Válvula de esfera acionada: tudo o que precisa de saber

O controlo preciso dos fluidos (líquidos, gases e vapor) nas indústrias modernas reveste-se de extrema importância. Em ambientes complexos ou perigosos, a operação manual das válvulas é ineficiente e impraticável. Assim, foram inventados sistemas automáticos, sendo um deles as válvulas de esfera automáticas. Estas constituem a espinha dorsal da automatização do controlo de fluidos e funcionam como o pulso inteligente nos sistemas de condutas industriais.

O que é uma válvula de esfera acionada?

Uma válvula de esfera acionada é operada por um atuador controlado por um aparelho elétrico, pneumático ou hidráulico. Ao contrário das válvulas de esfera tradicionais, que exigem um manuseamento manual moroso da alavanca da válvula para rodar a esfera no seu interior, as válvulas de esfera acionadas funcionam sem necessidade de pessoal no local. Podem ser controladas remotamente e respondem a sinais pré-definidos, alterando o fluxo do fluido conforme necessário. As válvulas de esfera podem também ser de uma peça, de duas peças, de três peças ou de entrada superior. Estes designs 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 acionada baseia-se na característica de quarto de volta de uma válvula de esfera. No interior do corpo da válvula encontra-se uma esfera com um orifício. Se o atuador rodar a esfera 90 graus e o orifício ficar alinhado com a conduta, a válvula fica aberta e a esfera permite a passagem suave do fluido. Por outro lado, se o orifício ficar perpendicular à conduta, a válvula fica totalmente fechada e nenhum fluido pode passar. Sinais elétricos, de pressão de ar, de controlo de caudal e até mesmo sinais hidráulicos são recebidos pelo atuador, que transforma essa energia numa força rotacional que aciona a haste da válvula, a qual está ligada à esfera. Estes tipos de válvulas de esfera só podem realizar ações simples e automatizadas de abertura e fecho. No entanto, se forem acopladas a um atuador modulador, o caudal do fluido pode ser controlado com precisão milimétrica, comparável a um metrónomo a controlar o ritmo do movimento do fluido.

Válvulas de esfera com acionamento pneumático, elétrico e hidráulico

As válvulas de esfera acionadas classificam-se principalmente em três categorias: pneumáticas, elétricas e hidráulicas, com base na sua fonte de energia. Cada uma delas possui funcionalidades específicas e adapta-se a diferentes requisitos de aplicações industriais. Conhecer as diferenças entre elas pode ajudar a escolher a mais adequada para condições de funcionamento específicas.

Válvulas de esfera acionadas pneumaticamente

A fonte de energia das válvulas de esfera acionadas pneumaticamente é o ar comprimido, limpo e seco. O movimento rotativo causado pela pressão do ar é frequentemente ativado através de sistemas de pistão ou de cremalheira e pinhão nos atuadores. Os atuadores pneumáticos podem ser divididos em tipos de ação simples (retorno por mola) e de ação dupla. Nos tipos de ação simples, os ciclos de abertura e fecho são simplificados para uma única ação. Se houver perda de pressão de ar, a válvula regressará à sua posição de segurança graças à mola interna; nos tipos de ação dupla, um ciclo completo requer pressão de ar tanto para a função de abertura como para a de fecho.

• Vantagens: As respostas são muito rápidas, com uma estrutura simples e uma baixa taxa de falhas, tornando-os ideais para aplicações que exigem um desligamento de emergência ou ciclos rápidos. Em setores que lidam com ambientes perigosos, inflamáveis ou explosivos, são muito mais seguros, uma vez que não utilizam eletricidade. Para necessidades de binário elevado, os impulsionadores pneumáticos são normalmente mais económicos e mais compactos do que os atuadores elétricos com binário comparável. A manutenção também é simples.
• Contras: Requerem um sistema de abastecimento fiável, composto por compressores de ar, tanques de armazenamento e tubagens, o que torna o sistema mais complexo e dispendioso durante a instalação inicial. Estes sistemas apresentam, normalmente, uma precisão inferior à das suas contrapartes elétricas; um controlo preciso requer também um posicionador. O consumo pode também ser afetado pela pressão do ar fornecido.

Válvulas de Esfera com Atuador Elétrico

As válvulas de esfera de acionamento elétrico são alimentadas por eletricidade, que aciona um motor que gera um binário de rotação. Este binário é transmitido através de um conjunto de engrenagens que aciona a haste da válvula. Dependendo do método de controlo, os dispositivos podem ser classificados como do tipo «on/off» ou do tipo modulador. Os atuadores do tipo «ligado/desligado» funcionam normalmente apenas nas posições totalmente aberta ou totalmente fechada. Os atuadores moduladores permitem um controlo preciso do ângulo de abertura da válvula em função de um sinal elétrico padrão (por exemplo: sinal de corrente de 4-20 mA ou sinal de tensão de 0-10 V), permitindo assim um melhor ajuste da quantidade de fluido.

• Vantagens: A precisão de controlo é elevada, facilitando a regulação eficaz do caudal. A automatização e o controlo remoto através de sistemas PLC ou DCS são fáceis de integrar. Uma vez que não é necessária qualquer fonte de ar pneumática ou hidráulica, a instalação resume-se à ligação à alimentação elétrica e aos cabos de sinal de controlo. É possível realizar operações de controlo mais avançadas, como controlos com atraso temporal ou funções de abertura/fecho lento. São ideais para regiões onde não existe ar comprimido ou energia hidráulica.
• Contras: A baixa velocidade de resposta, em comparação com os sistemas pneumáticos, torna estas válvulas inadequadas para utilização em funções em que o tempo é um fator crítico. Em ambientes húmidos, empoeirados ou explosivos, estas válvulas requerem atuadores de proteção, o que aumenta o custo global. Os atuadores elétricos de alto binário são frequentemente volumosos e pesados. Durante o funcionamento, é necessário ter em conta a gestão do calor do motor, especialmente durante uma utilização prolongada.

Válvulas de esfera acionadas hidraulicamente

As válvulas de esfera acionadas hidraulicamente utilizam óleo hidráulico como meio de trabalho, gerando um binário potente através de cilindros ou motores hidráulicos. Os atuadores hidráulicos são normalmente utilizados em aplicações que exigem uma força ou um binário muito elevados, tais como o controlo de válvulas de alta pressão em grandes condutas.

• Vantagens: A sua capacidade de gerar um binário muito elevado torna-as ideais para o comando de válvulas de grandes dimensões com classificações de alta pressão e para superar forças de empuxo substanciais exercidas pelos fluidos. O movimento suave e potente é vantajoso para aplicações que exigem um posicionamento preciso e a manutenção da posição definida.
• Contras: As válvulas de controlo, os filtros, as bombas de combustível, os depósitos de óleo, bem como as válvulas de controlo e as tubagens, contribuem para um sistema muito complexo que implica um investimento inicial avultado, devido à elevada complexidade e à necessidade de uma bomba e de um sistema de estação hidráulica totalmente operacional. A temperatura e a limpeza do óleo exigem monitorização, a par de outras tarefas de manutenção, o que aumenta a complexidade. O risco de fuga de óleo hidráulico e de poluição do ambiente ou de incêndios, aliado às despesas necessárias para monitorizar esses aspetos, torna o investimento pouco aconselhável.

Explorar as aplicações mais comuns das válvulas de esfera acionadas

As válvulas de esfera acionadas são fundamentais em determinados setores 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 processo de fabrico. Isto contribui para aumentar a automatização e a eficiência.
• Tratamento e dessalinização da água: Estas válvulas são utilizadas em sistemas municipais de abastecimento de água, estações de tratamento de águas residuais, instalações de dessalinização e controlo de água em bruto. Em aplicações que envolvam água do mar corrosiva, as válvulas devem ser fabricadas com materiais resistentes a produtos químicos.
• Indústria Química e de Petróleo e Gás: Na extração, transporte por oleodutos e refinação de petróleo e gás, estas válvulas são utilizadas para regular o fluxo de petróleo bruto, gás natural e diversos produtos químicos. Estes fluidos apresentam, normalmente, características de alta pressão, inflamabilidade e explosividade. Por conseguinte, o desempenho em termos de segurança e a classificação à prova de explosão da válvula têm de cumprir critérios rigorosos.
• Alimentar e Farmacêutico: Na produção de alimentos e bebidas, bem como na produção de produtos farmacêuticos, as normas de higiene são de importância crucial. Para manter condições sanitárias adequadas, as válvulas de esfera acionadas devem ser concebidas de forma a permitir procedimentos rápidos de limpeza e esterilização, para que não contaminem o meio.
• AVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado): Utilizados em todo o tipo de instalações, desde edifícios de apartamentos a aeroportos, os sistemas de climatização controlam a circulação e o fluxo de água quente/fria ou vapor e de ar quente/frio. Através da automatização dos controlos de temperatura por zona, melhora-se a eficiência energética.
• Fabrico de equipamento: Incorporados como componentes de acionamento essenciais em diversos equipamentos, máquinas e sistemas industriais, para permitir a comutação e o controlo automáticos dos percursos dos fluidos no interior dos equipamentos.
• Indústria mineira: Utilizadas para o manuseamento de lamas minerais ou produtos químicos corrosivos que contenham partículas sólidas. As válvulas devem apresentar uma excelente resistência ao desgaste e à corrosão, bem como uma estrutura robusta e fiável.
• Setor da energia: Utilizado em centrais elétricas para controlar o vapor e a água a alta pressão e alta temperatura utilizados em componentes do sistema, tais como a água de alimentação das caldeiras, as condutas de vapor e os circuitos de água de refrigeração, garantindo um funcionamento seguro e estável da central elétrica.

Enquanto componentes essenciais para um funcionamento eficiente e seguro nas indústrias modernas, as válvulas de esfera influenciam diretamente a produtividade destas, dando origem a um mercado considerável de válvulas de esfera com atuador.

Por que escolher válvulas de esfera acionadas?

As válvulas de esfera motorizadas apresentam vantagens distintas em relação às válvulas manuais, o que as torna a escolha preferida em muitas indústrias modernas. Essas vantagens acrescentam valor em termos de eficiência, segurança e controlo.

Uma das principais vantagens é a automatização. As válvulas motorizadas podem ser acionadas remotamente ou programadas para abrir e fechar de acordo com as condições ou com base num horário específico. Deixa de ser necessário o esforço manual, o que poupa tempo e é extremamente importante em áreas perigosas ou de difícil acesso. Além disso, a eficiência do trabalho é melhorada. Os processos realizados automaticamente são mais rápidos e fiáveis do que os realizados manualmente, que aumentam os custos com mão-de-obra e reduzem a taxa de produção por pessoa.

A maior segurança é outra vantagem fundamental. Ao automatizar o funcionamento das válvulas, o pessoal não fica 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, especialmente as do tipo moduladoras, permitindo ajustes finos nas caudais. Esta precisão é vital para processos que exigem quantidades exatas de fluido ou perfis de caudal específicos.

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

Como escolher a válvula de esfera acionada adequada

Escolher a válvula de esfera acionada adequada para uma aplicação não é tão simples como parece. Escolher uma válvula é como selecionar um “coração” ideal num complexo sistema “circulatório” de válvulas, onde muitos fatores têm de ser sistematicamente tidos em consideração. A falha da válvula também é um aspeto muito importante neste cenário. Trata-se de determinar em que estado a válvula deve ficar quando se perde o sinal de controlo ou a alimentação (abertura por falha, fecho por falha ou permanência estática). Isto é muito importante em muitas situações em que a segurança do sistema é uma prioridade.

Fatores-chave de seleção:

• Tipo e características do meio: Analise em pormenor a composição química do fluido, bem como as suas características físicas, tais como a corrosividade, a viscosidade, a concentração de partículas sólidas, a inflamabilidade e a explosividade.
• Pressão e temperatura: Do ponto de vista profissional, especifique os limites da pressão e da temperatura normais de funcionamento, bem como a pressão e a temperatura máximas possíveis. Estes valores são essenciais na escolha do material do corpo da válvula e das juntas.
• Requisitos de controlo: Determine se a válvula é necessária para uma comutação simples de aberto/fechado ou para um controlo preciso do caudal. Isso determina o tipo de atuador (de aberto/fechado ou modulador). Características como os interruptores de fim de curso podem ser importantes neste contexto para fornecer informação sobre a posição da válvula (aberta ou fechada).
• Ambiente de instalação: Considere se a localização de instalação da válvula é no interior ou no exterior, a temperatura e a humidade ambientes, a presença de poeira ou gases corrosivos e se é necessária uma classificação à prova de explosão.
• Energia disponível: Certifique-se de verificar no local se existe uma fonte de energia ou de ar comprimido (pressão, limpeza) estável e fiável.
• Tipo e dimensão da ligação: Escolha o tipo e o tamanho da ligação da válvula de acordo com as normas do sistema de tubagem existente, tais como as normas relativas a flanges, roscas e diâmetro do tubo.
• Material do corpo da válvula e da vedação: Com base nas características do fluido, na temperatura, na pressão e no ambiente, selecione os materiais do corpo da válvula (como corpo em aço inoxidável, corpo em aço ao carbono, corpo em PVC) e os materiais das juntas (como PTFE, EPDM, FKM) que sejam resistentes à corrosão, à temperatura e à pressão, e que sejam compatíveis com o fluido.

Ao ponderar a compra de uma válvula de esfera com atuador, vale a pena considerar um fornecedor que satisfaça as suas necessidades. A VINCER conta com mais de uma década de experiência em soluções de válvulas automatizadas. A VINCER é especializada numa gama completa de válvulas com atuador, incluindo válvulas de esfera elétricas, válvulas borboleta, válvulas de guilhotina, válvulas de controlo, válvulas solenóides e outros acessórios necessários. Um fornecedor de confiança deve esforçar-se por ser um “fornecedor único de soluções inteligentes para válvulas”, com uma oferta diversificada de produtos e serviços de apoio completos. A título de exemplo, a VINCER garante soluções personalizadas com base numa análise abrangente em oito dimensões: análise do fluido, análise da temperatura, método de controlo, requisitos de materiais, análise da pressão do fluido, tempo de abertura/fecho do fluido, determinação da norma de ligação e posição e espaço de instalação, assegurando que a válvula selecionada é adaptada de forma ideal à aplicação, para evitar complicações e reduzir custos a longo prazo. Os seus produtos possuem certificações importantes, como ISO 9001, CE, RoHS, SIL e FDA, o que demonstra a conformidade com as normas internacionais. Estes fatores, aliados à competitividade de preços e a vantagens substanciais em termos de custos face às marcas estrangeiras, permitem aos clientes esticar ainda mais o seu orçamento. Além disso, a resposta rápida (no prazo de 12 horas) e a entrega célere (produtos padrão em 7 a 10 dias, produtos personalizados em 15 a 30 dias) reduzem significativamente os atrasos nos projetos. Ao selecionar um fornecedor com estas vantagens, recebe não apenas um produto, mas também um parceiro profundamente empenhado no seu sucesso operacional.

Guia de Instalação e Manutenção

Uma instalação eficaz e inspeções de manutenção regulares garantem o melhor desempenho, estabilidade e fiabilidade a longo prazo das válvulas de esfera motorizadas. Negligenciar qualquer etapa resultará no mau funcionamento das válvulas, o que, quase certamente, perturbará o funcionamento do sistema. Antes de qualquer instalação ou intervenção de manutenção, certifique-se de que o fluido sob pressão na tubagem em questão foi totalmente purgado e aplique medidas de isolamento de segurança, como o fecho das válvulas a montante com etiquetas de aviso de isolamento, para garantir a segurança do pessoal.

Pontos de instalação

É necessário seguir cuidadosamente cada passo do manual de instalação, tal como recomendado pelo fabricante. Isto garante que a estrutura inicial seja sólida e que todas as atividades estruturais subsequentes possam ser executadas corretamente.

1. Verificar e preparar: Confirme se o modelo e as especificações da válvula recebidos correspondem à encomenda e verifique se a válvula e o atuador apresentam algum dano causado pelo transporte. Remova quaisquer resíduos do interior da válvula e das ligações das tubagens.
2. Limpeza e alinhamento de tubos: Limpe cuidadosamente o sistema de tubagem antes da instalação, para remover escória 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. Instruções de instalação: A maioria das válvulas de esfera não tem um requisito específico quanto ao sentido do fluxo, mas se o corpo da válvula ou o manual do produto indicar um sentido de fluxo, certifique-se de que a instala no sentido indicado. No caso de certas estruturas especiais de válvulas de esfera (como as válvulas de esfera montadas em munhão), o sentido correto de instalação pode afetar o desempenho.
4. Apertar a ligação: Utilize métodos adequados para fixar a válvula à conduta e o atuador à válvula, conforme descrito na documentação do produto ou nas normas aplicáveis (por exemplo, ligações flangeadas ou roscadas, soldadura). Verifique se os suportes ou acoplamentos utilizados para ligar o atuador à válvula estão corretamente instalados e bem fixados.
5. Ligação elétrica/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 retroalimentação exatamente como indicado no esquema de ligações. Certifique-se também de que os fios estão protegidos contra a entrada de água, poeira ou corrosão. Se o atuador tiver de ser ligado à terra, confirme se está devidamente ligado à terra.
   • Atuador pneumático:Certifique-se de que a pressão do ar cumpre os requisitos do atuador antes de ligar as tubagens de ar comprimido limpo e seco. Inspecione visualmente todas as ligações das tubagens de ar e certifique-se de que estão bem apertadas e não apresentam fugas de ar.
6. Teste de funcionamento: Following the setup, run the actuated ball valve with no medium or at minimal pressure for multiple full open and close cycles. Ensure the movement of the valve is polished and the actuator and valve connection is proper. For control valves, assess the opening response to varying signals.

Regular Maintenance

It is vital to have a proactive approach to maintenance to guarantee the equipment performs reliably over long periods of time. So set a systematic inspection and maintenance plan.

1. Visual Inspection:Check the actuator and valve’s outer surface for any signs of leakage (medium or hydraulic oil), corrosion, paint peeling, loose connection bolts, or mechanical damage.
2. Cleaning: Periodically clean dust, oil, and debris from the exterior of the valve and actuator to keep the equipment surfaces clean.
3. Lubrication: Follow the manufacturer’s instruction for lubricating the moving parts of the actuator or valve stem. Lumping too much can cause the build-up of contaminants, so care should be taken when lubricating.
4. Performance Check: Regularly test the valve’s opening and closing operation to check if the operating time is normal and if there is any sticking. For control valves, check if their control accuracy meets the requirements.
5. Energy Supply Check:
   • Electric: Check that the power voltage is stable and control signals are correct.
   • Pneumatic: Check that the air pressure is stable, the air is clean and dry, and if filters need to be replaced. Check air lines and fittings for leaks.
   • Hydraulic: Check the hydraulic oil level and quality. Check that the hydraulic station works steadily and pipe fittings are not leaking oil.
6. Fastener Check: Every so often, inspect the bolts that join the valve to the pipeline and the actuator to the valve for slack; if they are loose, tighten them.

Troubleshooting

When an actuated ball valve shows abnormal behavior, stay calm and follow these steps:

1. Gather Information: Collect thorough details of the issues (not moving, partial opening/closing, leaks, strange noises, etc.), the time of occurrence, the specific working conditions at the time such as the medium, pressure, temperature, and the control signal status.
2. Consult the Manual: Make sure to go over the product manual’s troubleshooting section. As per your observation of the problem, check for possible reasons and any provided solutions.
3. Check Energy Supply: Confirm that the power, air, or hydraulic source supplied to the actuator is normal, stable, and meets the required parameters.
4. Check Control Signal: Confirm that the signal output from the control system to the actuator is correct (such as voltage, current, or air pressure signal).
5. Check Mechanical Connection: Check that the connection between the actuator and valve is secure, that the coupling is not damaged or loose, and that the valve stem is not bent or stuck.
6. Initial Actions: For simple problems, such as a loose connection or insufficient air supply, you can attempt adjustments or replenishment.
7. Contact Professional Support: Stop working on it immediately if during the first troubleshooting steps you encounter an internal valve component or an important part of the actuator system that is more complex than just a simple issue. Reach out to the technical support department of your valve supplier, be it VINCER or others, and relay the pertinent details so their experts can recommend necessary action. Do not try to operate it under any condition without fully identifying the root cause, you can end up complicating the situation further and creating a risk to safety.

Future Trends of Actuated Ball Valve

The evolution of actuated ball valve technologies is aligned with advancements in automation with progresses in sophistication, accuracy, efficiency, and integration. Some focal points are: the implementation of smart systems alongside AI for monitored diagnosis and preemptive maintenance, more precision and agile responsiveness, competitive operational costs geared towards energy consumption, modular synthesis, improved adaptability to environmental factors, IoT and wireless implementation. Such innovations will enhance their contribution towards industrial automation and smart systems in manufacturing.

Conclusão

The use of automated fluid control with actuated ball valves has improved efficiency in contemporary automation of processes in various industries and in everyday life. The accuracy and dependability of these “smart pipeline controllers” makes them capable of effortless fluid command automation for numerous fluid systems. Actuated ball valves enhance safety and efficiency in operations and processes in industries ranging from simple on/off control systems to complex modulation systems flow control. With advances in technology for industrial automation, smart actuated ball valves will be more refined, more intelligent, and more energy efficient, thus enabling the construction of sophisticated and safer fluid control systems.