano equivalente à IEC 61511, com adaptações para setores específicos.
Traz orientações sobre:

• Uso de PST como teste parciais dentro do ciclo de prova
• Análise de Riscos (HAZOP/LOPA)
• Frequência mínima de testes
• Métodos aceitos para validação de válvulas de segurança

O PST não é apenas um teste:
👉 é uma ferramenta de integridade operacional que reduz risco, aumenta disponibilidade e diminui custos.

Desvantagens do teste de curso parcial

Embora o PST seja amplamente utilizado como ferramenta de verificação de integridade de válvulas de segurança, ele não é isento de limitações. Assim como qualquer técnica aplicada dentro de um sistema instrumentado de segurança (SIS), o PST deve ser compreendido dentro de um equilíbrio entre risco operacional, confiabilidade do ciclo de prova e impacto no processo.

A seguir, uma análise universal e fundamentada das principais desvantagens

1. Risco de Atuação Acidental da Válvula (Trip Indesejado)

Essa é a maior preocupação global das plantas de processo.

O PST envolve movimentar parcialmente a válvula, o que inevitavelmente introduz risco de:

• Disparo acidental do sistema de segurança (spurious trip)
• Fechamento inesperado da válvula de bloqueio
• Consequente parada não programada da planta

Isso pode gerar perdas financeiras significativas e até riscos adicionais dependendo do processo.

Mesmo com:

• lógica dedicada,
• limites de curso bem definidos,
• posicionadores inteligentes com controle de torque e pressão,

…a probabilidade de trip nunca pode ser reduzida a zero.

Essa é a principal razão pela qual muitas plantas instalam PST, mas preferem não ativá-lo com frequência.

2. Limitações inerentes ao processo ou à válvula

Há cenários em que o PST simplesmente não é tecnicamente viável, como:

✔ Processos extremamente sensíveis

Linhas onde qualquer variação, mesmo mínima, pode causar:

• instabilidade
• queda de produção
• alterações de qualidade
• perda de controle

Ex.: unidades de hidrogenação, sistemas críticos de pressão, linhas químicas fortemente reativas.

✔ Válvulas ou atuadores específicos

O PST pode ser inviável quando:

• a válvula tem alto atrito estático e risco elevado de stick-slip
• o atuador não possui controle preciso de movimento
• há sistemas antigos sem capacidade de reversão suave
• o mecanismo de vedação é muito rígido no início do movimento

3. Introdução de perturbações no processo

Mesmo sendo parcial, o movimento da válvula sempre altera um pouco:

• vazão
• pressão
• diferencial
• condições de escoamento

Em sistemas mais robustos, isso é irrelevante.
Em processos sensíveis, isso pode:

• comprometer a estabilidade
• pressionar outros controladores
• alterar balanços de massa
• gerar alarmes falsos

Por isso, algumas indústrias optam por realizar PST:

• apenas em horários de baixa carga
• em modos manuais
• com intertravamentos temporários no sistema de controle

O PST não substitui testes completos (Full Stroke Test).

O PST detecta apenas um subconjunto de falhas, principalmente:

• travamento inicial
• aumento de atrito
• degradação no atuador
• histerese
• stick-slip

Porém, ele não consegue identificar:

• falhas mecânicas que ocorrem somente no final do curso
• danos nos internos que só aparecem com fluxo total
• problemas que exigem fechamento completo para se manifestar
• vedação comprometida
• falhas relacionadas à pressão diferencial máxima

Isso limita a profundidade do diagnóstico e exige que o PST seja visto como uma complementação, e não substituto, do ciclo de prova completo.

4. Limitação no diagnóstico das falhas

Outro ponto fundamental:
➡️ O PST não substitui testes completos (Full Stroke Test).

O PST detecta apenas um subconjunto de falhas, principalmente:

• travamento inicial
• aumento de atrito
• degradação no atuador
• histerese
• stick-slip

Porém, ele não consegue identificar:

• falhas mecânicas que ocorrem somente no final do curso
• danos nos internos que só aparecem com fluxo total
• problemas que exigem fechamento completo para se manifestar
• vedação comprometida
• falhas relacionadas à pressão diferencial máxima

Isso limita a profundidade do diagnóstico e exige que o PST seja visto como uma complementação, e não substituto, do ciclo de prova completo.

5. Interpretação incorreta ou insuficiente dos resultados

O PST gera gráficos, curvas e dados avançados.
Mas:

• nem toda planta possui especialistas familiarizados com análise de atrito, histerese ou carga
• interpretações erradas podem gerar alarmes falsos
• dados incompletos podem ser ignorados
• operadores podem desabilitar o PST por insegurança

Ou seja, é necessário:

• capacitação adequada
• procedimentos claros
• software confiável
• manutenção regular dos sensores

Conclusão Geral – Ainda vale a pena usar PST?

Sim — e muito, especialmente no caso que você mencionou:

✔ Para válvulas SDVs (Shutdown Valves) que ficam longos períodos abertas,

o PST é uma tecnologia extremamente valiosa.

Por quê?

• Essas válvulas são críticas: devem fechar quando necessário, e qualquer travamento pode gerar acidente grave.
• Longos períodos abertas favorecem gripagem, stick-slip, corrosão e travamento inicial — justamente as falhas que o PST detecta muito bem.
• O PST reduz drasticamente a probabilidade de falha sob demanda (PFD), aumentando a confiabilidade da função SIF.

Em outras palavras:

👉 O risco pequeno de um trip acidental é menor do que o risco maior de uma SDV não fechar quando realmente for necessária.

Por isso, globalmente — incluindo óleo e gás, petroquímica e offshore — o PST é considerado melhor prática de integridade, desde que:

• implantado corretamente,
• em válvulas adequadas,
• com lógica tolerante a falhas,
• e executado com frequência definida pela IEC 61511.

https://www.valmet.com

Seleção e dimensionamento de atuadores para válvulas – Dicas de Instrumentação