Introdução

A escolha de um atuador pneumático envolve mais do que apenas combinar sua interface de montagem com uma válvula. O atuador deve fornecer torque suficiente durante o curso necessário, operar com o suprimento de ar de instrumentação disponível e responder corretamente quando a pressão do ar for perdida.

Duas configurações comuns são atuadores pneumáticos de retorno por mola e de dupla ação. Ambos usam ar comprimido para operar válvulas, mas diferem na forma como geram movimento e no que acontece quando o suprimento de ar falha.

Compreender essas diferenças ajuda os engenheiros a selecionar um pacote de atuador adequado para válvulas on/off, isolamento de processo, desligamento de emergência e outras aplicações de válvulas automatizadas.

1. Como funciona um atuador de retorno por mola?

Um atuador de retorno por mola usa ar comprimido para impulsionar o movimento em uma direção e uma mola interna para fornecer o movimento de retorno.

Quando a pressão do ar é aplicada, o atuador move a válvula enquanto comprime a mola. Quando a pressão de ar relevante é liberada ou perdida, a mola impulsiona o atuador de volta à sua posição designada.

Dependendo da configuração do atuador e da válvula, isso pode fornecer uma ação de falha aberta ou falha fechada.

Atuadores de retorno por mola são comumente considerados onde a válvula deve se mover para uma posição definida após a perda de ar de instrumentação. Exemplos incluem certas válvulas de desligamento de emergência e válvulas de isolamento de processo.

No entanto, retorno por mola não significa automaticamente falha fechada. A posição de falha necessária depende da configuração do atuador, montagem da válvula, direção do movimento e requisitos de segurança do processo.

2. Como funciona um atuador de dupla ação?

Um atuador pneumático de dupla ação usa ar comprimido para impulsionar o movimento em ambas as direções. O ar é direcionado para um lado do pistão ou mecanismo do atuador para mover a válvula em uma direção, e depois para o outro lado para reverter o movimento.

Como ambas as direções são acionadas pneumaticamente, os projetos de dupla ação podem fornecer saída substancial sem depender de uma mola de retorno. Eles são amplamente utilizados onde o movimento acionado em ambas as direções é necessário.

Uma distinção importante é o comportamento durante a falha do suprimento de ar. Um atuador de dupla ação não fornece inerentemente uma posição definida de falha aberta ou falha fechada. Dependendo da configuração, ar preso, vazamento, forças do processo e atrito mecânico, a válvula pode permanecer perto de sua última posição ou se mover inesperadamente.

Se uma resposta de falha definida for necessária, o sistema completo pode precisar de equipamentos adicionais, como um reservatório de ar projetado adequadamente, válvula solenoide ou outros acessórios de controle pneumático.

3. Principais diferenças entre os dois designs

Estas são diferenças gerais. Torque real, consumo de ar, dimensões e tempo de resposta dependem do projeto do atuador e das condições de operação.

4. Como dimensionar um atuador pneumático

O dimensionamento correto é essencial para a operação confiável da válvula. Um atuador muito pequeno pode não conseguir completar seu curso, enquanto um sobredimensionamento excessivo pode aumentar o custo e criar outros problemas de integração.

Etapa 1: Determinar o requisito de torque da válvula

Obtenha os dados de torque do fabricante da válvula para as condições reais de operação. Para válvulas de quarto de volta, isso pode incluir torque de partida, torque de corrida e torque de assentamento ou fim de curso.

O torque necessário pode mudar com a pressão diferencial, meio, temperatura, material da sede e condição da válvula.

Etapa 2: Usar a pressão mínima de ar disponível

A saída do atuador depende da pressão disponível no atuador, não simplesmente da pressão nominal no cabeçote de ar da planta.

Considere as perdas de pressão através de tubulações, conexões, filtros, reguladores, válvulas solenoides e outros acessórios. Dimensionar o atuador contra a pressão mínima de operação garantida.

Etapa 3: Comparar o torque de saída em todo o curso

Para um atuador de dupla ação, verifique se o torque disponível atende ao requisito da válvula em ambas as direções.

Para um atuador de retorno por mola, verifique tanto o curso acionado por ar quanto o curso de retorno acionado por mola. A saída da mola muda com o curso, portanto, o atuador deve fornecer torque suficiente nas posições críticas, não apenas em uma extremidade.

Etapa 4: Aplicar os critérios de dimensionamento do fabricante

Use o método de dimensionamento do fabricante da válvula e do atuador, incluindo o fator de serviço especificado, quando aplicável. Não confie em uma porcentagem universal de sobredimensionamento para cada tipo de válvula e serviço.

Etapa 5: Verificar o pacote completo

Verifique as dimensões de montagem, compatibilidade do eixo ou acoplamento, curso necessário, acessórios e tempo de operação. Confirme se o atuador pode realizar o movimento necessário sob as condições reais do processo.

5. Requisitos de ar de instrumentação e acessórios

A qualidade e a pressão do ar de instrumentação afetam diretamente a confiabilidade do atuador. Antes de selecionar um atuador, confirme a faixa de pressão disponível, os requisitos de qualidade do ar e a demanda esperada durante a operação.

Um pacote pneumático completo pode incluir:

• Regulador de filtro para suprimento de ar adequado.

• Válvula solenoide para funções de controle direcional ou de desligamento.

• Posicionador para aplicações de modulação.

• Chaves de fim de curso ou dispositivos de feedback de posição.

• Dispositivos de travamento pneumático ou arranjos de reservatório de ar onde especificado.

• Tubulações e conexões dimensionadas para a resposta necessária.

A configuração dos acessórios difere entre os arranjos de retorno por mola e de dupla ação. Por exemplo, a função da válvula solenoide e a porta necessárias dependem do atuador e do esquema de controle.

Produtos de fabricantes como Rotork, AUMA e outros fornecedores de automação de válvulas podem ser considerados dependendo do tipo de válvula, requisito de torque e arranjo de controle necessário. Confirme a configuração específica do produto antes de especificar um pacote completo.

6. Erros comuns de dimensionamento

Usando a pressão nominal do cabeçote de ar: O atuador pode receber pressão substancialmente menor após perdas de acessórios e tubulações.

Verificando o torque em apenas uma posição: Isso pode ignorar torque de mola insuficiente durante o curso de retorno ou saída insuficiente perto do ponto de partida da válvula.

Ignorando as condições reais de operação da válvula: O torque pode variar com a pressão diferencial, projeto da sede, temperatura e histórico de serviço.

Assumindo que um atuador de dupla ação manterá a posição indefinidamente: Vazamento de ar e forças do processo podem causar movimento após a perda do suprimento.

Selecionando acessórios após o atuador: Válvulas solenoides, posicionadores e tubulações podem afetar a entrega de pressão, resposta e comportamento de falha.

Conclusão

Atuadores pneumáticos de retorno por mola e de dupla ação atendem a diferentes necessidades operacionais. Os designs de retorno por mola podem fornecer uma posição de falha definida, enquanto os designs de dupla ação usam pressão de ar para movimento acionado em ambas as direções.

A escolha correta depende da ação da válvula necessária, torque durante o curso, pressão mínima de ar disponível, condições do processo e cenário de falha.

Uma seleção completa deve considerar a válvula, atuador, ar de instrumentação, acessórios e requisitos de segurança como um único sistema. Isso ajuda a reduzir problemas de comissionamento e melhora a confiabilidade da operação automatizada da válvula.

Precisa de ajuda para selecionar um atuador pneumático? Forneça o modelo da válvula, torque necessário ou dados de operação da válvula, pressão de ar disponível e ação de falha necessária para apoiar uma seleção mais precisa.