1. Definição Geral

As válvulas industriais são classificadas em passagem plena (Full Bore) e passagem reduzida (Reduced Bore) com base na relação entre o diâmetro interno da válvula e o diâmetro nominal da tubulação à qual está conectada. Essa distinção é crítica para o desempenho hidráulico, eficiência energética e aplicação em diferentes sistemas de fluidos.

• Válvulas de Passagem Plena (Full Bore)
  Possuem diâmetro interno idêntico ao diâmetro nominal da tubulação (ex.: uma válvula DN 100 tem uma abertura de 100 mm). Isso garante um fluxo livre de restrições, minimizando perdas de carga e permitindo a passagem de dispositivos de limpeza (como pigs em oleodutos).
• Válvulas de Passagem Reduzida (Reduced Bore)
  Apresentam diâmetro interno inferior ao da tubulação (ex.: válvula DN 100 com passagem de 80 mm). Essa redução pode variar de 20% a 50%, dependendo do tipo de válvula e aplicação. São mais compactas e econômicas, porém introduzem maior resistência ao fluxo.

Principais Implicações:

• Passagem plena: Ideal para sistemas que exigem vazão máxima, baixa perda de pressão ou transporte de fluidos com sólidos.
• Passagem reduzida: Usada quando custo, espaço ou controle de fluxo são prioritários, em fluidos limpos e de baixa viscosidade.

Essa classificação é fundamental para projetos de engenharia, influenciando desde a seleção de materiais até a eficiência operacional do sistema.

2. Características Técnicas: Válvulas de Passagem Plena (Full Bore)

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2.1 Geometria e Dimensionamento

• Diâmetro interno (ID): Exatamente igual ao diâmetro nominal (DN) da tubulação conectada (ex.: DN150 → ID150mm), mantendo continuidade hidráulica perfeita.
• Perfil de fluxo: Trajetória retilínea sem alterações bruscas de seção, com coeficiente de contração (Cc) ≈ 1.0.
• Rugosidade interna: Acabamento superficial equivalente ao da tubulação (Ra ≤ 3.2 μm para serviços críticos).

2.2 Dinâmica de Fluidos

• Número de Reynolds (Re): Mantém o regime de escoamento original da tubulação (Re = ρvD/μ).
• Perda de carga: Desprezível (ΔP < 0.01 bar para L/D < 0.05), calculável por:

2.3 Projeto Mecânico

• Fator de forma: Relação comprimento/diâmetro (L/D) típica de 5-8 para válvulas gaveta.
• Pressão de trabalho: Projetadas para classes ASME 150-2500, com espessuras de parede calculadas por:

2.4 Materiais e Fabricação

• Corpo: Fundição ASTM A216 WCB ou forjado A105 para serviços gerais.
• Vedações: Anéis autocompensatórios em Inconel para altas temperaturas.
• Acabamento: Usinagem CNC com tolerâncias IT7-IT8.

2.5 Aplicações Específicas

• Transporte de slurry: Diâmetro pleno evita deposição de sólidos.
• Sistemas piggable: Atende a API 6D para passagem de pigs geométricos.
• Criogênicos: Projeto sem zonas de estagnação para fluidos abaixo de -100°C.

3. Características Técnicas: Válvulas de Passagem Reduzida (Reduced Bore)

3.1 Parâmetros Geométricos

• Grau de redução: 20-50% do DN (ex.: DN100 → ID60-80mm), com relação d/D típica de 0.6-0.8.
• Coeficiente de contração: Cc = (d/D)² = 0.36-0.64.
• Transição geométrica: Perfil cônico (15-30°) ou curvo (raio ≥ 1.5D) para minimizar turbulência.

3.2 Hidrodinâmica Aplicada

• Efeito Venturi: Aumento localizado de velocidade (v₂ = v₁(D/d)²).
• Perda de carga: Significativa, calculada por:

• Risco de cavitação: NPSHr aumenta proporcionalmente a (D/d)⁴.

3.3 Projeto Otimizado

• Peso estrutural: 30-50% menor que equivalentes full bore.
• Fator Cv: Típico de 25-40% menor para mesma classe de pressão.
• Atuação: Torque requerido reduzido em ≈20% para válvulas esfera.

3.4 Seleção de Materiais

• Corpo: Aço carbono ASTM A351 CF8M para serviços corrosivos.
• Trim: Combinado (haste + disco) em 17-4PH para erosão.
• Revestimentos: WC-Co em zonas de alta velocidade (>15 m/s).

3.5 Considerações de Instalação

• Posicionamento: Evitar montagem a menos de 5D de curvas ou derivações.
• Orientação: Fluxo preferencial conforme indicado no corpo (seta de direção).
• Suportes: Necessários para válvulas >DN300 em sistemas vibratórios.

Tabela Comparativa Avançada

Característica	Passagem Plena	Passagem Reduzida
Área relativa de fluxo	100%	36-64%
Coeficiente K médio	0.05	0.3-0.7
Velocidade crítica*	6 m/s (água)	4 m/s (água)
Custo relativo	1.5×	1.0×
MTBF (serviço crítico)	>100,000 ciclos	60,000-80,000 ciclos

*Para evitar erosão em serviços contínuos

Casos de Aplicação Técnica

1. Passagem Plena:
   • Linhas de descarga de bombas (NPSH disponível crítico)
   • Gasodutos classe API 6D X70
   • Mineração (polpa com 40% sólidos)
2. Passagem Reduzida:
   • Sistemas de controle HVAC (ΔP planejada)
   • Linhas de dosagem química
   • Óleo lubrificante (ISO VG 68)

Esta versão aprofunda os aspectos de engenharia com parâmetros quantificáveis e critérios de projeto mensuráveis. Posso elaborar sobre:

• Cálculos detalhados de ΔP para casos específicos
• Seleção de materiais para ambientes extremos
• Análise de ciclo de vida comparativa

4. Diferenças Técnicas Fundamentais

Critério	Passagem Plena	Passagem Reduzida
Diâmetro interno	Igual à tubulação	Menor que a tubulação
Perda de carga	Mínima	Significativa
Custo	Maior (mais material)	Menor
Aplicação típica	Oleodutos, gás, alta vazão	Controle de fluxo, baixa vazão

5. Aplicações Técnicas Comparadas

Válvulas de Passagem Plena (Full Bore)

Projetadas para oferecer fluxo irrestrito, são essenciais em aplicações críticas onde a perda de carga mínima e a integridade do fluido são prioridades.

✅ Indústria Petrolífera (Óleo & Gás)

• Exemplo: Válvulas gaveta (gate valves) em gasodutos API 6D X80 (DN300-DN1200)
• Vantagem: Permitem o transporte de petróleo bruto com sedimentos (até 5% sólidos em volume) sem risco de obstrução.
• Norma: API 6D (PSL 3G para serviços severos)

✅ Sistemas de Alta Vazão

• Exemplo: Válvulas esfera (ball valves) em adutoras de água (DN150-DN600)
• Dados: Velocidade do fluxo ≥ 3 m/s, com ΔP < 0.05 bar por metro linear
• Aplicação: Estações de bombeamento em saneamento básico

✅ Pigging (Limpeza Mecânica)

• Exemplo: Oleodutos com pigs inteligentes para inspeção (geométricos ou magnéticos)
• Requisito: Diâmetro interno ≥ 95% do DN da tubulação (ASME B31.4)
• Caso real: Gasoduto Rota 3 (Brasil) – Válvulas full bore classe 600#

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Válvulas de Passagem Reduzida (Reduced Bore)

Otimizadas para controle e economia, são empregadas quando a compactação e o custo são mais relevantes que a eficiência hidráulica.

✅ Controle de Vazão (HVAC e Processos)

• Exemplo: Válvulas globo (globe valves) em sistemas de ar condicionado central (DN25-DN100)
• Dados: ΔP projetada de 0.2-0.5 bar para regulação precisa
• Cálculo: 
• Q=CvΔPSGQ=Cv​SGΔP​​ (onde CvCv​ ≈ 25% menor que full bore)

Aspectos Técnicos: Cálculo de Perda de Carga

A vazão volumétrica em uma válvula pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

Q = C_v \sqrt{\frac{\Delta P}{SG}}

Onde:

• Q: Vazão volumétrica (m³/s).
• C_v: Coeficiente de vazão da válvula (aproximadamente 25% menor para válvulas de passagem reduzida em comparação com passagem plena).
• ΔP: Perda de carga (Pa ou bar).
• SG: Gravidade específica do fluido (adimensional).

Para válvulas de passagem plena, o C_v é próximo ao da tubulação, resultando em perda de carga mínima (ex.: ΔP ≈ 0,1 a 0,5 bar). Para passagem reduzida, o C_v é menor, aumentando a perda de carga (ex.: ΔP ≈ 1 a 5 bar).

✅ Economia de Espaço e Custo

• Exemplo: Válvulas borboleta (butterfly valves) em estações de tratamento de água (DN80-DN400)
• Comparativo:
  • Full bore: R$ 12.000 (DN150, classe 150#)
  • Reduced bore: R$ 7.500 (mesma especificação)

✅ Fluidos Limpos (Baixa Viscosidade)

• Exemplo: Válvulas de agulha (needle valves) em sistemas hidráulicos (ISO VG 46)
• Restrição: Fluidos com partículas < 50 microns (ISO 4406 16/14/11)

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Tabela Comparativa de Aplicações

Critério	Passagem Plena	Passagem Reduzida
Vazão típica	100% da capacidade da tubulação	60-80% da capacidade
ΔP admissível	< 0.1 bar	0.2-1.0 bar
Custo relativo	1.5×	1.0× (base)
Exemplo industrial	Gasoduto Nordstream (DN1200)	Sistema de refrigeração (DN50)

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Seleção Técnica Baseada em Casos Reais

1. Quando escolher Full Bore?
   • Fluidos bifásicos (óleo+gás) em plataformas offshore
   • Serviços com pigging (ex.: dutos da Petrobras)
   • Pressões > 100 bar (evitando cavitação)
2. Quando escolher Reduced Bore?
   • Controle de vazão em HVAC (ex.: hospitais e data centers)
   • Orçamentos limitados em projetos de utilidades
   • Espaço físico crítico (subestações compactas)

6. Análise Técnica Detalhada: Vantagens e Desvantagens

Válvulas de Passagem Plena (Full Bore)

▸ Vantagens Técnicas:

1. Eficiência Hidrodinâmica
   • Perda de carga desprezível (ΔP≈0) devido à ausência de estrangulamento
   • Coeficiente de resistência (K) inferior a 0.1 (vs. 0.3-1.0 em reduced bore)
   • Exemplo: Em gasodutos DN300, a economia energética pode chegar a 15% comparado a válvulas reduced bore
2. Transporte de Fluidos Complexos
   • Capacidade para fluidos com:
     • Sólidos em suspensão (até 5% v/v)
     • Viscosidade elevada (> 500 cP)
   • Aplicação crítica: Linhas de slurry em mineração (ex.: polpa de minério de ferro)
3. Manutenção Facilitada
   • Compatibilidade com pigging (diâmetro interno ≥ 95% do DN)
   • Normativa: API 6D para inspeção por pigs geométricos

▸ Desvantagens Operacionais:

1. Custo de Aquisição
   • Preço 30-50% superior ao de válvulas reduced bore (ex.: válvula gaveta DN150 Classe 600: ~R$18.000 vs. ~R$12.000)
2. Peso e Dimensões
   • Massa típica: 2-3× maior (ex.: válvula esfera DN200 full bore = ~120 kg vs. 45 kg reduced bore)
   • Impacto em:
     • Instalações offshore (custo de suporte)
     • Sistemas com restrição espacial

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Válvulas de Passagem Reduzida (Reduced Bore)

▸ Vantagens Econômicas:

1. Redução de Custos
   • Economia de 20-40% no custo total (material + instalação)
   • Peso até 60% menor (exemplo: válvula borboleta DN150 = 22 kg vs. 55 kg full bore)
2. Controle de Processo
   • Linearidade aprimorada em válvulas globo (curva característica EQM)
   • Ajuste preciso de vazão (CvCv​ reduzido em 25-40%)
   • Aplicação típica: Sistemas HVAC com ΔP projetada de 0.3-0.7 bar

▸ Limitações Técnicas:

1. Perdas de Carga
   • ΔP significativa pela equação:ΔP=[1−(dD)4]ρv22ΔP=[1−(Dd​)4]2ρv2​Exemplo: Para d/D=0.7d/D=0.7 e v=3 m/sv=3m/s, ΔP≈0.45 barΔP≈0.45bar

1. Riscos Hidráulicos
   • Cavitação quando Pv<Psat​ (NPSH disponível crítico)
   • Velocidade máxima recomendada:
     • Líquidos: 4 m/s
     • Gases: 15 m/s

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Tabela Comparativa Avançada

Parâmetro	Passagem Plena	Passagem Reduzida
Custo Relativo (DN150)	1.5×	1.0× (base)
ΔP típica (água, 2 m/s)	< 0.01 bar	0.1-0.5 bar
Faixa de CvCv​	0.8-1.2×DN²	0.5-0.7×DN²
Vida Útil (ciclos)	>100,000	60,000-80,000
Aplicação Crítica	Pigging em oleodutos	Controle em HVAC

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Critérios de Seleção Técnica

1. Escolher Passagem Plena quando:
   • ΔPadmΔPadm​ < 0.1 bar
   • Presença de sólidos ou fluidos não-newtonianos
   • Requisitos de pigging ou limpeza CIP
2. Preferir Passagem Reduzida para:
   • Controle modulante (ex.: válvulas globo em refinarias)
   • Projetos com restrição orçamentária
   • Sistemas com fluidos limpos (ISO 4406 ≤14/12)

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Caso Prático

Sistema de Bombeamento de Óleo

• Full Bore: Adotada na linha principal (DN250) para:
  • Minimizar ΔP (economia de R$18.000/ano em energia)
  • Permitir pigging mensal (requisito ANP)

• Passagem Reduzida(Reduced Bore): Utilizada em bypasses (DN80) para:
  • Reduzir custo inicial em 35%
  • Controlar vazão durante manutenção

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7. Aspectos Técnicos

Cálculo de Perda de Carga
Válvulas de passagem plena apresentam perda de carga (ΔP) desprezível, devido ao diâmetro interno igual ao da tubulação, minimizando resistência ao fluxo. Para válvulas de passagem reduzida, a perda de carga pode ser calculada usando a equação de Darcy-Weisbach: ΔP = f (L/D) (ρv²/2), onde f é o coeficiente de atrito, L/D é a relação comprimento/diâmetro, ρ é a densidade do fluido e v é a velocidade. Alternativamente, a fórmula de Hazen-Williams pode ser usada para fluidos como água.

Normas e Padrões
A norma ASME B16.34 define classificações de pressão-temperatura para válvulas industriais, enquanto a API 6D especifica requisitos de projeto e testes para válvulas de pipeline, como as de esfera e gaveta.

Testes de Estanqueidade
Para válvulas de passagem plena, testes de vedação seguem a ISO 5208, com classes como A (zero vazamento) ou B (vazamento mínimo). Em válvulas de passagem reduzida, vazamentos no assento podem ocorrer devido a desgaste ou alta pressão diferencial, exigindo inspeção rigorosa.

Automação
Válvulas de passagem plena requerem atuadores (ex.: pneumáticos ou elétricos) com maior torque devido ao diâmetro interno maior. Por exemplo, uma válvula de esfera de 12 polegadas pode exigir torque de 500 a 1000 Nm, dependendo do fluido e da pressão.

Válvula de esfera – Introdução I

Valve Manufacturer in India | industrial valves India | Aira Euro Automation