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Ao controlar de perto a pressão e a temperatura dos meios de aquecimento e resfriamento nos sistemas de troca de calor, o uso de uma válvula de controle automatizada pode ajudar a garantir a transferência eficiente de calor.
A válvula de controle do tipo modulante linear de haste ascendente tem sido utilizada em processos para controlar com precisão a quantidade de fluxo e pressão desses fluidos há muito tempo. Depois que projetos confiáveis de atuadores e controladores automáticos foram introduzidos, as válvulas de atuação pneumática ou elétrica por meio de um sinal remoto ganharam grande popularidade.
Mover automaticamente a posição de uma válvula aumentou a precisão do sistema, o que influenciou muito a qualidade do produto e reduziu o desperdício associado aos processos de fabricação. Quando sensores específicos de feedback foram adicionados, a precisão do sistema foi novamente aumentada. O circuito de controle é composto agora pelo controlador, sensor e válvula automática.
Embora o desempenho esteja melhorando, os projetos da válvula de controle e do atuador ainda determinam a precisão total do sistema. Ao adicionar um posicionador pneumático ou eletropneumático à válvula, os atuadores de ação simples e dupla podem ser posicionados e controlados com precisão. A válvula pode se tornar parte integrante de um sistema controlado digitalmente que transmite tanto a integridade da válvula quanto às informações de diagnóstico para garantir que o loop mantenha o ponto de ajuste dentro de uma precisão desejada.
Neste artigo vamos detalhar muitas das vantagens de instalar e aplicar um posicionador a um pacote básico de válvula de controle atuado pneumaticamente. Acompanhe!
A operação de uma válvula de controle envolve o posicionamento de seu obturador em relação à sede dentro da válvula. Um atuador é acoplado diretamente ao obturador da válvula através da haste e move o obturador da válvula para a posição de controle desejada.
Normalmente, um atuador pneumático ou elétrico é usado para controlar a posição do plug da válvula. As válvulas de controle acionadas pneumaticamente funcionam no sistema “ar para abrir” ou “ar para fechar”. As válvulas “ar para abrir” são normalmente mantidas fechadas por uma mola e requerem uma pressão de ar para abrir, e as válvulas “ar para fechar” são normalmente mantidas abertas por uma mola e requerem pressão de ar para fechá-las.
O projeto mecânico da combinação de válvula e atuador determina de que forma o atuador funciona, mas a condição de segurança desejada determina qual tipo é aplicado (no caso de falha de ar do instrumento da planta).
Um computador, controlador, CLP, termostato ou outro dispositivo de controle elétrico envia um sinal analógico diretamente para o atuador elétrico ou através de um conversor de corrente/tensão para o posicionador pneumático, eletropneumático ou atuador pneumático.
O sinal é baseado no ponto de ajuste do sistema desejado e modula a válvula linearmente mais aberta ou mais fechada. Ao automatizar as válvulas dessa maneira, elas podem ser usadas para controlar direta ou indiretamente temperaturas, pressões e fluxos em um sistema de malha aberta ou fechada.
Os trocadores de calor são um tipo comum de aplicação de controle de circuito fechado, onde válvulas de controle acionadas pneumaticamente e eletricamente podem ser usadas para regular água, vapor e condensado.
Como o design moderno do sistema de troca de calor exige maior eficiência, o mesmo ocorre com a necessidade de melhorar o desempenho da válvula de controle. A modulação e controle dessas válvulas oferece resposta rápida e precisão dentro de 2% do ponto de ajuste. Assim, somam menos desperdício de vapor, queda e remoção de condensado. Algumas das vantagens de usar posicionadores de válvula incluem:
Imagine um trocador de calor que não responde com rapidez suficiente às mudanças de temperatura provocadas por mudanças de carga do processo ou perturbações no sistema de vapor. Isso pode ser causado por algo tão simples como água quente, válvula de vapor incorreta ou atuador de válvula sendo usado.
Às vezes, mudar de uma válvula de controle acionada eletricamente para uma válvula acionada pneumaticamente que utiliza um posicionador pode fazer a diferença, desde que o trocador de calor ainda possa atender aos requisitos de capacidade da instalação.
Se pressões diferenciais mais altas ou pressões diferenciais variáveis através do obturador da válvula fizerem com que a posição da válvula mude. Um posicionador ajusta automaticamente a pressão do ar para o atuador, de modo a “posicionar” o obturador de acordo com o sinal de controle.
Quando um posicionador é usado, a válvula tem seu próprio controle de malha fechada com base no sinal de entrada e na realimentação da posição da haste. Isso é realizado por meio da ligação de resposta da posição da haste, relé de amplificação pneumático e ajuste da pressão de saída para o atuador de acordo com o sinal de controle de entrada.
Este circuito de controle de malha fechada é parte integrante do posicionador e, portanto, mantém as forças consistentes de fechamento e abertura (empuxo) ditadas pelo diferencial e pela posição da válvula.
Modelos maiores de válvula de controle, com diafragma ou pistão, podem exigir maiores volumes de ar, maiores fluxos para frente e para trás e maiores pressões de ar que não são geradas por conversores tradicionais.
Por exemplo, um atuador tipo diafragma pneumático maior pode ter um volume interno que deve ser preenchido para mover uma válvula totalmente para a posição aberta ou fechada. Se for usado um posicionador com uma classificação de fluxo direto e reverso, essa mesma válvula abrirá ou fechará em poucos segundos.
Os posicionadores também fornecem pressões de ar ao atuador nas pressões de alimentação ou próximo a elas para mover a válvula de controle para a posição desejada. Eles se tornam a “força motriz” independentemente de quanto ar é necessário para o atuador a fim de mover a válvula onde ela precisa estar para atingir o equilíbrio de equilíbrio de força.
Ser capaz de fornecer essas pressões mais altas é muito útil, especialmente para superar os efeitos negativos da histerese e da zona morta que estão sempre presentes em combinações maiores de atuadores e válvulas.
O conceito de ação de controle é mais facilmente compreendido considerando uma válvula de controle acionada pneumaticamente do tipo “ar para abrir” com um posicionador eletropneumático instalado.
Com ação de controle direto, conforme o sinal elétrico de entrada para o posicionador aumenta, também aumenta a saída pneumática do posicionador para o atuador. A válvula abre e modula proporcionalmente enquanto o fluxo através da válvula aumenta ou diminui de acordo.
Com a ação de controle reversa, conforme o sinal de entrada elétrico para o posicionador aumenta, a saída pneumática do posicionador para o atuador diminui. Às vezes, as alterações no projeto do sistema devido ao redirecionamento da tubulação ou alterações da lógica de controle dentro do controlador, requerem uma válvula de controle para operar dessa maneira.
As características de fluxo inerentes instaladas (características de projeto) de uma válvula de controle são determinadas pelo tipo de obturador, sede etc. Às vezes, a linearização de uma característica de fluxo não linear é necessária para que o ganho da válvula de processo seja constante, independentemente da saída do controlador.
É necessário alterar ou ajustar o perfil de fluxo para aumentar a precisão do controle e melhorar o desempenho. Dependendo do projeto e do tipo de posicionador, a linearização pode ser realizada substituindo um came mecânico ou reprogramando eletronicamente uma nova curva de desempenho no posicionador.
Utilizar um posicionador para alterar a característica de fluxo inerente pode ser uma solução mais econômica do que instalar uma nova válvula ou trocar o interno da válvula.
Projetos de posicionadores para válvula de controle eletropneumáticas, baseadas em microprocessadores, oferecem a capacidade de incorporar inteligência e comunicações significativas aos componentes eletrônicos. Isso pode ser vantajoso ao conectar o posicionador a sistemas de controle que utilizam comunicações digitais.
Os sensores dentro do posicionador fornecem informações associadas ao curso e impulso da válvula, pressões de saída para o atuador, temperatura do invólucro, desgaste da sede ou obturador da válvula e desempenho da válvula. Os diagnósticos e alertas integrados são comuns nos posicionadores de válvula digital, juntamente com o registro de dados históricos de eventos de desempenho anormal da válvula de controle.
Para tirar proveito das informações adicionais, às vezes a equipe de operações, engenharia e manutenção deve se familiarizar com muitos outros parâmetros de controle e variáveis de processo. Os aplicativos utilitários que permitem a interface do posicionador da válvula com um sistema de controle computadorizado central é o método mais comum de monitoramento e alteração desses parâmetros.
Resumidamente, um posicionador de válvula de controle fornece energia pneumática a um atuador, independentemente de quanto ar é necessário para mover a válvula. Ele também fornecerá pressões de ar ao atuador até que a pressão de alimentação seja regulada.
Isso ajuda a superar os efeitos da histerese e da banda morta causadas pelo atrito. Adicionar um posicionador na válvula de controle também aumenta a precisão do sistema por meio da ação de controle de malha fechada integral à válvula.
Após o ajuste correto do loop, o desempenho do sistema poderá ser bastante melhorado, reduzindo o desperdício associado ao excesso de vapor, água e geração de condensado.
Esperamos que essas informações possam ser bastante pertinentes para seus processos e projetos. Mas se precisar de ajuda complementar, pode sempre contar com o apoio da nossa equipe técnica!
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