Como funciona Posicionador eletropneumático de Válvulas.
O objetivo de um posicionador de válvula é garantir que a posição da válvula mecânica corresponda ao sinal de comando o tempo todo.
Assim, um posicionador de válvula é, na verdade, um sistema de controle de circuito fechado por si só: aplicando pressão necessária ao atuador mantendo a posição da haste da válvula na posição comandada.
Alguns posicionadores utilizam alavancas e outros componentes físicos para retornar ao sistema de controle do posicionador a posição que a haste da válvula se encontra permitindo assim o controle em circuito fechado(controle de loop fechado). Os posicionadores eletrônicos de válvula, como o modelo Fisher Fisher DVC 6000, usam um sensor eletrônico para detectar a posição da haste da válvula, um microprocessador para comparar essa posição detectada da haste com o sinal de controle por subtração matemática (erro = posição – sinal), depois um conversor de sinal pneumático e relé (s) para enviar pressão de ar para o atuador da válvula.
Posicionadores eletrônicos de válvulas
Um diagrama simplificado de um posicionador eletrônico genérico de válvula é mostrado aqui:
O posicionador tem como pode ser visto no diagrama acima, não é um simples controlador esse sistema é na verdade um dispositivo que apresenta uma nível de complexidade um pouco maior. Nos posicionadores eletrônicos “inteligentes”. possui muito mais que dois um ou dois algorítimos de controle trabalhando juntos para manter a válvula na posição correta.
O posicionador possui dois sistemas que fazem o monitoramento sendo:
- Um monitoramento e controle aplicado ao atuador, sistema esse que compensa as alterações na pressão de suprimento de ar que poderiam afetar a posição da válvula.
- a outra posição de monitoramento e controle da haste propriamente dita, enviando um sinal de controle em cascata para os componentes de controle de pressão.
O sinal de comando (enviado do controlador de loop de processo, PLC ou outro sistema de controle) informa ao posicionador onde a haste da válvula deve ser posicionada. O primeiro controlador dentro do posicionador (PI) calcula quanta pressão de ar no atuador deve ser necessária para alcançar a posição da haste solicitada.
O próximo controlador (PID) aciona o conversor de I / P (corrente em pressão) o quanto for necessário para atingir essa pressão.
Se alguma coisa fizer com que a haste da válvula não esteja na posição comandada, os dois controladores dentro do posicionador trabalharão juntos para forçar a válvula a sua posição correta.
Os posicionadores eletrônicos de válvula não apenas alcançam controle de posição superior quando comparados aos posicionadores mecânicos de válvula, mas sua variedade de sensores e capacidade de comunicação digital fornecem um novo nível de dados de diagnóstico tanto para o pessoal de manutenção quanto para o sistema de controle de supervisão (se programado para monitorar e agir em esses dados).
Exemplos de dados de diagnóstico fornecidos por posicionadores eletrônicos incluem:
- Pressão do ar de alimentação
- Pressão do ar do atuador
- Temperatura ambiente
- Erros de posição e pressão
- Curso total da haste da válvula
Além disso, o microprocessador embutido em um posicionador eletrônico de válvula é capaz de executar autotestes, auto calibrações e outros procedimentos de rotina tradicionalmente executados por técnicos de instrumentos em posicionadores mecânicos de válvulas.
O acesso a medições como o deslocamento total da haste da válvula permite que um posicionador eletrônico calcule de maneira previsível o tempo de desgaste da gaxeta, sinalizando automaticamente um alarme de manutenção notificando os operadores e / ou técnicos de instrumentos quando a gaxeta da haste da válvula precisar ser substituída!
Uma capacidade útil de alguns posicionadores de válvula “inteligentes” – já que monitoram a pressão do ar do atuador além da posição da haste – é a capacidade de manter um grau confiável de controle da válvula no caso de uma falha no sensor de posição da haste.
Calibração do posicionador inteligente utilizando configurador hart e programa Valv Link da Emerson
https://www.youtube.com/watch?v=zYp0ZtVzayU
Se o microprocessador detectar um sinal de feedback de posição com falha (fora de escala), pode ser programado para continuar operando a válvula com base apenas na pressão: ajustando a pressão do ar aplicada ao atuador da válvula de acordo com a função de pressão / posição registrada no passado.
Embora não funcione mais estritamente como posicionador, uma vez que não consegue detectar a posição da haste da válvula, ele ainda pode desempenhar seu papel de intensificador de volume (em comparação com a capacidade de fluxo de uma I / P típica) e fornecer um controle razoável sobre a válvula onde qualquer outra O posicionador de válvula (não inteligente) na verdade pioraria a situação no caso de perder o feedback da posição da haste.
Com qualquer posicionador puramente mecânico, a válvula de controle normalmente “satura” ou totalmente aberta ou totalmente fechada se o elo de feedback da posição da haste cair. Não é assim com os melhores posicionadores “inteligentes”!
Talvez os dados de diagnóstico mais significativos fornecidos por um posicionador eletrônico sejam a comparação da pressão do atuador versus a posição da haste, geralmente expressa na forma de gráfico.
A pressão do atuador é um reflexo direto da força aplicada pelo atuador à haste da válvula, uma vez que a relação entre força e pressão para um pistão ou diafragma é simplesmente F = PA, onde a área (A) é constante.
Assim, uma comparação entre a pressão do ar do atuador e a posição da haste é realmente uma expressão da força versus posição da válvula.
Essa chamada assinatura da válvula é incrivelmente útil na identificação e correção de problemas como atrito excessivo da gaxeta, interferência da guarnição da válvula e problemas de encaixe do encaixe / sede.
Uma captura de tela mostrando uma “assinatura de válvula” (tirada de um produto de software da Emerson chamado ValveLink, como parte de seu pacote AMS) aparece aqui, mostrando o comportamento de uma válvula globo de corpo E Fisher da Air-to-open:
https://www.youtube.com/watch?v=ztbg6dW8E9I
Dois gráficos de pressão do atuador versus posição da haste são mostrados neste gráfico, um vermelho e um azul.
O gráfico vermelho mostra a resposta da válvula na direção da abertura, onde é necessária pressão adicional para superar o atrito da gaxeta à medida que a válvula se abre (para cima).
O gráfico azul mostra a válvula ao fechar, menos pressão aplicada ao diafragma agora para permitir que a compressão da mola supere o atrito da gaxeta à medida que a válvula se move fechada (para baixo) ao seu estado de repouso.
As curvas acentuadas em cada extremidade deste gráfico mostram onde a haste da válvula atinge suas posições finais e não pode se mover mais, apesar de outras alterações na pressão do atuador.
Cada gráfico é aproximadamente linear, de acordo com a Lei de Hooke, que descreve o comportamento da mola da válvula, onde a força aplicada a uma mola é diretamente proporcional ao deslocamento (compressão) dessa mola: F = kx.
Qualquer desvio de um único gráfico linear indica alguma outra força (s) além da compressão da mola e da força pneumática que atuam na haste da válvula.
É por isso que vemos duas plotagens deslocadas verticalmente uma da outra: o atrito da gaxeta é outra força que atua na haste da válvula, além da compressão da mola e a força exercida pela pressão do ar no diafragma do atuador.
A magnitude relativamente pequena desse deslocamento, bem como sua consistência, indica que o atrito da gaxeta nessa válvula é “saudável”. Quanto maior o atrito da gaxeta que a válvula experimenta, mais deslocadas verticalmente serão as duas parcelas.
A curva acentuada para baixo na extremidade esquerda do gráfico onde o obturador da válvula entra em contato com a sede é chamada de perfil da sede.
Localizado no final do gráfico em que a válvula é fechada, o perfil da sede contém muitas informações úteis sobre as condições físicas do obturador e da sede.
Como essas peças de acabamento se desgastam em uma válvula de controle, a forma do perfil da sede muda de acordo. Perfis irregulares de assentos podem diagnosticar erosão, atrito ou várias outras doenças.
Ao aumentar o zoom na extremidade inferior esquerda do gráfico de assinatura da válvula, o perfil da sede pode ser examinado em detalhes.
Um perfil de assentamento retirado de uma válvula globo Fisher E-body em bom estado aparece aqui:
Se a equipe de manutenção de uma instalação específica for diligente o suficiente para registrar as assinaturas de válvulas de suas válvulas de controle após a montagem ou reconstrução, a assinatura “original” de qualquer válvula de controle específica poderá ser comparada com a assinatura da mesma válvula de controle tomada posteriormente. data, permitindo determinações qualitativas de desgaste sem ter que desmontar as válvulas para inspeção.
Curiosamente, essa relação de pressão (força) do atuador com a posição da haste também está disponível nos posicionadores eletrônicos usados com algumas válvulas modernas com acionamento elétrico.
No caso de um atuador elétrico, a força aplicada à haste da válvula está diretamente relacionada à corrente do motor, que é facilmente medida e interpretada pelo posicionador eletrônico.
Assim, mesmo com uma tecnologia de atuador diferente, o mesmo tipo de dados de diagnóstico pode ser apresentado em forma gráfica com o objetivo de diagnosticar mais facilmente os problemas da válvula.
Esses diagnósticos aplicam-se até a abrir / fechar válvulas acionadas por motor que não são usadas no serviço de estrangulamento e são especialmente úteis em válvulas de fechamento tipo bujão, bujão e esfera onde o engate da sede é substancial para uma vedação apertada.
https://www.youtube.com/watch?v=mrx9l4iBcK0