Introdução aos atuadores de válvula

Atuadores de válvula

Os atuadores de válvula são selecionados com base em vários fatores, incluindo o torque necessário para operar a válvula e a necessidade de atuação automática. Os tipos de atuadores incluem volante manual, alavanca manual, motor elétrico, pneumático, solenóide, pistão hidráulico e autoatuado. Todos os atuadores, exceto volante manual e alavanca, são adaptáveis ​​para atuação automática.

Atuadores manuais, fixos e de martelo
Os atuadores manuais são capazes de colocar a válvula em qualquer posição, mas não permitem a operação automática. O tipo mais comum de atuador mecânico é o volante. Este tipo inclui volantes fixados na haste, volantes de martelo e volantes conectados à haste por meio de engrenagens.

Volantes Fixos à Haste
Conforme ilustrado na imagem à direita, os volantes fixados na haste proporcionam apenas a vantagem mecânica do volante. Quando essas válvulas são expostas a altas temperaturas de operação, o emperramento da válvula dificulta a operação.

Volante de martelo
Conforme ilustrado na imagem, o volante do martelo se move livremente durante uma parte de sua volta e depois bate contra uma saliência em uma roda secundária. A roda secundária está fixada na haste da válvula. Com este arranjo, a válvula pode ser fechada com força para um fechamento hermético ou aberta se estiver travada.

Caixa de engrenagens operada manualmente

Se for necessária vantagem mecânica adicional para uma válvula operada manualmente, o castelo da válvula é equipado com cabeças de engrenagem operadas manualmente, conforme ilustrado na imagem. Uma chave especial ou volante preso ao eixo do pinhão permite que uma pessoa opere a válvula quando duas pessoas podem ser necessárias sem a vantagem da engrenagem. Como são necessárias várias voltas do pinhão para produzir uma volta na haste da válvula, o tempo de operação de válvulas grandes é excepcionalmente longo. A utilização de motores pneumáticos portáteis conectados ao eixo do pinhão diminui o tempo de operação da válvula.

Caixa de engrenagens operada manualmente

Se for necessária vantagem mecânica adicional para uma válvula operada manualmente, o castelo da válvula é equipado com cabeças de engrenagem operadas manualmente, conforme ilustrado na imagem. Uma chave especial ou volante preso ao eixo do pinhão permite que uma pessoa opere a válvula quando duas pessoas podem ser necessárias sem a vantagem da engrenagem. Como são necessárias várias voltas do pinhão para produzir uma volta na haste da válvula, o tempo de operação de válvulas grandes é excepcionalmente longo. A utilização de motores pneumáticos portáteis conectados ao eixo do pinhão diminui o tempo de operação da válvula.

Atuadores de motores elétricos

Os motores elétricos permitem a operação manual, semiautomática e automática da válvula. Os motores são utilizados principalmente para funções de abertura-fechamento, embora sejam adaptáveis ​​para posicionar a válvula em qualquer ponto de abertura conforme ilustrado na imagem abaixo. O motor é geralmente do tipo reversível e de alta velocidade conectado através de um trem de engrenagens para reduzir a velocidade do motor e, assim, aumentar o torque na haste. A direção de rotação do motor determina a direção do movimento do disco.
A atuação elétrica pode ser semiautomática, como quando o motor é acionado por um sistema de controle. Um volante, que pode ser engatado no trem de engrenagens, permite a operação manual da válvula. Os interruptores de limite são normalmente fornecidos para parar o motor automaticamente nas posições de válvula totalmente aberta e totalmente fechada. Os interruptores de limite são operados fisicamente pela posição da válvula ou torcionalmente pelo torque do motor.

Atuadores Hidráulicos

Os atuadores hidráulicos proporcionam o posicionamento semiautomático ou automático da válvula, semelhante aos atuadores pneumáticos. Esses atuadores usam um pistão para converter um sinal de pressão em movimento da haste da válvula. O fluido hidráulico é alimentado em ambos os lados do pistão enquanto o outro lado é drenado ou sangrado. Água ou óleo são usados ​​como fluido hidráulico. As válvulas solenóides são normalmente usadas para controle automático do fluido hidráulico para direcionar a abertura ou o fechamento da válvula. Válvulas manuais também podem ser utilizadas para controlar o fluido hidráulico; proporcionando assim operação semiautomática.

Válvulas Autoatuadas

As válvulas autoatuadas usam o fluido do sistema para posicionar a válvula. Válvulas de alívio, válvulas de segurança, válvulas de retenção e purgadores de vapor são exemplos de válvulas autoatuadas. Todas essas válvulas usam alguma característica do fluido do sistema para acionar a válvula. Nenhuma fonte de energia fora da energia do fluido do sistema é necessária para a operação dessas válvulas.

Válvulas solenóides simplessão denominados falha aberta ou falha fechada dependendo da posição da válvula com o solenóide desenergizado. As válvulas solenóides de falha aberta são abertas pela pressão da mola e fechadas pela energização do solenóide. As válvulas solenóides com falha fechada são fechadas pela pressão da mola e abertas pela energização do solenóide. As válvulas solenóides duplas normalmente falham “como estão”. Ou seja, a posição da válvula não muda quando ambos os solenóides são desenergizados.
Uma aplicação das válvulas solenóides é em sistemas de ar, como aqueles usados ​​para fornecer ar a atuadores de válvulas pneumáticas. As válvulas solenóides são usadas para controlar o fornecimento de ar ao atuador pneumático e, portanto, a posição da válvula acionada pneumática.

Atuadores de velocidade de potência

As considerações de segurança da planta determinam as velocidades das válvulas para determinadas válvulas relacionadas à segurança. Onde um sistema precisa ser isolado ou aberto muito rapidamente, é necessária uma atuação muito rápida da válvula. Quando a abertura de uma válvula resulta na injeção de água relativamente fria em um sistema quente, é necessária uma abertura mais lenta para minimizar o choque térmico. O projeto de engenharia seleciona o atuador para válvulas relacionadas à segurança com base nos requisitos de velocidade e potência e na disponibilidade de energia para o atuador.

Em geral, a atuação mais rápida é fornecida por atuadores hidráulicos, pneumáticos e solenóides. No entanto, os solenóides não são práticos para válvulas grandes porque o seu tamanho e requisitos de potência seriam excessivos. Além disso, os atuadores hidráulicos e pneumáticos requerem um sistema para fornecer energia hidráulica ou pneumática. A velocidade de atuação em ambos os casos pode ser ajustada instalando orifícios de tamanho adequado nas linhas hidráulicas ou pneumáticas. Em certos casos, a válvula é fechada pela pressão da mola, que é oposta pela pressão hidráulica ou pneumática para manter a válvula aberta.

Os motores elétricos fornecem atuação relativamente rápida. A velocidade real da válvula é definida pela combinação da velocidade do motor e da relação de transmissão. Esta combinação pode ser selecionada para proporcionar o deslocamento completo da válvula dentro de uma faixa de cerca de dois segundos a vários segundos.

Indicação de posição da válvula

Os operadores exigem a indicação da posição de certas válvulas para permitir a operação informada da planta. Para tais válvulas, a indicação remota da posição da válvula é fornecida na forma de luzes de posição que indicam se as válvulas estão abertas ou fechadas. Os circuitos de indicação remota da posição da válvula usam um detector de posição que detecta a posição da haste e do disco ou a posição do atuador. Um tipo de detector de posição é a chave fim de curso mecânica, que é operada fisicamente pelo movimento da válvula.

Outro tipo são os interruptores magnéticos ou transformadores que detectam o movimento de seus núcleos magnéticos, que são operados fisicamente pelo movimento da válvula.

A indicação local da posição da válvula refere-se a alguma característica visualmente discernível da válvula que indica a posição da válvula. A posição ascendente da válvula da haste é indicada pela posição da haste. As válvulas de haste não ascendente às vezes possuem pequenos ponteiros mecânicos que são operados pelo atuador da válvula simultaneamente com a operação da válvula. As válvulas acionadas por energia normalmente possuem um ponteiro mecânico que fornece indicação local da posição da válvula. Por outro lado, algumas válvulas não possuem nenhum recurso de indicação de posição.

Resumo dos atuadores de válvula

• Atuadores manuais são o tipo mais comum de atuadores de válvula. Os atuadores manuais incluem volantes fixados diretamente na haste da válvula e volantes fixados por meio de engrenagens para fornecer uma vantagem mecânica.
• Os atuadores de motores elétricos consistem em motores elétricos reversíveis conectados à haste da válvula por meio de um trem de engrenagens que reduz a velocidade de rotação e aumenta o torque.
• Os atuadores pneumáticos usam pressão de ar em um ou ambos os lados do diafragma para fornecer a força necessária para posicionar a válvula.
• Os atuadores hidráulicos usam um líquido pressurizado em um ou ambos os lados do pistão para fornecer a força necessária para posicionar a válvula.
• Os atuadores solenóides possuem um pino magnético preso à haste da válvula. A força para posicionar a válvula vem da atração magnética entre o encaixe na haste da válvula e a bobina do eletroímã no atuador da válvula.