O segredo da vibração da válvula de controlo

Na indústria química, as válvulas de controle são amplamente utilizadas, e para a vibração da válvula de controle, alguns amigos não entendem muito bem.

A vibração da válvula de controle refere-se ao fenômeno de fechamento e abertura rápidos da válvula durante a operação, indicando que a válvula de controle é incapaz de permanecer estável em uma posição apropriada para manter as condições de processo pretendidas.

Esta condição faz com que a variável do processo em um sistema de malha fechada flutue em torno de seu ponto de ajuste.

• Problemas do controlador: Um controlador configurado incorretamente ou uma falha em seus componentes internos pode resultar em um sinal de controle instável, que por sua vez pode fazer com que a válvula vibre.
• Falha dos componentes da válvula de controle: Desgaste ou danos a componentes específicos da válvula (como gavetas, sedes ou atuadores) também podem levar a fenômenos de vibração.
• Influência do método de operação: Às vezes, mesmo que o hardware em si não esteja com defeito, um método de operação ou projeto de processo inadequado pode desencadear a vibração.

A vibração persistente da válvula não apenas prejudica o desempenho da vedação da gaxeta, mas também pode levar a desvios significativos do ponto de ajuste desejado, afetando a produtividade e a qualidade do produto. Portanto, é fundamental identificar com precisão a causa raiz da vibração para implementar as ações corretivas necessárias para resolver o problema da vibração e melhorar o desempenho geral do circuito de controle.

Este artigo irá aprofundar os vários fatores potenciais que causam a vibração da válvula e como eles são diagnosticados, com o objetivo de ajudar os leitores a entender e lidar melhor com este desafio de controle industrial comum, mas complexo. Ao entender esta informação, engenheiros e técnicos podem manter e otimizar seus sistemas de controle de forma mais eficaz para garantir a operação suave dos processos de produção.

1. Problema do circuito de controle

   Mude o modo do controlador de automático para manual e avalie a resposta da maneira usual para determinar se o problema está dentro do circuito.

   Se a oscilação parar, o circuito está com defeito. Esses problemas geralmente ocorrem em processos não lineares. Devido aos efeitos de histerese, a "caça" também pode ocorrer. O resultado é que o circuito do processo se comporta de forma lenta.

   O controlador não está configurado para resolver este problema mecânico. Válvulas de controle presas causadas por problemas de circuito podem ser resolvidas ajustando adequadamente o controlador. Se isso não for declarado no manual, pode ser devido a outras causas, como diferenças reais nas variáveis do processo, dimensionamento da válvula, etc.

2. Tamanho da válvula de controle

   A controlabilidade da válvula é muito afetada pelo tamanho da válvula de controle. O coeficiente de fluxo (abreviado Cv) é a quantidade de água que pode passar por uma válvula totalmente aberta a 600°F com uma queda de pressão de 1 psi.

   O Cv é determinado pelo projeto da válvula e permanece constante. Mesmo as válvulas de controle do mesmo tamanho podem ter valores de Cv diferentes se o estilo do corpo ou os componentes internos da válvula forem diferentes. O problema do dimensionamento da válvula de controle se torna aparente quando o ganho total do processo é baixo ou muito alto. Os tamanhos das válvulas de controle são frequentemente selecionados com base na necessidade de aumentos futuros de fluxo, o que pode resultar no tamanho da válvula selecionada sendo ligeiramente maior do que os requisitos atuais da aplicação, o que pode afetar a precisão do controle.

   Válvulas muito grandes podem resultar em abertura e fechamento excessivos, causando travamento, danos na gaxeta e controle impreciso. Por outro lado, válvulas muito pequenas exigem uma grande queda de pressão para manter o fluxo adequado e podem não ter a capacidade necessária, aumentando a pressão da bomba e elevando o risco de cavitação. Cavitação e flash são os principais problemas que causam danos às partes internas da válvula de controle, o que, por sua vez, leva a flutuações no controle do processo.

3. Posicionador da válvula de controle

   Para manter o atuador da válvula de controle na posição de equilíbrio necessária para controlar as variáveis do processo, o posicionador da válvula é realizado regulando a pressão do ar.

   Ele tem uma gaveta para controlar o fluxo de ar, mas o uso prolongado ou partículas de poeira no ar podem fazer com que a gaveta se desgaste, fazendo com que ela fique presa em uma posição específica, resultando em uma pressão de ar anormalmente alta. Assim que a pressão do ar aumenta, a gaveta se solta da posição presa, acionando uma ultrapassagem que resulta em uma posição instável da válvula, perda de controle efetivo da válvula e deflexão.

   O posicionador da válvula pode ser exposto a altas temperaturas devido ao calor radiante dos tanques de processo circundantes, o que também pode ser um fator para o posicionador causar a parada da válvula de controle, potencialmente levando a danos nas vedações e tubulações do posicionador. O posicionador utiliza um link de feedback para detectar a posição real da válvula para ajustar a saída.

   Se o link de feedback falhar, por exemplo, devido a forças de fluido ou atrito, a válvula pode não operar corretamente. Os posicionadores inteligentes modernos têm a capacidade única de reconhecer tais desvios.

4. Atrito estático durante o curso da válvula

   Quando uma válvula encontra atrito estático (ou seja, parada), ela para de se mover em uma posição específica e requer força adicional para reiniciar. A causa desse fenômeno pode ser o endurecimento da gaxeta ou o fluxo viscoso dentro da gaveta.

   Quando a força aplicada é suficiente para superar o ponto de parada, a válvula se move para a posição de ultrapassagem, fazendo com que a variável do processo exceda o ponto de ajuste. Essa parada pode ser observada monitorando a relação entre a saída do controlador e a variável do processo.

   O atuador da válvula deve ser dimensionado corretamente e o torque na vedação da gaxeta deve estar dentro dos limites aceitáveis para evitar a parada.

5. Defeitos de hardware

   Além disso, o desgaste dentro da gaveta pode fazer com que a válvula pare, impedindo que a válvula feche completamente. Danos na gaveta podem fazer com que uma válvula de controle perca o controle na faixa de operação alta.

   Nas válvulas de controle, a gaxeta é usada para evitar que a mídia do processo vaze do corpo da válvula. Se danificada, pode levar a vazamentos no capô, ameaçando a segurança do ambiente de trabalho. Vazamentos no atuador da válvula são outro fator que pode levar à "caça" da válvula.

   A haste da válvula é inicialmente posicionada com precisão pelo posicionador da válvula, mas devido a vazamentos, a haste continuará a se mover, forçando o posicionador a ajustar repetidamente a saída, resultando em uma busca infinita pela posição da haste. Este é um dos fenômenos comuns de cauda para válvulas de controle sob sinais de controle em estado estacionário.

Problemas de circuito ou outras influências podem fazer com que as válvulas de controle oscilem. Determine a fonte do problema mudando o controlador para o modo manual e observando para ver se a oscilação para. Se a oscilação parar, isso indica que o problema se deve a um problema no próprio circuito, que pode ser resolvido com os ajustes apropriados.

Oscilações internas podem ser causadas por ajuste inadequado ou mau funcionamento da máquina. Se a válvula ainda apresentar comportamento errático no modo manual, o problema pode se originar de uma montagem da válvula danificada ou de uma alteração nos parâmetros do processo.

A aderência e a ultrapassagem do posicionador são as causas mais comuns de aderência da válvula de controle. A resposta de saída da válvula na presença de um fenômeno de aderência pode ser claramente demonstrada por meio de um gráfico.

Para determinar se a aderência da válvula de controle se deve ao ajuste inadequado do controlador ou à falha mecânica da própria válvula de controle, recomenda-se que a saída do controlador seja temporariamente ignorada, pressão constante fornecida ao atuador da válvula de controle e a resposta de saída observada.

Potenciômetros lineares (transmissores de posição) são usados para detectar o movimento da haste, enquanto transdutores de pressão (posicionadores inteligentes) são usados para medir a pressão de saída do posicionador. Ao conectar esses sensores a um sistema de aquisição de dados e visualizar esses dados usando um software de monitoramento (como Labview), um gráfico do curso da haste versus a saída do controlador pode ser gerado.

O microcontrolador recebe sinais de entrada do ponto de ajuste do controlador e dos sensores de pressão. Quando uma divergência de pressão do ponto de ajuste é observada, ela é considerada comportamento de "caça" se essa divergência ocorrer mais de cinco vezes. Nesse caso, a saída do controlador é isolada e o conversor corrente-pressão (conversor I-P) gera automaticamente uma pressão correspondente ao ponto de ajuste e a fornece como entrada para o posicionador da válvula de controle. Verifique a divergência novamente após alguns segundos.

Se a divergência for reduzida, a válvula de controle e seus acessórios não estão com defeito.

Portanto, é necessário um ajuste especial do circuito do controlador. No entanto, se a válvula ainda estiver com defeito, as peças internas podem estar danificadas ou presas devido à vedação da gaxeta. Com a ajuda de um gráfico com zonas mortas, a localização exata da aderência pode ser facilmente encontrada.

No caso de batidas persistentes, mas sem evidências de uma zona morta, a vibração provavelmente está ocorrendo devido a danos a um componente, como a gaveta. Este método também pode ajudar a determinar se o fenômeno de aprisionamento está presente em toda a faixa de controle ou se está limitado a certos intervalos operacionais específicos.