INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO TRIÂNGULO MINEIRO

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E

TECNOLOGIA DO TRIÂNGULO MINEIRO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

JOÃO CARLOS ALVIM DA CUNHA

ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UBERABA 2019

Introdução

Elementos finais de controle são instrumentos que variam a quantidade de energia ou material (agente de controle), em resposta ao sinal enviado pelo controlador, a fim de manter a variável controlada em um valor (ou faixa de valores) pré-determinado. Os elementos finais de controle podem ser operados por meio e sinais elétricos, pneumáticos ou mecânicos. Com base nisso, este presente trabalho tem por finalidade apresentar alguns tipos de elementos finais de controle, focando em válvulas de controle.

Válvulas

Válvulas são instrumentos que possui a finalidade de provocar uma obstrução na tubulação para permitir o controle da vazão.  As válvulas podem ser separadas por diferentes critérios. Dentre eles, pelo modo de operação, que podem ser:

• manual,
• mecânica (força motriz externa)
• automática (dispensa ação externa)

Por categoria, que seriam por:

• bloqueio (Destinam-se a interromper o fluxo, ou seja, só devem trabalhar completamente abertas ou fechadas)
• controle (são destinadas especificamente para controlar o fluxo, podendo trabalhar em qualquer posição de fechamento parcial)
• por retenção (permitem o fluxo apenas em um sentido)
• segurança (são as que controlam a pressão a montante (antes da válvula) e a jusante (depois da válvula)

Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais o corpo e o atuador. O corpo e a parte da válvula que executa a ação de controle permitindo maior ou menor passagem do fluido no seu interior, conforme a necessidade do processo. O corpo é a parte da válvula que entra em contato direto com fluido, deve satisfazer os requisitos de pressão, temperatura e corrosão do fluido. O atuador é o elemento responsável em proporcionar a força motriz necessária ao funcionamento da válvula de controle. Sendo parte integrante do sistema de controle, ele quando corretamente selecionado, deve proporcionar à válvula meios de operacionalidade estáveis e suaves, contra a ação variável das forças dinâmicas e estáticas originadas na válvula através da ação do fluído de processo.  A obstrução de uma válvula pode ser parcial ou total.  

As válvulas da categoria de controle podem ter diversos tipos de atuador, que podem ser:

ATUADOR PNEUMÁTICO TIPO MOLA E DIAFRAGMA:

Utiliza um diafragma flexível, sobre o qual age uma pressão de carga variável em oposição à força produzida por uma mola. Este tipo de atuador é acionado através do ar comprimido e o retorno à posição original é feito através de mola. Normalmente ele provoca um deslocamento linear na haste da válvula.

Pode ter dois tipos de ações:

 Ação Direta: o aumento da pressão empurra a haste para baixo, enquanto a mola força a haste para cima. (maior esforço)

Ação Reversa: o aumento da pressão de puxa a haste para cima, enquanto a mola força a haste para baixo.

Vantagens: baixo custo, simplicidade, posição de segurança por falha é inerente, necessidade de baixa pressão de ar suprimento, ajustabilidade, facilidade de manutenção, resposta rápida e seguro em aplicações eletricamente perigosas.

Desvantagens: torques limitados, limitação quanto à temperatura, inflexibilidade para alterações das condições de serviço.

ATUADOR PNEUMÁTICO TIPO PISTÃO:

Funcionamento é idêntico ao tipo mola e diafragma, visto que a única diferença entre os mesmos é a troca do diafragma por um pistão. Este tipo de atuador é acionado também através do ar comprimido e o retorno à posição original é feito através de mola. Normalmente ele provoca um deslocamento rotativo na haste da válvula. Podem ser com deslocamentos linear ou rotativo.

Vantagens: capacidade de torque elevado, compacticidade, menor peso, adaptabilidade às altas temperaturas do meio ambiente, adaptabilidade às variações dos requisitos de torque da válvula, resposta rápida e seguro em aplicações eletricamente perigosas.

Desvantagens: posição de segurança por falha, requer acessórios opcionais, necessidade do uso do posicionador para aplicações em controle modulado, maior custo que o atuador tipo mola e diafragma e necessidade de alta pressão de ar suprimento.

ATUADOR PNEUMÁTICO TIPO DUPLA AÇÃO:

Este tipo de atuador é acionado através do ar comprimido e tanto a ida do embolo como o retorno do mesmo a posição original é feito através do ar comprimido. Normalmente, ele provoca um deslocamento rotativo na haste da válvula.

ATUADOR ELÉTRICO:

Consiste em um motor que recebe um sinal analógico (4 a 20 mA) ou digital (Profibus PA e Devicenet) e aciona o deslocamento do obturador.

Vantagens: compacticidade e aptidão para aplicações remotas.

Desvantagens: alto custo, falta de posição de segurança por falha, habilidade limitada para sistemas de controle modulador e resposta lenta.

ATUADOR ELETROMECÂNICO:

Conversores podem ser usados para transformar sinais de controle eletrônicos (4 a 20mA) em pneumáticos, os quais são aplicados a válvulas de controle pneumáticas.

ATUADOR HIDRÁULICO:

Este tipo de atuador é utilizado quando a força necessária para movimentar o obturador é muito alta, normalmente em tubulações de grandes diâmetros.

ATUADOR ELETRO-HIDRÁULICO:

Pode ser acionado por motor elétrico que comanda o sistema de pressão hidráulica ou, por uma bobina, que ao ser sensibilizada por um sinal de corrente, gera um campo magnético que faz o deslocamento de uma palheta provocando a obstrução bocal, através do qual escoa óleo a uma alta pressão. O escoamento deste óleo para o pistão, origina o deslocamento do mesmo e produz uma elevada força motriz. Em algumas aplicações as válvulas podem ter como acessório um volante manual para acionar a válvula em caso de falha do posicionador ou do atuador pneumático da válvula. Este volante aciona mecanicamente a haste da válvula e, quando aciona a abertura da válvula, não conseguimos acionar a válvula pneumaticamente pois a mesma fica travada mecanicamente.