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Minha experiência com válvula de controle foi muito boa, pois não tive uma boa base do assunto e a prática, como sempre, ajuda muito.
Se você está pensando que trabalhar com válvula de controle deve ser um trabalho duro, você está certo meu amigo! 😉 No entanto, você pode gostar dessa vida ou com tempo (e experiência) você pode trabalhar apenas realizando a calibração e diagnósticos de válvulas.
Vou falar um pouco sobre conceitos básicos de válvula de controle e um pouco sobre diagnósticos. Fica comigo até o final? Vamos nessa!
Conteúdo do Artigo
O que é uma válvula de controle?
Todos nós, mesmo sem saber, acabamos utilizando uma ou duas válvulas em nosso dia a dia ao longo da vida. Por exemplo: torneiras de pia, torneiras de chuveiro e, assim por diante, são todas as válvulas que usamos em nossa rotina diária.
Eu sei que algumas são acionadas automaticamente, mas a maioria ainda não é. De qualquer forma, essas não são as válvulas de controle que falaremos no artigo, mas inclui o exemplo para detalhar o nosso tema!
Em plantas industriais, as válvulas executam a mesma função que as torneiras de chuveiro e pia, responsáveis por controlar a quantidade de vazão nos processos. No entanto, as válvulas precisam de mais precisão.
Por isso, deixamos um sistema de controle operá-las ao invés de fazê-lo por conta própria.
Componentes da válvula de controle
As válvulas de controle possuem quatro partes principais: o corpo, castelo, atuador e o posicionador. O p osicionador recebe os comandos do sistema de controle e move o atuador de acordo, fazendo a válvula abrir ou fechar e o castelo faz a conexão entre o atuador e o corpo da válvula de controle.
Existem diversos tipos de válvula como: esfera, borboleta, obturador excêntrico, agulha, diafragma, entre outros. Cada tipo tem seu próprio sistema mecânico para controlar a vazão.
Essas variações podem ter uma grande influência em um processo, mas detalhar cada tipo renderia conteúdo para outro artigo. Sendo assim, vamos guardar este tema para as próximas publicações e até lá, você já estará expert no assunto.
E então, v amos dar uma olhada no segundo elemento de uma válvula de controle?
O atuador
O atuador abre ou fecha sua válvula de acordo com a mudança desejada na vazão de processo. Você pode ter atuadores lineares ou rotativos, dependendo do tipo de corpo da sua válvula.
Por exemplo, uma válvula borboleta requer um atuador rotativo, já uma válvula globo pode trabalhar com um atuador linear.
Além disso, existem 3 tipos diferentes de atuadores que podem ser utilizados: pneumático, hidráulico e elétrico. Os atuadores pneumáticos convertem a pressão do ar em um movimento linear ou rotativo.
Os hidráulicos fazem o mesmo com líquidos, ao invés de utilizar o ar. Já os atuadores elétricos usam motores para converter energia elétrica em torque mecânico.
Todos esses sistemas funcionam em ações diretas ou reversas. Em uma ação direta, a pressão empurrará o atuador para baixo a haste da válvula, e a mola o empurra de volta para cima. Para ações reversas, a pressão de entrada empurra a haste da válvula para cima e a mola a empurra para baixo.
Alguns atuadores, como os de pistão, podem ser encontrados em versões lineares ou rotativas. Como você pode ver, existem muitas variações, mas todas elas fazem a mesma coisa. No final, o objetivo sempre será mover a válvula para aumentar ou diminuir a vazão do produto.
O posicionador
O posicionador recebe sinais do controlador e ajusta o atuador na posição desejada. Hoje você verá muitos posicionadores inteligentes, mas ainda existe uma grande quantidade de posicionadores simples no campo.
Para explicar como o sistema funciona, primeiro percorremos o mecanismo pneumático e, depois, analisamos como um mecanismo digital o difere.
Posicionador pneumático
Em um sistema pneumático, o suprimento de ar é o elemento principal. A entrada de sinal do instrumento varia de 3 a 15 libras por polegada quadrada (psi), assim como os sistemas de controle eletrônico analógico têm o bom e velho 4-20 miliamperes (mA) . A saída de ar, neste caso, move o atuador da válvula.
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Na entrada do instrumento, a pressão do ar atua primeiro nos foles de entrada, fazendo com que ele se expanda ou se comprima. Este fole se conecta ao feixe (Beam), que mede o feedback da haste da válvula através do came de entrada (Input cam). A palheta (flapper) também se conecta ao feixe, por isso também se move quando o fole de entrada infla ou desinfla.
Você pode ter um bom exemplo a respeito deste tópico na imagem abaixo 😉
posicionador pneumático
À medida que o feixe se move, ele desloca a aba na direção ou para longe do bico. Isso faz com que o relé aumente ou reduza a pressão no atuador da válvula. Quando a haste da válvula move o braço do eixo rotativo, ele faz a came girar, o que envia feedback para o feixe e então, o ciclo continua.
Este processo ajusta continuamente a posição da válvula com base no sinal de entrada. Dependendo da posição relativa da montagem do seguidor, você terá uma ação direta ou reversa. Normalmente, se o seguidor estiver no lado esquerdo do feixe, você terá ação inversa. À direita, você tem ação direta.
Posicionador Inteligente
Em um posicionador pneumático com um transdutor, a própria válvula funciona da mesma maneira. No entanto, recebe um sinal diferente de um sistema analógico. Portanto, você precisa do transdutor para converter o sinal analógico para 3 a 15 psi e assim, operar o posicionador.
Em um posicionador de válvula inteligente, um microprocessador se comunica com o sistema de controle por meio de protocolos de campo digitais. Ele verifica a posição da válvula usando o braço de feedback, seja com uma mudança de resistência de um potenciômetro ou com o efeito Hall.
Um relé controlado pela eletrônica reduz ou aumenta a saída para a válvula. Uma grande vantagem aqui é que os posicionadores inteligentes oferecem diagnósticos para você verificar.
O coeficiente de vazão (Cv)
Antes de encerramos este tópico, precisamos falar sobre Cv, o coeficiente de vazão da válvula. Aplica-se o fator de queda de pressão (ΔP) ou queda de cabeça (Δh) sobre uma válvula com a vazão Q. A fórmula pode diferir dependendo do produto que a válvula regula, como gás, líquido ou vapor.
Além disso, o Cv varia conforme a válvula de controle, uma vez que cada vez que seu caminho é possível para a saída do fluxo por ela. A diferença de Cv está relacionada à posição e ao tipo da válvula. Uma vez que você precisa de uma válvula, você precisa do Cv para selecionar a válvula correta.
coeficiente de vazão (Cv)
Alguns fornecedores padronizados ou coeficientes de vazão (Kv). Eles criaram um padrão com algumas referências de água em temperatura específica, vazão, unidade de queda de pressão.
Tenha em mente que Kv usa unidades métricas e Cv imperial.
Kv = 0,865 · Cv
Cv = 1,156 · Kv
Manutenção e diagnóstico de válvula de controle
Como é possível saber qual válvula deve ser reparada na próxima parada? A resposta é simples: controlando o ciclo de vida de suas válvulas e analisando os diagnósticos do seu posicionador.
Em fábricas convencionais com comunicação de 4 a 20 mA, como é possível utilizar 100% do potencial de seus dispositivos de campo inteligentes?
Uma das respostas para isso seria a utilização de sistema wireless para enviar todos os dados HART ao sistema de gerenciamento de ativos da fábrica (PAM). Neste cenário queremos usar wireless onde já temos cabo, reduzindo o custo de um sistema PAM.
Você também pode tentar um multiplexador ou alterar placas de controlador lógico programável (CLP) , por exemplo, de analógico para HART . Às vezes, essas opções podem reduzir custos ou tornar o sistema PAM mais rápido.
Quando falamos de wireless, ela pode ser instalada em paralelo com a comunicação de 4 a 20 mA. Isto não cria interferência no sinal, o que facilita a instalação e reduz os custos (dica esperta hein!)
Claro, você precisará do software certo para acessar todos os dados dos seus dispositivos. Talvez você não saiba, mas a maioria das marcas utilizam software proprietário para conceder acesso ao posicionador de válvula. No entanto, você pode ter uma maneira mais simples de se contornar isso.