A automação de válvulas se tornou uma prática comum em processos industriais, principalmente entre aquelas empresas que recorreram à tecnologia para sobreviver ao mercado de alta competitividade.
Acontece que os processos modernos se tornaram exigentes, pois o controle do mesmo reflete as características do produto final.
Neste viés, os atuadores pneumáticos exigem uma função imprescindível quanto ao controle preciso de fluxo, segurança operacional elevada e alta repetibilidade de operação.
Embora o princípio de funcionamento desses dispositivos seja relativamente simples, a escolha do atuador pneumático adequado exige conhecimento e atenção a diversos fatores técnicos.
Portanto, se você se preocupa com as possíveis falhas de acionamento, com o desgaste prematuro da válvula ou até mesmo as interrupções no processo produtivo, acompanhe-nos neste texto e evite um dimensionamento incorreto deste dispositivo tão importante.
O que é um atuador pneumático
O assunto do texto de hoje apresenta os passos para escolher o atuador pneumático correto para uma válvula industrial. No entanto, antes de irmos ao cerne do artigo, é preciso entender o que é o atuador pneumático
Há muita confusão com o que pode ser um atuador. Muitas pessoas pesquisam este termo na internet e, como resultado da busca, aparecem cilindros pneumáticos.
Outras vezes, ao buscar pelo mesmo termo, o resultado traz um dispositivo em forma de caixa que fica em cima de válvulas.
Visto essa divergência, surge a seguinte dúvida: o que é o atuador pneumático?
A verdade é que o atuador pneumático pode assumir várias formas. Isso acontece porque esse termo não diz respeito a um dispositivo em específico, mas sim a uma função.
Em suma, o atuador pneumático é um termo utilizado para quaisquer dispositivos que convertem ar comprimido em movimento mecânico.
Assim, tanto os cilindros quanto aqueles dispositivos instalados em cima de válvulas, são considerados atuadores.
Enquanto o primeiro (cilindro) é responsável pelo movimento retilíneo, o segundo (atuador de válvula) é responsável pela abertura e fechamento de válvulas.
O “pneumático”, por sua vez, surge junto ao termo “atuador” porque estamos falando de um sistema que utiliza ar comprimido como fluido de conversão em movimentos mecânicos.
Haja vista a introdução eficaz acerca dos atuadores pneumáticos, chega o momento de aprender como selecionar corretamente o atuador para uma válvula.
Como escolher o atuador pneumático correto para uma válvula industrial
Os critérios de seleção dos atuadores para válvulas são, na maioria das vezes, óbvios para aqueles que vivem o dia-a-dia industrial e conhecem os fatores que podem reduzir a vida útil deste dispositivo.
No entanto, as consequências de um atuador pneumático mal selecionado são tão críticas que, na opinião da nossa equipe, esse texto deveria ganhar a atenção de todos, sem discriminação de experiência fabril.
Portanto, desfrute agora dos critérios para escolher o atuador pneumático correto.
- Tipo de válvula utilizada
Talvez você não saiba, mas a válvula que vai ser automatizada pode ser de diferentes tipos. Cada um desses tipos exige um tipo específico de movimento.
Vamos explicar melhor:
1.1. Movimento rotativo
As válvulas:
- De esfera
- Borboleta
operam com rotação parcial do eixo, geralmente 90°.
Em outras palavras, caso o eixo gire apenas 90°, é o suficiente para abrir ou fechar completamente esses tipos de válvula.
Nesse caso, o atuador pneumático também deve ser rotativo, projetado para gerar torque suficiente para girar o eixo da válvula.
1.2. Movimento linear
Já válvulas como a válvula globo operam por meio do deslocamento linear de uma haste que aproxima ou afasta o obturador da sede.
Já para válvulas como esta, os atuadores são pneumáticos lineares, normalmente baseados em diafragma ou pistão.
- Torque ou força necessários para acionamento
O torque é a força aplicada em um braço de alavanca que, por sua vez, está “pinada” em um ponto, o qual é chamado de eixo de rotação.
Neste contexto, pode ser compreendido como o esforço mecânico necessário para movimentar a válvula.
Esse esforço pode ser expresso como:
- torque, no caso de válvulas rotativas
- força linear, no caso de válvulas de deslocamento axial
Diversos fatores influenciam esse requisito, como:
- diâmetro da válvula
- pressão do fluido no processo
- tipo de vedação
- atrito interno do mecanismo
Todos esses fatores podem ser mais complexos do que você imagina. Então, não é preciso conhecer qual a força deve ser exercida para que o torque seja suficiente para cisalhar o fluido e vencer o atrito interno, por exemplo.
Os próprios fabricantes de válvulas geralmente fornecem tabelas de torque de operação, indicando o esforço necessário para abrir ou fechar o equipamento em diferentes condições.
Para o atuador, portanto, é recomendável considerar uma margem de segurança, normalmente entre 25% e 50% acima do torque nominal.
Desta maneira, você compensa efeitos de desgaste, variações de pressão ou condições de operação adversas.
- Pressão disponível na rede pneumática
Talvez este seja um fator menos considerado do que os outros, uma vez que na escolha do atuador correto para válvula, direcionamos os nossos olhos apenas ao que ocorre entre a válvula e o fluido a ser controlado, esquecendo do que de fato vai mover essa válvula, o ar comprimido e a sua pressão.
Em grande parte das instalações industriais, a pressão de operação varia entre 5 e 10 bar.
No entanto, tubulações, conexões ou consumo simultâneo de equipamentos podem provocar variações na pressão.
E,já que a força gerada pelo atuador depende diretamente da pressão aplicada, é justo verificar se a pressão disponível é suficiente para produzir o torque necessário para a válvula.
Caso essa pressão seja insuficiente, o atuador pode não conseguir completar o curso de abertura ou fechamento, comprometendo a operação do processo, ou ainda apresentar uma demora no tempo de resposta.
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- Tipo de ação do atuador (falha segura)
A perda de pressão também altera o comportamento da válvula.
Dependendo da aplicação, pode ser necessário que a válvula assuma automaticamente uma posição segura quando ocorrer falha no sistema pneumático.
Neste caso, os atuadores mais comuns são:
4.1. Atuadores de dupla ação
Utilizam ar comprimido tanto para abrir quanto para fechar a válvula. Assim, é possível identificá-los pelas duas entradas de ar comprimido na carcaça.
Nesse caso, a válvula permanece na última posição quando ocorre perda de ar.
4.2. Atuadores com retorno por mola (spring return)
Os atuadores com retorno por mola, por sua vez, tem mola interna que força a válvula para uma posição predefinida quando o ar é interrompido. Para identificá-lo, basta olhar na carcaça deste atuador, que apresenta uma única entrada de ar.
Essa posição pode ser:
- fail close (falha fecha)
- fail open (falha abre)
A escolha depende da estratégia de segurança do processo.
- Condições do ambiente industrial
Ambientes industriais são dotados de particularidades que dificultam até mesmo a permanência em boas condições dos dispositivos presentes.
- vibração mecânica
- poeira ou partículas sólidas
- presença de agentes corrosivos
- temperaturas elevadas ou muito baixas
Estão entre os fatores mais recorrentes. Nesses casos, pode ser necessário optar por atuadores com:
- revestimentos anticorrosivos
- vedações especiais
- proteções contra poeira e umidade
- Interface de montagem e compatibilidade
Não basta escolher o atuador que respeita os fatores anteriores, se ele não for mecanicamente compatível com a válvula.
Padrões internacionais de montagem, como o ISO 5211, que define dimensões para flange e eixo para acoplamentos, são considerados pelos fabricantes de válvulas e atuadores.
Além disso, outros acessórios podem ser definidos quanto à necessidade, tais como chaves de fim de curso, posicionadores e válvulas solenóide.
Considerações finais
Nota-se, neste texto, que selecionar corretamente um atuador pneumático vai muito além de simplesmente escolher um dispositivo capaz de abrir ou fechar uma válvula.
Há diversos fatores que devem ser analisados antes dessa decisão, tais como análise do tipo de válvula, requisitos de torque ou força, pressão disponível no sistema pneumático e condições de operação do ambiente industrial.
De toda forma, o primeiro passo, entre todos os apresentados, deve ser a análise da compatibilidade entre o tipo de movimento da válvula e o tipo de atuador.
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FAQ – Atuadores pneumáticos para válvulas industriais
1. Como escolher o atuador pneumático correto para uma válvula?
É necessário considerar o tipo de válvula (rotativa ou linear), o torque ou força necessária, a pressão disponível, o tipo de acionamento e as condições do ambiente industrial.
2. Qual a diferença entre atuador de dupla ação e retorno por mola?
O atuador de dupla ação utiliza ar comprimido para abrir e fechar a válvula, enquanto o atuador com retorno por mola leva a válvula para uma posição segura em caso de falha.
3. O que acontece se o atuador for mal dimensionado?
Pode ocorrer falha no acionamento, lentidão, desgaste prematuro da válvula e até interrupções no processo produtivo.
4. A pressão da rede pneumática influencia no desempenho do atuador?
Sim. A pressão disponível determina diretamente a força ou torque gerado pelo atuador, sendo essencial para garantir o funcionamento correto da válvula.
