Atuadores de válvulas elétricas são dispositivos alimentados por eletricidade para mover ou controlar uma válvula.
Ao contrário dos atuadores pneumáticos, que dependem de ar comprimido (e, portanto, são suscetíveis a flutuações de pressão), os atuadores elétricos dependem de eletricidade, oferecendo controle mais consistente e preciso.
Isso os torna ideais para aplicações que exigem posicionamento preciso ou onde pequenas alterações de fluxo são importantes (como dosagem em processos químicos).
1. Como Atuadores de válvulas elétricas Trabalhar
Se você nunca ouviu falar de atuadores e está se perguntando como eles funcionam, eles são simplesmente dispositivos que convertem energia em movimento mecânico.
Atuadores de válvulas elétricas, especificamente, convertem energia elétrica para iniciar o movimento e posicionar a válvula.
O processo começa com um sinal de entrada, que pode ser digital (ligado/desligado) ou analógico (por exemplo, uma faixa como 4-20 mA). Este sinal informa ao atuador o quanto abrir ou fechar a válvula
Assim que o sinal é recebido, um motor elétrico dentro do atuador é ligado, gerando movimento.
Agora, esse movimento é tipicamente rápido, mas não poderoso o suficiente para mover diretamente válvulas industriais grandes e pesadas. mecanismo de engrenagem absorve e distribui o desgaste mecânico gerado, diminuindo a velocidade do motor e aumentando o torque.
Por fim, o movimento é aplicado à haste da válvula, que gira ou se move linearmente para ajustar a posição da válvula:
- Movimento rotativo: Envolve girar a haste da válvula, geralmente em 90° ou 180°, e é comumente usado com válvulas de esfera, borboleta e macho.
- Movimento linear: Envolve mover a haste da válvula em linha reta, o que é o caso das válvulas de gaveta ou globo que exigem movimento para cima e para baixo para regular o fluxo.
Observe que os atuadores elétricos avançados às vezes podem combinar esses movimentos ou converter movimento rotativo para movimento linear usando sistemas de engrenagens especiais.
2. Tipos de atuadores de válvulas elétricas
Atuadores elétricos lineares
Esses atuadores produzem um movimento em linha reta (para cima e para baixo ou para dentro e para fora). Mas, como funciona um atuador linear?
Esse movimento é tipicamente produzido por um mecanismo de parafuso de avanço ou parafuso de esfera, onde o motor gira o parafuso, movendo a haste para cima ou para baixo. Claro, a força de impulso (ou seja, a quantidade de força linear) precisa ser alta o suficiente para mover a haste da válvula efetivamente sem sobrecarregar o atuador.
Conforme discutido, um atuador de válvula linear é ideal para válvulas que exigem movimento linear, como válvulas globo e válvulas de gaveta pesadas.
Eles funcionam melhor nas seguintes áreas:
- Controle de fluxo preciso: Devido à sua capacidade de se mover em pequenos passos incrementais, os atuadores lineares oferecem controle preciso sobre a posição da válvula.
- Aplicações de serviço pesado: Elas são perfeitas para válvulas maiores que exigem força significativa para abrir e fechar (como válvulas globo para estrangulamento e regulação de fluxo).
- Aplicações industriais de alta precisão: Eles são predominantes em ambientes como estações de tratamento de água ou processamento químico.
No entanto, eles podem não ser adequados quando você estiver preocupado com o seguinte:
- Velocidade: Atuadores lineares tendem a operar mais lentamente em comparação aos atuadores rotativos e podem não ser ideais se o seu sistema exigir ciclos rápidos de válvulas.
- Requisitos de tamanho e espaço:Para válvulas muito grandes, o atuador precisa ser significativamente robusto, o que pode ocupar mais espaço e ser mais pesado.
Atuadores de válvula rotativa
Como o próprio nome sugere, um atuador de válvula rotativa produz movimento rotacional que gira a haste da válvula (normalmente em um ângulo específico), abrindo ou fechando a válvula.
Em vez da força de empuxo em que os atuadores lineares confiam, os atuadores rotativos exigem saída de torque. Isso se refere simplesmente à força rotacional que o atuador pode exercer para girar a haste da válvula.
Então onde eles são mais adequados?
- Sistemas de alta velocidade: Os atuadores rotativos são geralmente mais rápidos que os atuadores lineares em termos de abertura/fechamento de válvulas, o que é perfeito em oleodutos e gasodutos.
- Design compacto: Esses atuadores geralmente são mais compactos e leves, o que é vantajoso em espaços apertados, onde atuadores maiores seriam impraticáveis.
- Aplicações de uso geral: Eles são amplamente utilizados onde apenas uma amplitude limitada de movimento (geralmente 90°) é necessária, normalmente em aplicações que envolvem válvulas de esfera ou válvulas borboleta.
Voltando ao “giro por ângulos específicos”, os atuadores rotativos são divididos em duas categorias: atuadores multi-voltas e atuadores de um quarto de volta.
Atuadores multivoltas
UM atuador elétrico multivoltas é projetado para operar válvulas que exigem mais de uma rotação completa para mover de totalmente fechada para totalmente aberta. Dito isso, é comumente usado com válvulas de gaveta e válvulas globo.
As principais vantagens dos atuadores multivoltas incluem o seguinte:
- Capacidade de alto torque:Eles podem gerar uma quantidade enorme de força para girar hastes de válvulas maiores e mais pesadas.
- Adequado para fluidos espessos e tubulações de alta pressão: Quando a haste da válvula se torna difícil de girar devido à alta pressão ou meio viscoso, esses atuadores se destacam em manter uma operação confiável.
- Adequado para operações de serviço de modulação: Eles permitem ajustes incrementais precisos nas posições das válvulas, garantindo controle preciso da vazão ou da pressão sem o risco de ultrapassagem.
No entanto, eles também têm sua parcela de desvantagens, incluindo:
- Os atuadores multivoltas são geralmente maiores e mais pesados do que os atuadores de um quarto de volta, o que pode ser desvantajoso em ambientes com espaço limitado.
- Devido ao seu design, multi-turns não são os mais rápidos. Eles geralmente operam em um ritmo mais lento, tornando-os menos adequados para operações sensíveis ao tempo ou sistemas de emergência.
Atuadores de um quarto de volta
Ao contrário dos atuadores multivoltas que permitem rotação contínua, atuadores de um quarto de volta são mecanicamente limitados a 90°, o que permite uma atuação rápida da válvula, adequada para aplicações que envolvem válvulas de esfera, válvulas borboleta e válvulas macho.
Além da operação rápida, outras vantagens dos atuadores de um quarto de volta incluem:
- Design compacto: Seu tamanho menor em comparação aos atuadores multivoltas ou lineares os torna mais fáceis de integrar em áreas confinadas.
- Custo-eficácia: Eles geralmente são mais acessíveis devido ao seu design simples e amplitude de movimento limitada.
- Sem necessidade de manutenção: Com menos peças móveis e mecanismos autolubrificantes, eles podem ter desempenho máximo por longos períodos sem manutenção frequente.
No entanto, você não deve usá-los para aplicações de estrangulamento (eles são ruins com ajustes finos) ou quando estiver lidando com válvulas de grande porte que acomodam altas pressões ou grandes volumes de fluxo.
3. Componentes de atuadores de válvulas elétricas
Motor elétrico
Motores elétricos são os componentes principais do atuador, pois geram a força mecânica (movimento rotacional ou linear) necessária para mover as válvulas. Eles podem ser de um dos seguintes tipos:
- Motor CA: Adequado para aplicações pesadas que exigem desempenho estável.
- Motor CC: Predominante em aplicações compactas ou de baixa potência
- Servomotor: Usado em atuadores avançados
O motor de gaiola de esquilo, um tipo de motor CA, é comumente usado em ambientes industriais devido à sua durabilidade e necessidades mínimas de manutenção. Ele consiste em um rotor em forma de gaiola de esquilo, o que o torna simples e eficaz para operação contínua.
Para ambientes perigosos onde há risco de explosão, são utilizados motores à prova de explosão.
A potência nominal do motor (normalmente expressa em HP ou kW) determina a capacidade do atuador de lidar com diferentes tamanhos de válvulas e cargas pesadas.
Caixa de velocidades
A caixa de engrenagens transfere o movimento do motor para a válvula, convertendo a saída do motor de alta velocidade e baixo torque em movimento de baixa velocidade e alto torque necessário para operar a válvula.
O mais comum dos tipos é a caixa de engrenagens sem-fim, que tem uma estrutura semelhante a um parafuso, com uma rosca espiral que engrena com uma roda dentada (a engrenagem). Ela é autotravante, o que significa que quando o motor do atuador é desligado, a válvula permanece no lugar sem a necessidade de mecanismos de travamento adicionais.
Outro tipo é a caixa de engrenagens cônica, que tem formato cônico e dentes cortados em ângulo para permitir que as engrenagens se engrenem em um ângulo de 90 graus. Essas caixas de engrenagens são geralmente mais volumosas do que as caixas de engrenagens sem-fim, mas oferecem uma transferência de potência mais eficiente para certas aplicações.
Por fim, as caixas de engrenagens planetárias consistem em uma engrenagem central “solar”, que engrena com múltiplas engrenagens “planetárias” que orbitam ao redor dela, com uma engrenagem “anel” ao redor. A melhor coisa sobre elas? Elas são compactas, mas ainda podem produzir uma saída de alto torque (ou seja, alta relação torque-tamanho).
Mecanismo de Feedback
O mecanismo de feedback, frequentemente utilizando sensores, mantém o controle da posição da válvula conforme ela se move. Ele compara a posição do atuador com o sinal de controle enviado a ele e fornece atualizações em tempo real de volta para a unidade de controle para garantir que a válvula esteja na posição correta.
Os interruptores de limite desempenham um papel crucial aqui, fornecendo um sinal físico quando o atuador atinge sua posição totalmente aberta ou fechada.
O feedback pode vir em diferentes formas – analógico (por exemplo, usando potenciômetros) ou digital (por exemplo, usando codificadores), dependendo da complexidade e precisão necessárias.
Em alguns sistemas avançados, o mecanismo de feedback pode incluir autocalibração recursos, onde o sistema pode se ajustar e alinhar automaticamente, minimizando a intervenção manual.
Sensores de torque e empuxo
Esses sensores rastreiam a força rotacional (torque) ou a força linear (impulso) aplicada à válvula, ajustando o movimento do atuador para evitar sobrecarga ou danos à válvula ou aos componentes do atuador.
Além disso, o ciclo de trabalho é um fator importante ao monitorar a operação contínua desses sensores. Ele se refere a quanto tempo um atuador pode funcionar em carga total antes de exigir um período de resfriamento.
Unidade de controle
O sistema de controle do atuador ou a unidade processa o sinal de entrada e direciona o motor do atuador de acordo para mover a válvula para a posição desejada. Simplificando, ele age como o cérebro do atuador.
Para sistemas mais simples, a unidade de controle pode ser projetada para funcionar com interruptores básicos para comandos simples de ligar/desligar para o atuador.
Em sistemas mais sofisticados, a unidade de controle pode se conectar com Controladores Lógicos Programáveis (PLCs). Os PLCs permitem que você controle vários atuadores de uma vez, lide com tarefas mais complexas e conecte o sistema do atuador a outras partes da planta para um controle geral suave.
Com um CLP, você também pode acessar recursos inteligentes como monitoramento de desempenho, solução de problemas remota e manutenção programada, bem como integração com ecossistemas de IoT.
No entanto, o controle local continua valioso, pois permite que os operadores ajustem manualmente as configurações do atuador diretamente no local.
Mecanismo de substituição manual
Este é um método de controle de backup que permite que você manipule manualmente o atuador em caso de mau funcionamento (ou seja, quando sintomas de atuador ruim estão presentes) ou quando o controle automatizado não estiver disponível. Como resultado, as operações podem continuar mesmo se o sistema automatizado falhar.
Mecanismo de segurança contra falhas
Este é um recurso de segurança projetado para colocar o sistema automaticamente em um estado seguro em caso de falha, como perda de energia ou mau funcionamento de um componente.
Quando o fornecimento de energia falha, os sistemas de bateria reserva fornecem energia ao atuador, enquanto mecanismos de retorno por mola mova automaticamente a válvula para uma posição padrão ou segura, como totalmente aberta ou totalmente fechada.
Conclusão
Agora, você pode ver como os atuadores de válvulas elétricas são essenciais para o monitoramento preciso das válvulas e, o mais importante, para garantir a segurança das operações e de todos no ambiente de trabalho.
Se você quiser saber mais sobre atuadores elétricos e como eles podem se encaixar em seu projeto atual, sinta-se à vontade para ligue para nós e fale com um dos nossos especialistas.
