Cada vez mais os processos de fabricação exigem níveis maiores de segurança, desta forma para garantir maior segurança são realizados estudos elencando o grau de criticidade dos equipamentos no processo de fabricação. Quando maior o grau de criticidade o nível de segurança se torna mais elevado exigindo que o Sistema Instrumentado de Segurança (SIS), envolvendo que toda malha tenha grau de segurança aumentada.
O objeto de estudo desse artigo estaremos nos limitando as válvulas solenoides (SOV) que são os dispositivos usadas para abrir/fechar as válvulas automáticas tipo On/Off(liga/desliga ou abre/fecha) esse dispositivo parte vital apara garantir o funcionamento das válvulas que desempenham um papel crítico de bloqueio de emergência como exemplo podemos citar SDV(Válvula Shutdown – Desligamento de Processo, interrompe o processo em caso de falha na unidade), BDV(Válvula de desligamento porém projetada para “despressurizar o vaso de pressão) , ADV(Válvula de dilúvio), nestes casos em particular as válvulas precisam ser projetadas e operadas com cuidados especiais que garantam confiabilidade das manobras assim como condição seguras em caso de falhas.
Para que serve uma Válvula Solenoide?
Válvulas solenoides são considerados elementos de controle/acionamento usados com mais frequência em plantas de processo. Podendo ser utilizado nas mais diversas aplicações sendo as mais comuns para acionamento/comando de atuadores de válvulas de diâmetros maiores, o que não as impedem de serem utilizadas para outras aplicações como controle: abrindo, fechando, dosando, distribuindo ou misturando fluidos gasosos ou líquidos.
Por esse motivo, as válvulas solenoides são encontradas em muitas áreas de aplicação com diferentes tipos aplicações e funções.
Requisitos e detalhes SIS(Sistemas Intrumentados de Segurança) SOV(Válvula solenoide)
- As válvulas solenoides estão entre os componentes mais comuns dos sistemas de segurança. As válvulas solenoides são comumente usadas para permitir que o ar de instrumentação pressurize e realize o escape (ventilar) do atuador de uma válvula para mover a válvula associada para um estado seguro e determinado para correto funcionamento do equipamento.
- Os sinais típicos para acionamento das válvulas solenoides (SOB) resumem-se basicamente em três que são: Elétrica, Pneumática e Hidráulica.
- Os solenoides SIS normalmente movem uma válvula para um estado seguro, liberando a pressão quando um circuito de “Trip(alarme-desligamemto)” envia comando desligar o sistema (DTT -de-energize-to-trip) ou aplicando pressão quando um circuito de “Trip” envia comando para ligar(acionar o sistema) (ETT- Enegize-to-trip).
- Os solenoides SIS mais comuns são a variedade de três vias (portas), ação dupla (3/2), normalmente fechada (NC) usada no ar de ventilação do circuito DTT e válvula de movimento para a ação de segurança desejada ETT.
- As válvulas solenoides mais recentes vêm com recursos de comunicação usando tecnologia inteligente.
Estilo de Construção da Válvula Solenoide
Os três tipos gerais de válvulas solenoides são os seguintes
- Modelo êmbolo ou gatilho, o êmbolo é movido diretamente usando um solenoide eletromagnético para controlar o fluxo de ar através direcional.
- Tipo de diafragma para controlar o fluxo de ar através do solenoide.
3. O tipo de carretel cilíndrico com portas se move para controlar o fluxo de ar através do solenoide.
Dentro os tipos de válvulas tipo mais comum desse tipo de válvula é o acionado eletricamente como comandos direcionais pneumáticos.
Cálculo de Risco/Segurança da Válvula Solenoide
Quando usado como um componente em um sistema de segurança, a probabilidade de falha na média de demanda (PFDavg) e a taxa de desarme espúrio (STR) de um conjunto de solenoide são parâmetros-chave do projeto.
As versões de equações simplificadas das equações PFDavg de baixa demanda para arranjos de solenoides comuns, que mostram os contribuintes significativos para PFDavg e STR para solenoides, são dadas como
Para (1oo1), PFDavg = λ DU x Ti/2
Taxa de disparo espúrio (STR) = λ SU
(1oo1) =
λ DU = taxa de falha perigosa não detectada
λ SU = taxa de falha segura não detectada
Considerações de segurança da válvula solenoide SIS
- Especificação de temperatura ambiente superior e inferior do solenoide,
- Capacidade da taxa de exaustão do solenoide (que afeta o tempo de resposta da válvula),
- Classificação de área – Use tela em áreas empoeiradas,
- Potência de trabalho – SOVs de baixa potência são preferidos para serem usados em SIS.
Geralmente operam com 24V DC e 120V AC.
- Materiais de Construção,
- Taxas de falha e vida útil.
Vida Útil da Válvula Solenoide
A vida útil é um parâmetro fundamental para qualquer dispositivo. O manual da Emerson (Asco) sobre solenoides no SIS lista a vida útil do solenoide como 3 a 10 anos.
De acordo com o Efeito do Modo de Falha e Análise de Diagnóstico (FMEDA) para solenoides, a vida útil de um solenoide é de 30.000 horas para a bobina e 10 anos para o conjunto da válvula solenoide
Métodos para melhorar a vida útil da válvula solenoide
- Um sistema solenoide bem projetado pode prolongar a vida útil do solenoide e fornecer um serviço confiável a longo prazo. As previsões de vida útil da FMEDA são normalmente baseadas em ar limpo e uma temperatura ambiente de 40 ºC (101 ºF).
- A instalação do solenoide deve atender à classificação de área (normalmente NEMA 4 no mínimo);
- É preferível considerar a proteção contra surtos em solenóides maiores.
- A redundância também é uma consideração de projeto e os esquemas de redundância comuns são 1oo2, 2oo2 e 2oo3. Em sistemas hidráulicos, às vezes são usados esquemas de redundância 2oo4.
- Os esquemas de redundância de solenoide 2oo2D (para diagnóstico)/1oo1HS(hot-standby-para standby a quente ), 2oo2, 1oo2 e 2oo3 também estão disponíveis com arranjos de teste.
Referências de válvula solenoide Emerson ASCO
Válvulas solenoides ASCO Série 316
Válvulas solenoides ASCO série 551
Válvulas SOV Melhorando a Confiabilidade da Planta
Para melhorar a confiabilidade, as válvulas SIS integradas à tecnologia solenoide devem ser projetadas para reduzir a degradação térmica
Sistemas de válvula piloto SOV a serem construídos com redundância integrada para eliminar pontos únicos de falha.
Os SOVs de bobina redundante melhoram a disponibilidade da válvula e permitem manutenção on-line e testes automatizados para evitar disparos espúrios que causam interrupções no processo.
Detalhes de Falha da Válvula solenoide
Abaixo estão as possíveis falhas das válvulas solenoides, deve-se tomar cuidado adequado para superar isso.
- Vazamento/falha do escapamento piloto
- Suprimento de ar do piloto sujo
- Bobina em curto/falha
- Problemas de qualidade do ar
- Vazamento de ar do instrumento
- Mola mecânica quebrada
Conclusão
Sendo esses dispositivos essenciais para o correto funcionamento dos sistemas de acionamento e controle SIS, devemos redobrar a atenção e os cuidados quando nas escolha e nos cálculos entre outros fatores descrito acima de forma a garantir operação tranquila dos processos.
- “Asco Solenoid Valves used in Safety Instrumented Systems,” I&M V9629R2
- “Improving Reliability & Safety Performance of Solenoid Valves by Stroke Testing,” Loren L. Stewart, Julia V. Bukowski, Ph.D, & William M. Goble, Ph.D., exida
- Asco Pneumatic Symbols,
- http://www.asconumatics.eu/images/site/upload/_en/pdf1/00482gb.pdf
- “Effective Compliance with IEC 61508 When Selecting Solenoid Valves for Safety Systems,” by David Park and George Wahlers (Asco whitepaper)
- “Optimizing Power Management in Solenoid Valves,” Stephen Glaudel (Asco whitepaper)
- ISA TR84.00.02, “Safety Integrity Level (SIL) Verification of Safety Instrumented Functions.”
- Control Global
https://www.controlglobal.com/manipulate/valves/article/11296984/application-fundamentals-of-safety-solenoids