O que são válvulas de controle? Como funcionam as válvulas de controle?

Como funcionam as válvulas de controlo?

Na produção industrial moderna, o controle preciso do fluxo de fluidos (como gás, vapor, água ou misturas químicas), pressão, temperatura e nível de líquido é fundamental para garantir a eficiência da produção,A qualidade dos produtos, a segurança operacional e a protecção do ambiente.As válvulas de controlo desempenham um papel central nesta cadeia de controlo complexa e precisaNão são simples dispositivos de ligação/desligação, mas sim reagem aos sinais dos controladores alterando o tamanho da via de fluxo, conseguindo assim uma regulação directa e precisa das variáveis do processo.O desempenho das válvulas de controlo tem um impacto directo na eficiência económica, segurança e impacto ambiental dos processos industriais, tornando-os um investimento estratégico em vez de uma simples aquisição de equipamento.

Xiangjing, como um dos maiores fornecedores de válvulas de controlo e posicionadores de válvulas da China, está empenhado em fornecer soluções de válvulas de controlo de alta qualidade para ajudar as indústrias a alcançareme controlo de fluidos inteligentePara mais informações, visite o nosso site oficial:www.shgongboshi.com.

Componentes básicos de uma válvula de controlo

Uma válvula de comando não é um único componente, mas um sistema integrado composto por vários componentes de precisão que trabalham em conjunto.e posicionador de válvulas, juntamente com vários acessórios como conversores, reguladores de pressão de abastecimento de ar, operadores manuais, amortecedores ou interruptores de limite.

Corpo da válvula: via do fluido e componente de suporte de pressão

O corpo da válvula é o principal componente estrutural da válvula de controle, e seu projeto determina o caminho de fluxo do fluido dentro da válvula.,através do qual o fluido flui através das portas e aberturas ou orificios no interior do corpo da válvula.As funções principais do corpo da válvula são resistir à pressão do fluido e fornecer suporte e um ambiente selado para os internos da válvulaAlém disso, a estrutura do corpo da válvula influencia indiretamente as características de regulação do caudal,Como a resistência ao fluxo do fluido e as características da queda de pressão estão intimamente relacionadas com o projeto das passagens internas dentro do corpo da válvula.

Internos da válvula: componentes em contacto directo com o fluido, componentes principais para regulação do caudal

Os componentes internos da válvula são as partes da válvula de controle que entram em contato direto com o fluido controlado e são os componentes principais para alcançar a regulação do fluxo.Normalmente consistem num assento de válvulaOs componentes internos das válvulas controlam com precisão a quantidade de fluido que passa alterando sua posição relativa e folga com o assento da válvula.quando o disco ou o tapete da válvula é levantado ou giradoA forma geométrica e a selecção do material das válvulas internas têm um impacto decisivo nas suas características de caudal.resistência ao desgaste, resistência à corrosão e desempenho de vedação.

Actuador: Fornece a força motriz para o funcionamento da válvula

O atuador é o "músculo" da válvula de controle, responsável pela conversão de sinais abstratos do sistema de controle em força mecânica para conduzir os internos da válvula para movimento físico.Ao receber o sinal de controlo, impulsiona a válvula de acordo para alcançar uma posição totalmente aberta, totalmente fechada ou qualquer posição intermediária, realizando assim um controle preciso do fluxo de fluido.

Os atuadores podem ser classificados em vários tipos com base na fonte de energia e no modo de movimento:

Classificação por modo de movimento:

• Acionadores lineares:Produzir um movimento linear de empurrão-puxa, adequado para válvulas que exigem que o caule da válvula se mova para cima e para baixo, tais como válvulas de globo, válvulas de porta e válvulas de diafragma.
• Acionadores rotativos:Produzir movimento de rotação, adequado para válvulas que exigem a rotação do disco da válvula ou da bola, tais como válvulas de esferas, válvulas borboleta e válvulas de enchufe.

Válvula de controlo pneumático Fisher

Classificados por fonte de alimentação:

• Acionadores pneumáticos:

• Princípio de funcionamento:Utiliza ar comprimido ou gás como fonte de energia, aplicando pressão de ar a um diafragma ou pistão para gerar movimento linear ou rotativo.A pressão do ar pode agir alternadamente em ambos os lados do pistão para alcançar um movimento bidirecional (de dupla ação)O movimento rotativo é normalmente alcançado através de um mecanismo de rack-and-pinion.
• Vantagens:

1. Velocidade de resposta rápida: Normalmente alcança 50 500 mm/s, mais rápida do que os sistemas hidráulicos ou elétricos.
2. Segurança intrínseca: não depende da eletricidade e não produz faíscas, tornando-se altamente adequado para ambientes perigosos inflamáveis e explosivos.
3. Estrutura simples, leve, fácil de instalar e manter: normalmente menor custo.
4. Fácil ajuste da força de saída e da velocidade de funcionamento.
5. Alta fiabilidade e longa vida útil.
6. Pode armazenar energia, permitir o fornecimento centralizado de ar e liberar energia rapidamente para alcançar uma resposta de alta velocidade.
7. Forte adaptabilidade a cargas de impacto e sobrecargas.
8. Pode ser utilizado em ambientes de alta temperatura.

• Desvantagens:

1. Força de saída limitada: em comparação com os atuadores hidráulicos, a sua força de saída é geralmente menor.
2. Relativamente baixa precisão: Devido à compressibilidade do ar, a velocidade de operação do cilindro é facilmente afetada por mudanças de carga e sua estabilidade em baixa velocidade é inferior à dos cilindros hidráulicos.
3. Requer um sistema de abastecimento de ar comprimido: inclui custos adicionais para compressores e tubulações.
4. A falha do compressor pode causar um mau funcionamento de todos os atuadores pneumáticos: no entanto, este risco pode ser mitigado por um sistema de compressor de reserva.
5. Ciclismo rápido pode causar efeitos de martelo de água.
6. O desempenho é sensível à água e a temperaturas extremas.

• Aplicações típicas: amplamente utilizado no controlo de processos, químicos, alimentos e bebidas, tratamento de águas residuais, energia, mineração,e indústrias de energia nuclear, onde são necessárias prestações de movimento rápido e à prova de explosão.

• Acionadores elétricos:

• Princípio de funcionamento:Acionado por um motor elétrico, o movimento de rotação do motor é convertido em movimento linear ou rotativo através de mecanismos de transmissão, como parafusos, engrenagens ou cintos para acionar válvulas.Os motores passo a passo ou servomotores são comumente usados para obter um controle de alta precisão.
• Vantagens:

1. Posicionamento de alta precisão e repetível: fornece posicionamento de válvula extremamente preciso e repetível, tornando-o ideal para tarefas automatizadas.
2. Fácil de programar e integrar: Conecta-se perfeitamente com sistemas de controle digital e pode ser programado para obter padrões de movimento complexos.
3. Alta eficiência energética: geralmente consome menos energia do que os atuadores hidráulicos ou pneumáticos em aplicações de carga estática.
4. Baixo requisito de manutenção: devido ao menor número de peças e a não envolvimento de sistemas de fluidos, os requisitos de manutenção são extremamente baixos.
5. Operação silenciosa.
6. Não afectadas por flutuações da tensão e frequência de alimentação.
7. Velocidade de rotação ajustável.

• Desvantagens:

1. Custo mais elevado: normalmente mais caro do que os atuadores pneumáticos.
2. Velocidade relativamente lenta: especialmente em aplicações que exigem um elevado empuxo.
3. Dependente da fonte de alimentação: requer uma fonte de alimentação de reserva ou um mecanismo de retorno de mola durante interrupções de energia para garantir a segurança.
4. Não adequado para ambientes explosivos: a menos que seja especialmente concebido para protecção contra explosões.
5. Projeto complexo, que requer conhecimentos especializados para instalação e manutenção.

• Aplicações típicas:Amplamente utilizado na geração de energia, tratamento de água, produtos farmacêuticos, braços robóticos, cintas transportadoras, linhas de montagem automatizadas, máquinas agrícolas, sistemas de ventilação e iluminação,e equipamento de manipulação e limpeza de materiais, quando for necessário um controlo preciso e um elevado nível de integração de automação.

• Acionadores hidráulicos:

• Princípio de funcionamento:Utiliza fluido pressurizado (normalmente óleo hidráulico) como fonte de energia para converter a pressão do fluido em movimento mecânico.A incompressibilidade do óleo hidráulico garante um posicionamento estável e confiável da válvula, com pistões em vez de diafragmas normalmente utilizados para gerar um poderoso impulso.
• Vantagens:

1. Força/torque de saída elevada: capaz de gerar uma força mecânica significativa, adequada para a operação de válvulas grandes, de carga pesada ou de alta pressão,de potência de saída muito superior à dos atuadores pneumáticos.
2. Posicionamento de alta precisão: devido à incompressibilidade do óleo hidráulico, permite um posicionamento de válvula altamente preciso e estável.
3. Velocidade de resposta rápida: adequado para desligamento de emergência (ESD) e aplicações de válvulas que exijam uma ação rápida.
4. Durabilidade e robustez, com relativamente baixos requisitos de manutenção e longa vida útil.
5. Pode implementar mecanismos de protecção contra falhas.

• Desvantagens:

1. Sistema complexo com custos mais elevados: requer um sistema de bomba hidráulica dedicado, tornando a instalação e a concepção do sistema mais complexos.
2. Risco de fuga de fluido: É necessária manutenção regular para evitar a fuga de óleo hidráulico.
3. Não adequado para todos os ambientes: certos projetos podem ter limitações.

• Aplicações típicas:Utilizado principalmente em oleodutos e gasodutos, centrais eléctricas, indústria do petróleo e do gás natural, barragens e centrais hidroeléctricas, aplicações industriais pesadas que exigem alta força, alto binário,e resposta rápida.

• Com um comprimento de diâmetro não superior a 50 mmEstes atuadores combinam as vantagens dos motores elétricos e unidades de potência hidráulica, oferecendo a alta força de saída dos sistemas hidráulicos, ao mesmo tempo em que alcançam a precisão do controle elétrico.São particularmente adequados para locais remotos que exigem um controlo preciso da posição da válvula.

O quadro seguinte compara os diferentes tipos de atuadores:

Posicionador de válvulas: assegurar o posicionamento preciso da válvula

O posicionador de válvulas serve como o "cérebro" crítico que permite que as válvulas de controle alcancem alta precisão, capacidade de resposta e estabilidade.especialmente quando as válvulas exigem controlo de estrangulamento.

Emerson Fisher Valve Positioner

Função e importância dos posicionadores de válvulas

A função principal de um posicionador de válvula é garantir que a posição real do caule da válvula ou do eixo da válvula corresponda precisamente ao sinal de comando emitido pelo sistema de controlo.Monitorando continuamente a posição real da válvula e fazendo correcções, ele efetivamente supera as limitações mecânicas inerentes dentro da válvula, como o atrito da embalagem da haste da válvula, o atraso do atuador e as forças desequilibradas exercidas pelo fluido no plugue da válvula.

O posicionador utiliza o seu mecanismo interno de controlo de retroalimentação de circuito fechado para ajustar continuamente a pressão aplicada ao atuador, neutralizando assim quaisquer outras forças que atuem sobre a haste da válvula.- assegurar que a válvula se comporta adequadamente e obedece ao sinal de controloEsta capacidade de controlo preciso melhora significativamente o desempenho global do sistema de controlo, incluindo:

Melhoria da precisão do controlo: garantir que a taxa de fluxo real corresponda precisamente ao sinal de controlo é fundamental para processos sensíveis a mesmo pequenos desvios.

• Tempo de resposta mais rápido:Ao ser carregado e ventilado rapidamente, o tempo necessário para o processo de resposta da válvula mudar é reduzido.
• Estabilidade de processo melhorada:A compensação de alterações nas condições de processo (como flutuações de pressão e alterações da taxa de fluxo) mantém um controlo consistente, o que é fundamental para a qualidade do produto e a segurança do sistema.
• Redução dos resíduos e melhoria da segurança:Otimiza a utilização dos recursos e reduz os riscos de acidentes através de um controlo preciso.
• Extensão da vida útil das válvulas e redução dos custos de manutenção:Minimiza o desgaste compensando as alterações no desempenho da válvula ao longo do tempo, permitindo a manutenção preditiva.
• Amplificação do sinal:O posicionador pode lidar com taxas de fluxo de ar mais altas, funcionando assim também como um impulsionador de volume, proporcionando velocidades mais rápidas do caule da válvula e atrasos de tempo mais curtos.
• Alcançar um fecho apertado:Ao saturar a saída ao mínimo a 0%, o tampão da válvula é fortemente pressionado contra o assento, garantindo um fechamento confiável sem vazamento.
• Critical para atuadores de pistão de dupla ação sem mola e atuadores elétricos sem capacidade inerente de detecção de posição.

O princípio de funcionamento de um posicionador de válvula: controlo de retroalimentação de circuito fechado

O núcleo do funcionamento de um posicionador de válvula é o seu sistema de controlo de feedback de circuito fechado.O sistema de controlo deve ser equipado com um sistema de controlo de entrada (ponto de regulação) que permita medir a posição real da haste da válvula ou do eixo da válvula (sinal de retroalimentação) por meios mecânicos ou electrónicos.O controlador no interior do posicionador compara a diferença entre o ponto de fixação e a posição real, calcula o sinal de erro,e ajusta o sinal de saída (normalmente pressão pneumática) enviado para o atuador com base neste erro, conduzindo assim a válvula para se mover em direção à posição desejada até que o erro seja eliminado.

• Princípio de funcionamento dos posicionadores pneumáticos:
  Os posicionadores pneumáticos operam tipicamente com base no princípio do equilíbrio de forças.conduzindo a haste da válvula ligada ao diafragma de sinal e a placa conectada para se mover para a direitaIsto abre a placa de ar de alimentação, permitindo que a pressão do ar de alimentação entre na extremidade de saída ligada ao diafragma do atuador, enquanto a placa de escape permanece fechada.O aumento da pressão interna dentro do atuador empurra a haste da válvula para baixo, fazendo girar a alavanca do posicionador no sentido dos ponteiros do relógio e comprimindo a mola do intervalo através da camada. A haste da válvula continua a mover-se até atingir a posição especificada pelo controlador,em que ponto a força de compressão da mola do intervalo equilibra a força gerada pelo diafragma do sinalPor outro lado, quando o sinal de controlo diminui, diminui a força exercida pelo diafragma do sinal,e a força da mola da faixa empurra o caule da válvula ligada ao amortecedor para a esquerda, abrindo o amortecedor de escape, reduzindo a pressão do atuador e fazendo com que o caule da válvula se mova para cima até que um novo equilíbrio de força seja estabelecido.

• Princípio de funcionamento do posicionador digital:
  O posicionador digital usa um microprocessador para executar algoritmos de controle de posição, em vez de vigas de balanço mecânicas, camas e conjuntos de amortecedores.Processar através de algoritmos digitaisO conversor I/P converte o sinal de corrente num sinal de pressão pneumática,que é então transmitido para o atuador através de um relé de amplificador pneumáticoO feedback sobre a posição da válvula (normalmente através de sensores sem contacto, como os sensores de efeito Hall) é enviado de volta para o microprocessador.A haste da válvula continua a mover-se até que a posição correta é atingida, em que o microprocessador estabiliza o sinal de acionamento para o conversor I/P, alcançando um equilíbrio preciso.

Classificação e características do posicionador de válvula

Com base nos seus princípios de funcionamento e no tipo de sinais que recebem, os posicionadores de válvulas podem ser classificados nas seguintes categorias:

• Pneumáticos:

• Princípio de funcionamento:Receives pneumatic signals (typically 3-15 psi or 6-30 psi) and provides corresponding air pressure to the pneumatic actuator to ensure that the valve stem or valve shaft position is proportional to the pneumatic input signal.
• Vantagens:

1. Design e estrutura simples:Fácil de fabricar e manter.
2. Menor custo:Normalmente mais econômico do que outros tipos.
3. Função fiável:Conhecido pelo seu desempenho confiável.
4. Intrinsecamente seguro:Não é necessária eletricidade, não são geradas faíscas, adequadas para ambientes explosivos.
5. Pode fornecer um elevado impulso para fechar válvulas.

• Desvantagens:

1. Precisão e resolução limitadas: Precisão inferior em comparação com tipos mais avançados.

• Aplicações típicas:Adequado para aplicações simples e robustas em que o sinal de comando e o atuador da válvula sejam pneumáticos, bem como em ambientes em que a eletricidade não esteja disponível ou existam riscos de explosão,tais como instalações químicas ou refinarias.

• Equipamento para:

• Princípio de funcionamento:Converte os sinais de controlo elétrico (normalmente 4-20 mA ou 0-10 VDC) em sinais de saída pneumáticos, que, em seguida, controlam o atuador da válvula.Uma vez que muitas unidades de controlo de processo utilizam sinais de 4-20 mA DC para regular as válvulas de controlo, os posicionadores eletro-pneumáticos (também conhecidos como posicionadores I/P ou sensores) são responsáveis pela conversão de sinais de corrente eletrônica em sinais de pressão pneumática.
• Vantagens:

1. Maior precisão e resolução: fornece maior precisão do que os posicionadores pneumáticos puros.
2. Capaz de manipular sinais de controlo eléctricos: Adequado para sistemas que utilizam sinais eléctricos para controlo.
3. Versatilidade: combina a precisão do controlo electrónico com a robustez e segurança da operação pneumática.
4. Melhoria da precisão do controlo e do tempo de resposta.

• Desvantagens:

1. Design e estrutura mais complexos:Mais complexo do que os posicionadores pneumáticos.
2. Custo mais elevado:Mais caro que os posicionadores pneumáticos.

• Aplicações típicas:Amplamente utilizado em ambientes industriais com infraestruturas elétricas e pneumáticas, bem como em processos que exigem maior precisão e estratégias de controlo complexas.

• Posicionadores digitais:

• Princípio de funcionamento:Utilizando tecnologia digital avançada, estes dispositivos utilizam microprocessadores para posicionar os atuadores das válvulas e monitorizar e gravar dados.ou protocolos de comunicação digital como o HART, Fundação Fieldbus, Profibus, etc.).
• Vantagens:

1. Alta precisão e resolução:Fornecer uma precisão excepcional e capacidades de controlo.
2. Funções de diagnóstico avançadas:Detectar anomalias e sinais de deterioração da válvula, realizar autodiagnóstico e apoiar a manutenção preditiva para reduzir os custos de manutenção.
3. Capacidades de auto-calibração e monitorização remota:Simplificar a configuração e a operação, permitindo aos utilizadores ajustar e configurar as definições a qualquer momento e em qualquer lugar.
4. Baixo consumo de ar:Mais eficientes do que os posicionadores analógicos.
5. Sem desgaste mecânico e com mínima histerese:Especialmente quando se usa tecnologia de feedback sem contato, elimina problemas como desgaste mecânico, afrouxamento, corrosão e danos causados por vibrações, melhorando significativamente a confiabilidade e a duração de vida.
6. Estrutura simples e fiável com uma longa vida útil operacional.
7. Rentabilidade:Embora o custo inicial seja mais elevado, a longo prazo, pode poupar custos significativos através de uma operação otimizada e de um tempo de inatividade reduzido.

• Desvantagens:

1. Custo mais elevado:Normalmente mais caro do que os atuadores pneumáticos e elétricos.
2. Os problemas de desgaste mecânico podem continuar a existir se não for utilizada a tecnologia de retroalimentação sem contacto.

• Aplicações típicas:Adequado para aplicações de alta precisão, altamente automatizadas, complexas e críticas que requerem aquisição de dados e integração da IoT, como petróleo e gás, refino, energia, produtos químicos, celulose e papel,Ciências da vida, de alimentos e bebidas e de indústrias de mineração.

O quadro seguinte compara os diferentes tipos de posicionadores de válvulas: