Válvulas de controle com falha aberta vs. falha fechada vs. válvulas de controle com falha no local

Quando uma válvula de controle perde seu sinal de controle, ar de instrumentação ou energia elétrica, o que ela deve fazer? A resposta depende do processo e das consequências da perda de controle.

Uma válvula pode precisar abrir para manter o fluxo de resfriamento, fechar para isolar uma alimentação perigosa ou permanecer perto de sua última posição para minimizar a perturbação do processo. Esses comportamentos são comumente descritos como falha aberta, falha fechada e falha na posição.

A seleção da ação de falha correta é uma decisão de engenharia ligada aos requisitos de segurança do processo, não simplesmente uma preferência por um tipo de atuador.

Uma válvula de controle com falha aberta é projetada para se mover em direção à posição aberta após uma condição de falha definida.

Essa ação pode ser apropriada quando a manutenção do fluxo é necessária para reduzir o risco. Por exemplo, uma válvula de água de resfriamento pode ser projetada para abrir na perda de sua utilidade de controle se o resfriamento contínuo for a resposta segura exigida.

Um arranjo comum usa um atuador pneumático com um mecanismo de retorno por mola. Durante a operação normal, a pressão do ar move o atuador contra a mola. Quando o suprimento de ar relevante é perdido, a mola impulsiona a válvula em direção à sua posição de falha designada.

No entanto, o comportamento de falha aberta nunca deve ser assumido apenas pelo atuador. A orientação da válvula, a configuração do atuador, os acessórios e o cenário de falha especificado devem ser verificados.

Uma válvula com falha fechada se move em direção à posição fechada sob sua condição de falha especificada.

Isso pode ser necessário para isolar combustível, alimentação química ou outro fluxo de processo quando o fluxo contínuo pode criar uma situação perigosa.

Atuadores com retorno por mola podem fornecer essa função quando configurados para fechar a válvula à medida que a pressão do ar é perdida. Uma válvula solenoide adequada ou outro acessório de controle pode ser usado onde exigido pelo projeto do sistema.

O ponto importante é que falha fechada não significa que toda válvula em um processo deve fechar quando algo dá errado. Fechar uma válvula pode criar risco, como interromper o resfriamento essencial ou prender a pressão. A ação segura deve ser estabelecida por meio de análise de risco do processo e dos requisitos de segurança aplicáveis.

Falha na posição geralmente descreve um arranjo destinado a manter a válvula perto de sua posição existente após uma falha especificada, em vez de impulsioná-la deliberadamente totalmente aberta ou fechada.

Isso pode ajudar a reduzir mudanças abruptas no processo quando um movimento súbito seria indesejável. No entanto, manter a posição após a perda de ar ou energia requer um arranjo capaz de reter a força ou posição do atuador necessária.

Um atuador pneumático de dupla ação sozinho não garante o comportamento de falha na posição. Se ambos os lados do atuador perderem sua pressão efetiva, a válvula pode se mover devido a forças do processo, atrito, vazamento ou outras influências externas.

Uma válvula de travamento, acessórios pneumáticos adequados ou um arranjo dedicado de retenção de posição podem ser usados em alguns projetos. O comportamento real depende de como o conjunto completo responde à falha particular.

A falha na posição não deve ser tratada automaticamente como a opção mais segura. Se a posição da válvula for inadequada para o processo após uma falha, mantê-la lá pode prolongar o perigo.

O atuador é uma parte importante do projeto da ação de falha.

Atuadores pneumáticos com retorno por mola usam uma mola para mover a válvula em direção a uma posição predeterminada quando a pressão de ar relevante é perdida. Eles são comumente usados onde uma resposta definida de falha aberta ou falha fechada é necessária.

Atuadores pneumáticos de dupla ação usam pressão de ar para impulsionar o movimento em ambas as direções. Eles podem fornecer força operacional substancial, mas uma resposta de falha definida requer consideração adicional de como a pressão de ar é mantida, liberada ou redirecionada.

Atuadores elétricos podem ter respostas diferentes dependendo de seu comportamento de perda de energia, energia armazenada, energia de backup e configuração do atuador. Alguns sistemas podem se mover para uma posição predeterminada, enquanto outros podem parar onde estão. O projeto específico deve ser verificado.

Para qualquer tipo de atuador, o torque ou força necessários, as forças do processo, o curso e as condições de operação da válvula devem ser considerados em conjunto.

Válvulas de travamento pneumáticas são usadas em certos sistemas para reter a pressão de ar do lado do atuador quando a pressão de suprimento cai abaixo de um nível definido. Elas podem ajudar a prevenir movimentos não intencionais da válvula durante uma falha de suprimento de ar.

Exemplos de produtos relacionados incluem a válvula de desarme Fisher 377 e soluções de travamento da SMC ou de outros fornecedores de controle pneumático. Esses produtos servem a funções diferentes e não devem ser assumidos como intercambiáveis.

Uma válvula de travamento não torna automaticamente uma válvula de controle com falha na posição sob todas as condições de falha. Vazamento, integridade do atuador, forças da válvula, arranjo da tubulação e a configuração particular do acessório afetam o resultado.

Se a perda de energia elétrica também fizer parte do cenário de projeto, a resposta do posicionador, da válvula solenoide e de outros acessórios elétricos deve ser avaliada separadamente.

Antes de especificar uma válvula de controle, responda a estas perguntas:

1. O que acontece se a válvula permanecer aberta durante uma falha?

2. O que acontece se a válvula fechar repentinamente?

3. É necessário resfriamento, ventilação ou fluxo mínimo contínuos?

4. O meio de processo pode criar um incêndio, liberação tóxica, sobrepressão ou perigo ambiental?

5. Qual falha de utilidade a válvula deve responder: ar de instrumentação, energia elétrica, sinal de controle ou mais de um?

6. É necessário um movimento definido ou a manutenção da posição existente é aceitável?

7. Como a ação de falha real da válvula será testada e verificada?

As respostas devem ser documentadas na especificação da válvula de controle e coordenadas com o projeto do sistema de controle de processo e segurança.

Um erro comum é assumir que uma falha de sinal de 4–20 mA e uma falha de ar de instrumentação produzem o mesmo resultado. Elas podem acionar ações diferentes dependendo da configuração.

Outro é selecionar um atuador com retorno por mola sem verificar se sua saída disponível é suficiente sob as condições reais do processo.

Também é importante não confiar apenas na configuração do posicionador. Um comando que solicita uma posição particular da válvula não é necessariamente o mesmo que uma resposta mecanicamente garantida após a perda de todas as utilidades.

Finalmente, a ação de falha especificada deve ser confirmada durante a comissionamento usando um procedimento de teste aprovado e salvaguardas de processo apropriadas.

Arranjos de falha aberta, falha fechada e falha na posição atendem a diferentes necessidades de processo. A escolha correta depende das consequências do fluxo contínuo, fluxo interrompido ou movimento súbito da válvula sob as condições de falha especificadas.

Atuadores com retorno por mola, atuadores de dupla ação, posicionadores e acessórios de travamento podem desempenhar um papel, mas o conjunto completo deve ser avaliado como um sistema.

Para aquisição de projetos, especificar claramente a ação de falha necessária e o cenário de falha exato ajuda a evitar pacotes de atuadores incompatíveis e comportamento inesperado durante o comissionamento.