Explicação sobre a válvula de esfera acionada: Tudo o que precisa de saber

O controlo preciso de fluidos (líquidos, gases e vapor) nas indústrias modernas é da maior importância. Em ambientes complicados ou perigosos, a operação manual de válvulas é ineficiente e impraticável. Assim, foram inventados sistemas automáticos, um dos quais são as válvulas de esfera automáticas. Estas constituem a espinha dorsal da automação do controlo de fluidos e funcionam como o impulso inteligente nos sistemas de condutas industriais.

O que é uma válvula de esfera actuada?

Uma válvula de esfera actuada é acionada por um atuador controlado por um aparelho elétrico, pneumático ou hidráulico. Ao contrário das válvulas de macho esférico tradicionais, que requerem um manuseamento manual fastidioso da alavanca da válvula para rodar a esfera no seu interior, as válvulas de macho esférico acionadas funcionam sem necessidade de pessoal no local. Podem ser controladas remotamente e responderão a sinais pré-definidos, alterando o fluxo de fluido conforme necessário. As válvulas de esfera também podem ser de uma peça, duas peças, três peças ou de entrada superior. Estas concepções estruturais determinam a facilidade de manutenção e as capacidades de retenção de pressão da válvula.

Como funciona uma válvula de esfera acionada

O funcionamento de uma válvula de esfera actuada baseia-se na caraterística de um quarto de volta de uma válvula de esfera. Existe uma esfera com um orifício no interior do corpo da válvula. Se o atuador rodar a esfera 90 graus e o orifício estiver alinhado com a tubagem, a válvula está aberta e a esfera pode permitir a passagem suave do fluido. Por outro lado, se o furo estiver perpendicular à tubagem, a válvula está totalmente fechada e não pode passar qualquer fluido. Os sinais eléctricos, de pressão de ar ou de controlo do fluxo e até mesmo os sinais hidráulicos são recebidos pelo atuador, que transforma essa energia numa força de rotação que acciona a haste da válvula, que está ligada à esfera. Estes tipos de válvulas de macho esférico só podem executar acções simples de ligar/desligar automatizadas. No entanto, se forem acopladas a um atuador modulante, o caudal de fluido pode ser controlado com uma precisão exacta, comparável a um metrónomo que controla o ritmo do movimento do fluido.

Válvulas de Esfera Actuadas Pneumáticas vs Eléctricas vs Hidráulicas

As válvulas de esfera acionadas são principalmente classificadas em três categorias: pneumáticas, eléctricas e hidráulicas, com base na sua fonte de energia. Cada uma delas tem uma funcionalidade específica e adapta-se a diferentes requisitos de aplicação industrial. Conhecer as diferenças entre elas pode ajudar a escolher a melhor para condições de funcionamento específicas.

Válvulas de esfera de atuação pneumática

A fonte de energia para as válvulas de esfera de acionamento pneumático é ar limpo, seco e comprimido. O movimento rotativo causado pela pressão do ar é frequentemente ativado através de sistemas de pistão ou de cremalheira e pinhão nos actuadores. Os actuadores pneumáticos podem ser divididos em tipos de ação simples (retorno por mola) e de ação dupla. Com tipos de ação simples, os ciclos de abertura e fecho são simplificados para uma ação. Se a pressão de ar for perdida, a válvula reverterá para a sua posição segura devido à mola interna; para os tipos de duplo efeito, um ciclo completo requer pressão de ar para as funções de abertura e fecho.

• Prós: As respostas são muito rápidas, com uma estrutura simples e de baixa taxa de falhas, o que os torna ideais para aplicações que requerem paragem de emergência ou ciclos rápidos. Nas indústrias que lidam com ambientes perigosos inflamáveis ou explosivos, são muito mais seguros porque não há utilização de eletricidade. Para necessidades de binário elevado, os boosters pneumáticos são normalmente mais baratos e mais compactos do que os actuadores eléctricos com binário comparável. A manutenção também é simples.
• Contras: Necessitam de um sistema de abastecimento fiável sob a forma de compressores de ar, tanques de armazenamento e tubagens, o que torna o sistema mais complexo e dispendioso durante a configuração inicial. Estes sistemas têm normalmente uma precisão inferior à dos sistemas eléctricos; o controlo preciso requer também um posicionador. O consumo pode também ser afetado pela pressão do ar fornecido.

Válvulas de esfera de acionamento elétrico

As válvulas de esfera de acionamento elétrico obtêm energia da eletricidade que ativa um motor que liberta um binário de rotação. Este binário é transferido através de um conjunto de engrenagens que ativa a haste da válvula. Dependendo do método de controlo, os aparelhos podem ser classificados como do tipo ligado/desligado ou do tipo modulante. Os actuadores on/off normalmente só funcionam nas posições totalmente aberta ou totalmente fechada. Os actuadores modulantes permitem um controlo preciso do ângulo de abertura da válvula em função de um sinal elétrico padrão (exemplo: sinal de corrente 4-20mA ou sinal de tensão 0-10V), permitindo assim um melhor ajuste da quantidade de fluido.

• Prós: A precisão do controlo é elevada, facilitando a regulação eficaz do caudal. A automação e o controlo remoto através de sistemas PLC ou DCS são fáceis de integrar. Uma vez que não é necessária qualquer fonte de ar pneumático ou hidráulico, a instalação consiste simplesmente em ligar os fios de alimentação e de sinal de controlo. Podem ser efectuadas operações de controlo mais avançadas, como controlos temporizados ou funções de abertura/fecho lento. São ideais para regiões com falta de ar comprimido ou energia hidráulica.
• Contras: A velocidade de resposta lenta em comparação com os sistemas pneumáticos faz com que estas válvulas não sejam adequadas para utilização em funções altamente sensíveis ao tempo. Em ambientes húmidos, poeirentos ou explosivos, estas válvulas requerem actuadores de proteção, o que aumenta o custo global. Os actuadores eléctricos de binário elevado são frequentemente volumosos e pesados. Durante o funcionamento, a gestão do calor deve ser considerada, especialmente durante uma utilização prolongada, para o motor.

Válvulas de esfera com acionamento hidráulico

As válvulas de macho esférico de atuação hidráulica utilizam óleo hidráulico como meio de trabalho, gerando um binário poderoso através de cilindros ou motores hidráulicos. Os actuadores hidráulicos são normalmente utilizados em aplicações que requerem uma força ou binário muito grandes, como o controlo de válvulas de alta pressão em grandes condutas.

• Vantagens: A sua capacidade de gerar um binário muito elevado torna-os ideais para serem utilizados no comando de válvulas de grandes dimensões com classificações de alta pressão e para superar impulsos de fluido substanciais. O movimento suave e potente é benéfico para aplicações com tarefas de posicionamento crítico e manutenção da posição definida.
• Contras: As válvulas de controlo, os filtros, as bombas de combustível, os reservatórios de óleo, bem como as válvulas de controlo e as tubagens contribuem para um sistema muito complexo, que implica um investimento inicial elevado devido à elevada complexidade e à necessidade de uma bomba e de um sistema de estação hidráulica totalmente funcional. A temperatura e a limpeza do óleo requerem monitorização, a par de outras tarefas de manutenção que proporcionam uma complexidade elevada. O risco de o óleo hidráulico se infiltrar e poluir o ambiente ou causar incêndios, juntamente com as despesas necessárias para monitorizar estes aspectos, torna o investimento insensato.

Caraterística	Válvula de esfera de atuação pneumática	Válvula de esfera de acionamento elétrico	Válvula de esfera com acionamento hidráulico
Fonte de energia	Ar comprimido	Eletricidade	Óleo hidráulico
Velocidade de resposta	Rápido	Relativamente lento	Suave, pode ser rápido
Controlo Acc.	Médio (Pode melhorar com o posicionador)	Elevado	Elevado
Gama de binários	Médio a grande	Pequeno a grande	Muito grande
Custo	Relativamente baixo (sem sistema de ar)	Médio a elevado	Elevado
Segurança	Elevado (ambiente perigoso)	Necessita de proteção (ambiente perigoso), sem risco de fuga	Necessita de proteção, existe risco de fuga
Necessidade do sistema	Sistema de ar (compressor, tubagem)	Fonte de energia	Estação hidráulica e tubagem
Utilização típica	Comutação rápida, Desligamento de emergência, Áreas perigosas	Controlo preciso, Controlo remoto, Sem fonte de ar	Tamanho grande, alta pressão, necessidades de binário elevado

Explorando aplicações comuns de válvulas de esfera actuadas

 

As válvulas de esfera acionadas são fundamentais em determinadas indústrias devido à sua automatização e adaptabilidade:

• Automação industrial: Estas válvulas permitem o bombeamento, a mistura ou a distribuição de fluidos de forma controlada nas linhas de produção, bem como durante o fabrico. Isto aumenta a automatização e a eficiência.
• Tratamento de água e dessalinização: Estas válvulas são utilizadas em sistemas municipais de abastecimento de água, estações de tratamento de águas residuais, instalações de dessalinização e controlo de água bruta. Em aplicações que envolvam água do mar corrosiva, as válvulas devem ser fabricadas com materiais resistentes a produtos químicos.
• Química e Petróleo e Gás: Na extração, transporte através de condutas e refinação de petróleo e gás, estas válvulas são utilizadas para regular o movimento de petróleo bruto, gás natural e diversos produtos químicos. Estes meios são normalmente acompanhados por atributos de alta pressão, inflamáveis e explosivos. Assim, o desempenho de segurança e a classificação à prova de explosão da válvula têm de cumprir critérios rigorosos.
• Alimentar e farmacêutico: No fabrico de alimentos e bebidas, e na produção de produtos farmacêuticos, os padrões de higiene são extremamente importantes. Para manter condições sanitárias adequadas, as válvulas de esfera acionadas têm de ser construídas para permitir procedimentos rápidos de limpeza e esterilização, de modo a não contaminarem o meio.
• HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado): Utilizados em tudo, desde edifícios de apartamentos a aeroportos, os sistemas AVAC controlam a circulação e o fluxo de água quente/fria ou vapor e ar quente/frio. Ao automatizar os controlos de temperatura por zona, a eficiência energética é melhorada.
• Fabrico de equipamentos: Integrados como componentes de acionamento principais em vários equipamentos industriais, máquinas e sistemas para conseguir a comutação e o controlo automáticos de percursos de fluidos dentro do equipamento.
• Indústria mineira: Utilizadas para o manuseamento de lamas minerais ou produtos químicos corrosivos que contenham partículas sólidas. As válvulas têm de ter uma excelente resistência ao desgaste e à corrosão, com uma estrutura robusta e fiável.
• Indústria energética: Utilizado em centrais eléctricas para controlar o vapor e a água a alta pressão e alta temperatura utilizados em apêndices do sistema, como água de alimentação da caldeira, condutas de vapor e circuitos de água de refrigeração, garantindo um funcionamento seguro e estável da central eléctrica.

Como componentes-chave para um funcionamento eficiente e seguro nas indústrias modernas, as válvulas de esfera influenciam diretamente a sua produtividade, dando origem a um mercado considerável de válvulas de esfera acionadas.

Porquê escolher Válvulas de Esfera Actuadas?

As válvulas de esfera acionadas têm vantagens distintas em relação às válvulas manuais, o que aumenta a sua preferência em muitas indústrias modernas. Estas vantagens acrescentam valor em termos de eficiência, segurança e controlo.

Uma das principais vantagens é a automatização. As válvulas acionadas podem ser acionadas remotamente ou definidas para abrir e fechar de acordo com as condições ou com base num horário específico. Deixa de haver necessidade de esforço manual, o que poupa tempo e é extremamente importante em áreas perigosas ou inviáveis. Para além disso, a eficiência do trabalho é melhorada. Os processos realizados automaticamente são mais rápidos e fiáveis do que os realizados manualmente, o que aumenta as despesas de mão de obra e reduz a taxa de produção por pessoa.

O aumento da segurança é outro benefício fundamental. Ao automatizar a operação da válvula, o pessoal não é exposto a ambientes perigosos, altas temperaturas, pressões ou meios perigosos. Isto minimiza os riscos e ajuda a manter um ambiente de trabalho mais seguro. Além disso, as válvulas acionadas oferecem um controlo preciso, particularmente os tipos modulantes, permitindo ajustes finos aos caudais. Esta precisão é vital para processos que requerem quantidades exactas de fluido ou perfis de fluxo específicos.

À semelhança de outros equipamentos, as válvulas de esfera automatizadas são eficazes e construídas para resistir a aplicações e ambientes difíceis. Estes dispositivos podem funcionar continuamente durante um longo período de tempo com muito pouca intervenção humana. Estão equipados com interfaces de sistemas de controlo que permitem uma supervisão e um controlo avançados dos sistemas de fluidos.

Escolher a válvula de esfera actuada certa

Selecionar a válvula de macho esférico actuada correta para uma aplicação não é tão simples como parece. Escolher uma válvula é como escolher um "coração" ideal num sistema "circulatório" de válvulas complexo, onde muitos factores têm de ser sistematicamente tidos em consideração. A falha da válvula também é muito importante neste cenário. Trata-se do estado em que a válvula deve estar quando se perde o sinal de controlo ou a alimentação (falha na abertura, falha no fecho ou permanece estática). Isto é muito importante em muitas situações em que a segurança do sistema é uma prioridade.

Principais factores de seleção:

• Tipo e caraterísticas do meio: Examinar em pormenor a composição química do fluido, bem como os seus atributos físicos, tais como a corrosividade, a viscosidade, a concentração de partículas sólidas, a inflamabilidade e a explosividade.
• Pressão e temperatura: De um ponto de vista profissional, especificar os limites da pressão e temperatura normais de funcionamento, bem como a pressão e temperatura máximas concebíveis. Estes valores são vitais para a escolha do material do corpo da válvula e das vedações.
• Requisitos de controlo: Determinar se a válvula é necessária para uma simples comutação on/off ou para um controlo preciso do caudal. Isto determina o tipo de atuador (on/off ou modulante). Caraterísticas como interruptores de limite podem ser importantes aqui para fornecer feedback sobre a posição da válvula aberta ou fechada.
• Ambiente de instalação: Considere se o local de instalação da válvula é interior ou exterior, a temperatura e humidade ambiente, a presença de poeiras ou gases corrosivos e se é necessária uma classificação à prova de explosão.
• Energia disponível: Certifique-se de que verifica no local se está disponível uma fonte de energia estável e fiável ou uma fonte de ar comprimido (pressão, limpeza).
• Tipo e tamanho da ligação: Selecionar o tipo e a dimensão da ligação da válvula de acordo com as normas do sistema de tubagem existente, tais como normas de flanges, normas de roscas e diâmetro do tubo.
• Material do corpo da válvula e da vedação: Com base nas caraterísticas do meio, da temperatura, da pressão e do ambiente, selecionar os materiais do corpo da válvula (como o corpo em aço inoxidável, o corpo em aço carbono, o corpo em PVC) e os materiais de vedação (como PTFE, EPDM, FKM) que sejam resistentes à corrosão, à temperatura e à pressão e que sejam compatíveis com o meio.

Ao considerar a compra de uma válvula de esfera actuada, vale a pena considerar um fornecedor que satisfaça as suas necessidades. A VINCER tem mais de uma década de experiência em soluções de válvulas automatizadas. A VINCER é especializada numa linha completa de válvulas acionadas, com válvulas de esfera eléctricas, válvulas de borboleta, válvulas de gaveta, válvulas de controlo, válvulas solenóides e outros acessórios necessários. Um fornecedor fiável deve esforçar-se por ser um "fornecedor de soluções de válvulas inteligentes de uma só vez" com diversas ofertas de produtos e serviços de apoio completos. Por exemplo, a VINCER garante soluções personalizadas através de uma extensa análise de oito dimensões: análise do meio, análise da temperatura, método de controlo, requisitos de material, análise da pressão do meio, tempo de abertura/fecho do meio, determinação da norma de ligação e posição e espaço de instalação, assegurando que a válvula selecionada é perfeitamente adaptada à aplicação para evitar complicações e reduzir os custos ao longo do tempo. Os seus produtos possuem certificações importantes como ISO9001, CE, RoHS, SIL e FDA, indicando a conformidade com as normas internacionais. Estas certificações, associadas à competitividade dos preços e às vantagens substanciais em termos de custos em relação às marcas estrangeiras, permitem aos clientes alargar ainda mais o seu orçamento. Além disso, a resposta imediata (no prazo de 12 horas) e a entrega rápida (produtos padrão em 7-10 dias, produtos personalizados em 15-30 dias) reduzem consideravelmente os atrasos dos projectos. Ao selecionar um fornecedor com estas vantagens, não recebe apenas um produto, mas também um parceiro profundamente empenhado na sua realização operacional.

Guia de instalação e manutenção

A instalação eficaz e as verificações de manutenção regulares garantem o melhor desempenho a longo prazo, a estabilidade e a fiabilidade das válvulas de esfera acionadas. Negligenciar qualquer passo resultará no mau funcionamento das válvulas, o que irá quase de certeza perturbar as operações do sistema. Antes de qualquer instalação ou manutenção, certifique-se de que o meio de pressão na tubagem relevante está totalmente purgado e aplique isolamentos de segurança, como o fecho das válvulas a montante com etiquetas de aviso para isolamentos, para garantir a segurança do pessoal.

Pontos de instalação

Cada passo do manual de instalação tem de ser seguido cuidadosamente, tal como sugerido no guia do fabricante. Isto garante que a estrutura inicial é sólida e que todas as outras actividades estruturais podem ser executadas corretamente.

1. Verificar e preparar: Confirme que o modelo e as especificações da válvula recebidos correspondem à encomenda e verifique se a válvula e o atuador sofreram danos durante o transporte. Remova quaisquer detritos do interior da válvula e das ligações da tubagem.
2. Limpeza e alinhamento de tubagens: Limpe cuidadosamente o sistema de tubagem antes da instalação para remover escórias de soldadura, sujidade e outras impurezas que possam danificar as superfícies de vedação da válvula. Certifique-se de que as extremidades dos tubos estão alinhadas para evitar aplicar tensão adicional na válvula.
3. Direção de instalação: A maioria das válvulas de macho esférico não tem um requisito específico de direção de fluxo, mas se o corpo da válvula ou o manual do produto indicar uma direção de fluxo, certifique-se de que a instala nessa direção. Para certas estruturas especiais de válvulas de macho esférico (como válvulas de macho esférico montadas em munhão), a direção de instalação correta pode afetar o desempenho.
4. Aperto da ligação: Utilize métodos adequados para fixar a válvula à tubagem e o atuador à válvula, conforme descrito na documentação do produto ou nas normas relevantes (por exemplo, ligações flangeadas ou roscadas, soldadura). Verifique se os suportes ou acoplamentos utilizados para ligar o atuador à válvula estão corretamente montados e bem fixados.
5. Ligação eléctrica/fonte de ar:
   • Atuador elétrico: Certifique-se de que liga os fios de alimentação, os fios de sinal de controlo e os fios de sinal de retorno exatamente como indicado no diagrama de ligações. Certifique-se também de que os fios estão protegidos contra qualquer entrada de água, pó ou corrosão. Se o atuador tiver um requisito de ligação à terra, confirme que está bem ligado à terra.
   • Atuador pneumático:Certifique-se de que a pressão de ar cumpre os requisitos do atuador antes de ligar linhas de ar comprimido limpas e secas. Inspeccione visualmente todos os encaixes da linha de ar e certifique-se de que estão bem fechados e sem fugas de ar.
6. Teste de função: Após a configuração, faça funcionar a válvula de esfera actuada sem fluido ou a uma pressão mínima durante vários ciclos completos de abertura e fecho. Assegure-se de que o movimento da válvula é regular e que a ligação do atuador e da válvula é adequada. Para as válvulas de controlo, avaliar a resposta de abertura a sinais variáveis.

Manutenção regular

É vital ter uma abordagem proactiva à manutenção para garantir que o equipamento funciona de forma fiável durante longos períodos de tempo. Por isso, estabeleça um plano sistemático de inspeção e manutenção.

1. Inspeção visual:Verifique a superfície exterior do atuador e da válvula quanto a quaisquer sinais de fugas (óleo médio ou hidráulico), corrosão, pintura a descascar, parafusos de ligação soltos ou danos mecânicos.
2. Limpeza: Limpe periodicamente o pó, o óleo e os detritos do exterior da válvula e do atuador para manter as superfícies do equipamento limpas.
3. Lubrificação: Siga as instruções do fabricante para lubrificar as peças móveis do atuador ou da haste da válvula. A colocação de demasiada massa pode causar a acumulação de contaminantes, pelo que se deve ter cuidado ao lubrificar.
4. Controlo de desempenho: Testar regularmente o funcionamento de abertura e fecho da válvula para verificar se o tempo de funcionamento é normal e se existe alguma aderência. No caso das válvulas de controlo, verificar se a sua precisão de controlo cumpre os requisitos.
5. Verificação do fornecimento de energia:
   • Elétrico: Verificar se a tensão de alimentação é estável e se os sinais de controlo estão corretos.
   • Pneumático: Verifique se a pressão do ar é estável, se o ar está limpo e seco e se os filtros precisam de ser substituídos. Verificar se há fugas nas linhas de ar e nos acessórios.
   • Hidráulico: Verificar o nível e a qualidade do óleo hidráulico. Verificar se a estação hidráulica funciona corretamente e se os acessórios dos tubos não têm fugas de óleo.
6. Verificação do fecho: De vez em quando, inspeccione os parafusos que unem a válvula à tubagem e o atuador à válvula quanto a folga; se estiverem soltos, aperte-os.

Resolução de problemas

Quando uma válvula de esfera actuada apresenta um comportamento anormal, mantenha a calma e siga estes passos:

1. Recolher informações: Recolher informações pormenorizadas sobre os problemas (paragem, abertura/fecho parcial, fugas, ruídos estranhos, etc.), a hora da ocorrência, as condições de trabalho específicas no momento, tais como o fluido, a pressão, a temperatura e o estado do sinal de controlo.
2. Consultar o Manual: Não se esqueça de consultar a secção de resolução de problemas do manual do produto. De acordo com a sua observação do problema, verifique as possíveis razões e as soluções fornecidas.
3. Verificar o fornecimento de energia: Confirme que a fonte de alimentação, ar ou hidráulica fornecida ao atuador é normal, estável e cumpre os parâmetros necessários.
4. Verificar o sinal de controlo: Confirme se o sinal de saída do sistema de controlo para o atuador está correto (tal como tensão, corrente ou sinal de pressão de ar).
5. Verificar a ligação mecânica: Verifique se a ligação entre o atuador e a válvula está segura, se o acoplamento não está danificado ou solto e se a haste da válvula não está dobrada ou presa.
6. Acções iniciais: Para problemas simples, como uma ligação solta ou um fornecimento de ar insuficiente, pode tentar efetuar ajustes ou reabastecer.
7. Contactar o Apoio Profissional: Pare imediatamente de trabalhar nela se, durante os primeiros passos de resolução de problemas, encontrar um componente interno da válvula ou uma parte importante do sistema do atuador que seja mais complexo do que um simples problema. Contacte o departamento de assistência técnica do seu fornecedor de válvulas, seja ele a VINCER ou outros, e transmita os detalhes pertinentes para que os seus especialistas possam recomendar as acções necessárias. Não tente operá-la em qualquer condição sem identificar completamente a causa principal, pois pode acabar por complicar ainda mais a situação e criar um risco para a segurança.

Tendências futuras da válvula de esfera actuada

A evolução das tecnologias de válvulas de esfera actuadas está alinhada com os avanços na automação, com progressos na sofisticação, precisão, eficiência e integração. Alguns pontos focais são: a implementação de sistemas inteligentes juntamente com IA para diagnóstico monitorizado e manutenção preventiva, maior precisão e capacidade de resposta ágil, custos operacionais competitivos orientados para o consumo de energia, síntese modular, melhor adaptabilidade a factores ambientais, IoT e implementação sem fios. Estas inovações aumentarão a sua contribuição para a automação industrial e os sistemas inteligentes na indústria transformadora.

Conclusão

A utilização do controlo automatizado de fluidos com válvulas de esfera actuadas melhorou a eficiência na automação contemporânea de processos em várias indústrias e na vida quotidiana. A precisão e fiabilidade destes "controladores de condutas inteligentes" torna-os capazes de automatizar sem esforço o comando de fluidos para numerosos sistemas de fluidos. As válvulas de esfera acionadas aumentam a segurança e a eficiência em operações e processos em indústrias que vão desde simples sistemas de controlo on/off a complexos sistemas de modulação de controlo de fluxo. Com os avanços da tecnologia para a automação industrial, as válvulas de esfera actuadas inteligentes serão mais refinadas, mais inteligentes e mais eficientes em termos energéticos, permitindo assim a construção de sistemas de controlo de fluidos sofisticados e mais seguros.