Introdução
Os actuadores de válvulas podem não ser a primeira coisa em que se pensa quando se trata de processos industriais, mas são absolutamente essenciais. Imagine o seguinte: Um atuador de válvula é o que se pretende para controlar o fluxo de um fluido através de uma válvula sem a rodar fisicamente de cada vez. Estes dispositivos automatizam o funcionamento das válvulas numa vasta gama de configurações, desde grandes centrais eléctricas a delicados processos laboratoriais. Existem diferentes tipos de actuadores de válvulas para diferentes aplicações e necessidades de controlo. No artigo de hoje, vamos analisar estes diferentes tipos de actuadores e explicar as principais diferenças entre eles e como escolher o mais adequado às suas necessidades específicas.
Se trabalha na produção de energia ou no controlo de fluidos, conhecer os diferentes tipos de actuadores de válvulas ajudá-lo-á a tomar uma decisão informada. E, afinal, escolher o atuador de válvula certo pode ajudar a melhorar a fiabilidade, reduzir os custos de manutenção e garantir que o seu sistema funciona bem. Por isso, vamos mergulhar de cabeça!
O que é um atuador de válvula?
Na sua essência, um atuador de válvula é um dispositivo mecânico que move automaticamente uma válvula para uma posição específica em resposta a um sinal de um sistema de controlo. Imagine-o como uma mão robótica que ajusta a sua válvula de controlo sem ter de fazer nada. A força e o movimento necessários para abrir ou fechar uma haste de válvula para controlar o fluxo de líquidos ou gás.
Cada tipo de atuador de válvula tem a sua própria finalidade e os seus próprios pontos fortes e fracos. Existe um atuador que se adequa às suas necessidades, quer necessite de uma ação rápida, de alta precisão ou da capacidade de funcionar a altas temperaturas.
Os actuadores de válvulas são geralmente classificados por tipo de movimento e fonte de alimentação. Conhecer estas classificações ajudá-lo-á a decidir que tipo de válvula actuadora é melhor para as suas necessidades específicas, quer se trate de movimento linear ou rotativo e se o atuador é alimentado por energia eléctrica, ar comprimido ou fluido hidráulico.
Classificação dos Actuadores de Válvulas por Tipo de Movimento: Rotativo vs. Linear
Os tipos de actuadores de válvulas são classificados principalmente com base no seu tipo de movimento: rotativo e linear. Esta classificação é básica para saber como funcionam os vários actuadores e que válvulas são adequadas para eles.
Os actuadores rotativos dão um movimento rotativo e são principalmente utilizados com válvulas de esfera, válvulas de borboleta e válvulas de obturador. Estes actuadores destinam-se a rodar a haste da válvula até um determinado grau, normalmente 90 graus, para abrir ou fechar a válvula. Os actuadores rotativos são utilizados pelo seu controlo preciso e tamanho compacto.
Os actuadores lineares, no entanto, proporcionam movimento em linha reta e ocupam menos espaço quando totalmente contraídos. Estes são utilizados com válvulas de globo, válvulas de gaveta e outras válvulas lineares na maioria das vezes. O controlo da abertura da válvula requer o movimento da haste da válvula em linha reta, o que é proporcionado pelos actuadores lineares. São capazes de produzir níveis elevados de pressão e são bem adequados para aplicações em que é necessário um fecho preciso.
A decisão sobre o tipo de atuador a utilizar, rotativo ou linear, depende do tipo de válvula e da aplicação que está a ser utilizada. Por exemplo, o atuador rotativo é adequado para controlar o caudal numa tubagem utilizando uma válvula de esfera, enquanto o atuador linear é adequado para operar uma válvula de gaveta numa estação de tratamento de água.
No entanto, é importante salientar que existem tipos de actuadores de válvulas mais desenvolvidos que podem gerar movimentos rotativos e lineares. Estes actuadores híbridos proporcionam maior flexibilidade e podem ser vantajosos em sistemas onde a flexibilidade é uma consideração importante.
Classificação dos Actuadores de Válvulas por Fonte de Energia
Os actuadores também podem ser classificados de acordo com a fonte de energia que utilizam. Vamos explorar as três categorias principais - actuadores pneumáticos, hidráulicos e eléctricos - e ver como se comportam de diferentes ângulos, incluindo os seus pontos fortes, pontos fracos e cenários de melhor utilização.
Actuadores pneumáticos: Rápidos, fiáveis e económicos.
O ar comprimido é utilizado como fonte de energia pelos actuadores pneumáticos. O princípio básico é utilizar um pistão ou um atuador de diafragma que se move em relação às alterações da pressão do ar. O pistão move-se quando o ar é introduzido na câmara do atuador e a válvula é acionada. Os actuadores pneumáticos de duplo efeito utilizam a pressão do ar para abrir e fechar a válvula, enquanto os de simples efeito utilizam o ar para uma direção e uma mola para o movimento de retorno.
Os actuadores pneumáticos têm a vantagem de um tempo de resposta rápido, simplicidade e fiabilidade. O acionamento rápido torna-os a escolha perfeita para aplicações de ciclo elevado. Isto deve-se à sua conceção simples, com menos peças móveis, o que significa que a vida útil e a manutenção serão demoradas. Os actuadores pneumáticos são também económicos em termos de investimento inicial e de despesas operacionais a longo prazo.
No entanto, estes actuadores têm as suas limitações. Requerem instalações de fornecimento de ar consistente, pelo que necessitam de um sistema de ar comprimido fiável. Em ambientes muito frios, existe a possibilidade de que a humidade nas linhas de ar congele e possa afetar o desempenho do atuador.
As válvulas de esfera, válvulas de borboleta e válvulas de obturador são frequentemente associadas a actuadores pneumáticos. Particularmente nas indústrias de processamento de alimentos e bebidas, fabrico de produtos químicos e produção farmacêutica, o funcionamento rápido e fiável destas válvulas é fundamental. Também se encontram em instalações de petróleo e gás, centrais eléctricas e instalações de tratamento de água.
Actuadores hidráulicos: Potência e precisão para aplicações pesadas
Os actuadores hidráulicos utilizam fluido hidráulico pressurizado para criar força e movimento. O princípio de funcionamento é que a bomba hidráulica pressuriza o fluido e este é desviado para o cilindro. Ao acionar a válvula, o pistão no cilindro move-se devido à pressão do fluido, puxando assim o pistão para a haste da válvula através de um pistão de ligação. Elevada produção de força combinada com um controlo preciso devido à incompressibilidade do fluido hidráulico.
A principal vantagem dos actuadores hidráulicos é a sua capacidade de gerar elevados níveis de força a partir de um pequeno conjunto. A sua elevada densidade de potência permite-lhes operar facilmente válvulas maiores ou válvulas sob pressão mais elevada. A incompressibilidade do fluido também torna os actuadores hidráulicos excelentes para o posicionamento de válvulas com excelente precisão. Em certas aplicações em que a eficiência energética é benéfica, podem manter a posição da válvula sem entrada contínua de energia.
No entanto, os sistemas hidráulicos são dispendiosos em termos de complexidade e custo do sistema, porque requerem uma unidade de potência hidráulica separada. As fugas de fluido hidráulico também podem ser um problema em ambientes onde a limpeza é importante, e existe também o potencial para fugas. Os sistemas hidráulicos requerem mais manutenção do que os outros tipos de actuadores.
As grandes válvulas de gaveta, válvulas de globo e válvulas de esfera são normalmente utilizadas com actuadores hidráulicos. São especialmente adequadas para aplicações pesadas nas indústrias petrolífera e do gás, mineira e de fabrico pesado. Os actuadores hidráulicos são utilizados em plataformas offshore, refinarias e sistemas de gestão de água em grande escala, onde são necessárias forças elevadas para operar válvulas em condições adversas.
Actuadores eléctricos: Simples, limpos e ideais para um controlo preciso
Um motor elétrico é utilizado para gerar a força necessária para acionar válvulas utilizando um atuador elétrico. Na maioria das vezes, o movimento de rotação do motor é convertido em movimento linear com a utilização de um sistema de engrenagens e um parafuso de avanço ou um sistema equivalente. A haste da válvula é então acionada para abrir ou fechar a válvula através deste movimento. A eletrónica de controlo avançada está incorporada em muitos actuadores eléctricos para um posicionamento e feedback precisos.
A sua capacidade de fornecer controlo e posição precisos, funcionamento limpo sem linhas de ar ou fluidos hidráulicos e fácil integração em sistemas de controlo modernos são as principais vantagens dos actuadores eléctricos. Geralmente, a automação de sofisticação suficiente com operação remota, e muitas vezes com feedback detalhado da posição da válvula e do estado operacional. Os requisitos de potência para os actuadores eléctricos também são flexíveis, estando os actuadores eléctricos disponíveis numa gama de tensões e potências nominais.
Os actuadores eléctricos, no entanto, têm algumas limitações. Podem ser necessários actuadores especiais à prova de explosão em atmosferas potencialmente explosivas, o que aumenta os custos. Os actuadores eléctricos não devem ser considerados como a seleção mais económica para válvulas muito grandes ou que exijam forças elevadas. Os actuadores eléctricos também dependem dos ciclos de funcionamento, sendo que alguns limitam o número de vezes que podem ser submetidos a ciclos sem sobreaquecimento.
Versáteis, os actuadores eléctricos podem ser utilizados com todos os tipos de válvulas, incluindo válvulas de esfera, válvulas de borboleta, válvulas de globo e válvulas de gaveta. Em particular, estes sistemas são muito bem utilizados em indústrias onde a limpeza é especialmente importante, como no fabrico de produtos farmacêuticos, no processamento de alimentos e no tratamento de água. Em sistemas HVAC, centrais eléctricas e instalações de processamento químico, onde o controlo preciso do fluxo e a integração com sistemas automatizados são importantes, os actuadores eléctricos são também amplamente utilizados.
Segue-se um resumo conciso das principais caraterísticas, vantagens e aplicações dos três principais tipos de actuadores de válvulas:
| Tipo de atuador | Princípio de funcionamento | Vantagens | Desvantagens | Tipos comuns de válvulas | Indústrias |
| Pneumático | O ar comprimido move o pistão/diafragma | Rápido, fiável e económico | Requer um fornecimento de ar constante | Esfera, borboleta, obturador | Alimentação e bebidas, química, farmacêutica |
| Hidráulico | O fluido pressurizado move o pistão | Saída de força elevada, precisa | Sistema complexo, potenciais fugas | Portão, globo, esfera | Petróleo e gás, minas, indústria transformadora pesada |
| Elétrico | O motor elétrico acciona o sistema de engrenagens | Controlo preciso, funcionamento limpo | Custo mais elevado para modelos à prova de explosão | Bola, borboleta, globo, portão | Farmacêutica, processamento de alimentos, AVAC, tratamento de água |
Como escolher o atuador de válvula certo para a sua aplicação
Escolher o atuador de válvula certo para a sua aplicação é também selecionar o atuador de válvula certo, mas considerando uma série de factores importantes para ajudar a garantir um desempenho e eficiência ideais.
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Requisitos de movimento e tipo de válvula: A primeira coisa a compreender é o tipo de válvula e o seu movimento. Por exemplo, as válvulas de esfera ou de borboleta com válvulas rotativas necessitam de actuadores que gerem uma saída de binário linear ou um movimento de rotação. Os actuadores para válvulas lineares, como as válvulas de gaveta ou de globo, têm de proporcionar o movimento linear de um pistão. O funcionamento sem falhas requer que o movimento do atuador esteja alinhado com a posição desejada da válvula.
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Potência Fonte Disponibilidade: Em seguida, avalie a fonte de alimentação disponível no seu local. Alguns actuadores necessitam de uma fonte de energia externa, como motores AC ou sistemas pneumáticos, enquanto outros são operados manualmente. Os actuadores manuais com um volante podem ser a melhor escolha se o local não tiver energia fiável. Para sistemas automáticos, pense em válvulas solenóides ou hidráulicas, dependendo da pressão de alimentação e dos requisitos do sistema.
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Binário e necessidades da força: Também é necessário determinar a quantidade de binário ou força que obriga a válvula a mover-se. Os actuadores têm diferentes níveis de força. Por exemplo, os actuadores de pistão podem suportar pressões mais elevadas e fornecer binário suficiente para operações pesadas. O atuador tem de fornecer força suficiente para gerir o caudal de fluido do processo e o tamanho da válvula, que tem de estar sujeita ao controlo do caudal e também tem de ser deflectida ao mínimo.
Ao prestar atenção a estes pontos-chave, pode escolher um atuador de válvula que corresponda perfeitamente às suas necessidades operacionais e que proporcione fiabilidade e eficiência a longo prazo.
Conclusão
O conhecimento dos tipos de actuadores de válvulas é essencial para um bom controlo do processo e um funcionamento eficiente da fábrica. Cada tipo de resposta, desde os actuadores pneumáticos aos actuadores hidráulicos de potência e à precisão dos actuadores eléctricos, tem as suas próprias vantagens em aplicações específicas.
Vinagre é um fabricante bem conhecido na indústria de válvulas eléctricas e pneumáticas com soluções inovadoras e produtos fiáveis. A Vincer tem anos de experiência no fornecimento de sistemas de actuadores robustos e económicos adequados a várias necessidades industriais. Visite o site da Vincer hoje para obter mais informações sobre como a Vincer pode ajudar as suas operações! Para conhecer os processos de fabrico avançados e as instalações de última geração da Vincer, veja o vídeo de visita à fábrica abaixo:
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