Escolha de um atuador: Fatores e considerações

Embora normalmente o componente mais comum e mais discutido de qualquer sistema de processo seja a válvula, um componente igualmente crítico, mas muitas vezes mal compreendido e, às vezes, até negligenciado, é o atuador. Seja uma simples válvula manual, uma válvula de controle de fluxo de serviço severo ou uma válvula de isolamento on/off crítica, os engenheiros e fornecedores passam horas discutindo, especificando e projetando pacotes de válvulas que possam suportar uma série de fatores para a operação. Da mesma forma, há uma variedade de fatores que os engenheiros e especificadores devem considerar ao escolher uma produção de atuação para automatizar essas válvulas.

A seguir, você encontrará uma lista não exaustiva que analisa algumas dessas considerações importantes:

• Aplicativo
• Esquema do sistema de controle
• Confiabilidade e criticidade dos ativos
• Custo

Aplicação – O que estamos tentando realizar no sistema com essa válvula? Trata-se de um loop de controle de fluxo, uma válvula de isolamento ou proteção da bomba? Quais são os fatores no processo, como pressão, temperatura e taxas de fluxo necessárias para a aplicação? Embora essas questões sejam normalmente consideradas na especificação de uma válvula, ainda é fundamental entender como elas podem afetar o desempenho de um atuador. Por exemplo, se um atuador for subdimensionado e não for especificado corretamente para a válvula e as variáveis do processo, ele pode não ter a quantidade adequada de força para fechar totalmente a válvula, resultando em um controle de processo não confiável.

Esquema do sistema de controle – Como o sistema de controle interagirá com o atuador? O atuador utilizará ar ou eletricidade para operar? Haverá um sinal de controle na forma de uma saída de relé e solenoide ou um sinal de 4-20 mA para um controlador? Quais requisitos de feedback são necessários para o atuador? Por exemplo, um sinal de feedback na forma de 0-10 volts para verificar a posição da válvula de volta para o PLC.

Confiabilidade e criticidade dos ativos – Outro resultado negativo da escolha do atuador errado é a perda de repetibilidade no controle. O atuador errado pode funcionar em uma aplicação por um curto período, mas se essa válvula não girasse devido a um mau funcionamento do sistema, que impacto isso teria sobre o processo, os funcionários ou o meio ambiente? Que medidas a unidade precisa tomar em caso de perda de controle ou de energia? Entender como a válvula, o atuador e todos os controles funcionam juntos é fundamental para o sucesso. Além disso, existem requisitos legais, códigos ou normas que exigem um nível ou desempenho específico? Os regulamentos e as certificações variam de acordo com os setores e as aplicações.

Custo – Embora esse não seja o único fator decisivo, todo engenheiro deve considerar o orçamento geral do projeto ao fazer a seleção do atuador. Embora haja a consideração do custo do investimento inicial, há também a necessidade de operar e manter um ativo durante seu ciclo de vida. Dependendo do consumo de ar ou eletricidade e do custo de manutenção e reparo, um benefício de custo inicial mais baixo pode ser perdido ao longo do tempo quando se tenta resolver problemas com uma “unidade com problemas”.

Todo atuador deve cumprir, no mínimo, as seguintes finalidades funcionais:

1. Os atuadores processam a entrada de controle para mover o membro de fechamento da válvula – seja esfera, disco ou plugue – para um local de deslocamento desejado; eles devem ser capazes de manter o membro de fechamento nessa posição de forma confiável até que o sinal de controle mude. Em um atuador pneumático, isso é obtido com a aplicação de ar a um diafragma ou pistão para mover a válvula. Os posicionadores pneumáticos e eletropneumáticos são formas comuns de converter pequenos sinais pneumáticos ou eletrônicos para serviço de modulação. Um atuador elétrico recebe um sinal de controle de uma alteração na tensão, corrente ou resistência e responde utilizando um motor elétrico e um trem de engrenagens para converter a força rotacional em torque ou impulso.
2. Ao fechar ou abrir totalmente uma válvula de fechamento, os atuadores devem ter o torque ou o impulso disponível para proporcionar o fechamento desejado e o torque de ruptura disponível para mover o membro de fechamento para fora da sede. Nos atuadores pneumáticos, a quantidade de torque depende do tamanho da superfície que recebe o ar de alimentação, como um pistão, e da pressão aplicada, normalmente medida em psi. Os atuadores elétricos utilizam o tamanho do motor e a relação de engrenagem para obter saídas de torque e velocidade.
3. Os atuadores devem operar a válvula em uma velocidade necessária para obter os melhores resultados para o processo, reduzindo o desgaste mecânico e garantindo o ciclo de vida mais longo possível para o conjunto. A aplicação de uma grande quantidade de força, de forma rápida e repetida, causará danos à válvula e ao atuador se não for especificada corretamente. Em uma aplicação pneumática, pode ser necessário aumentar o tamanho do atuador para garantir que mais potência esteja disponível, ou acessórios de controle especializados, como posicionadores, solenoides, boosters ou exaustão rápida, podem ser empregados para aumentar os tempos de ciclo. A velocidade de um atuador elétrico pode ser manipulada de algumas maneiras. Alguns atuadores têm placas eletrônicas que manipulam a saída de velocidade, mantendo o torque constante. Outros atuadores precisam ser montados com a relação de engrenagem e as configurações de motor adequadas, limitando esse ajuste a puramente mecânico.
4. Os atuadores devem ter algum nível de segurança contra falhas – seja falha fechada, falha aberta ou falha na posição – e devem ser capazes de manter essa posição até que a operação normal do processo possa ser retomada. Em um sistema pneumático, esse requisito tem níveis variados de complexidade, que dependem do requisito de segurança. A opção mais comum é uma unidade de retorno por mola que força o atuador a abrir ou fechar quando há perda do ar de alimentação ou do sinal de controle. Essa é a opção mais comum e mais amplamente usada em aplicações industriais. Às vezes, pode ser necessário adicionar acessórios extras, como um tanque acumulador, solenoides especializados e relés pneumáticos para fornecer ar às unidades sem mola ou atender aos requisitos de falha na posição. Em um atuador elétrico, bateria ou capacitor, as falhas são soluções bastante comuns. Uma bateria, um banco ou um capacitor armazenam energia e a fornecem conforme necessário quando a energia ou o sinal de controle é perdido. A tensão mecânica do motor e do trem de engrenagens mantém a válvula no lugar até que a energia seja restaurada.

Analisar a variedade de tecnologias de atuadores e opções de controle disponíveis para selecionar o pacote certo pode parecer uma tarefa assustadora. Na Asahi/America, estamos prontos e dispostos a ajudar você com qualquer dúvida que tiver.

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A Asahi/America tem uma linha impressionante de produtos de atuação que combinam perfeitamente com nossas válvulas termoplásticas, mas nossa experiência não termina aí. Nosso atuador elétrico Série 92 tem tido o mesmo sucesso nos setores mencionados acima, no campo petrolífero e em outras aplicações de válvulas metálicas.

Os engenheiros estão procurando fornecedores que ofereçam tecnologias e equipamentos que não apenas atendam à finalidade básica de controle de processos em suas instalações, mas também fornecedores que ofereçam mais recursos e benefícios que maximizem a produtividade, aumentem os resultados e resolvam problemas que contribuam para a perda de tempo de atividade e lucratividade.

A Asahi/America lançou recentemente o atuador elétrico Série 19 que ajudará a preencher essa lacuna para nossos clientes e a guiá-los para o próximo nível de confiabilidade e sucesso de atuação.

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AVISO DO EDITOR: Observe que as informações contidas neste artigo são apenas para fins educacionais e não substituem nenhuma informação técnica ou especificação de produto da Asahi/America.
Consulte o departamento técnico da Asahi/America pelo telefone 1-800-343-3618 ou pelo site [email protected] sobre todas as aplicações de produtos no que diz respeito à seleção de materiais com base na pressão, temperatura, fatores ambientais, produtos químicos, mídia, aplicação e muito mais.