Principais Falhas em Válvula de Controle
Muitas vezes nos deparamos com válvula de controle instalada no processo porém, ao acompanhar o seu funcionamento verificamos que não está funcionando corretamente.
Quando nos deparamos com uma válvula de controle que não funciona corretamente por melhor que seja o nosso controlador e a estratégia de controle adotada a malha de controle certamente não apresentará o resultado esperado.
Pensando nos problemas invisíveis mais comuns que nos deparamos nas válvula de controle estaremos apresentando um resumo abordando as suas características.
Falhas de válvulas de controle
Falhas comuns relacionadas a válvulas de controle são
- Dimensionamento da válvula
- Não-linearidade
- Banda morta
- Fricção estática
Dimensionamento da válvula:
Para o bom funcionamento da válvula o principal cuidado que precisamos tomar é com o dimensionamento da válvula porque esse é na maioria dos casos os principais desvios encontrado quando olhamos para uma malha de controle porque os demais componentes dessa malha quando apresenta um desvio ou até mesmo quando foi dimensionado erroneamente pode ser facilmente corrigido.
O superdimensionamento da válvula afeta a variabilidade do processo de duas maneiras.
válvula superdimensionada
- A válvula superdimensionada na maioria das vezes irá operar com aberturas muito pequena, operando em uma região da válvula onde a fricção da vesdação costuma ser maior tendo ainda o agravante de ser uma região da a válvula não responde as características esperadas pelo controle.
- Uma válvula superdimensionada tende a agir mais como uma válvula de abertura rápida, embora seja definida um outra características inerentes à válvula.
Banda morta:
É uma região da válvula que ela não obedece os comandos, age como se houvesse uma folga entre o comando enviado pelo controlador e a posição da válvula. As mudanças de sinal enviando pelo controlador precisa vencer a folga( banda morta) para que se inicie o deslocamento físico da válvula
Na maioria das vezes a banda morta é causada pelas folgas em um mecanismo causadas por lacunas entre as partes com folga mecânica ou folga em ligações mecânicas.
Podendo ainda ser causadas por outras condições como:
- Atrito excessivo na válvula,
- Atuador subdimensionado,
- Posicionador com defeito.
Esse efeito é conhecido como folga mecânica sendo mais comum de ser encontradas em válvulas rotativa em função do acoplamento do eixo ou da necessidade de transladar do movimento vertical para o rotativo.
Em válvulas rotativas , pode ocorrer o escorregamento do eixo, onde o eixo do atuador torce, mas a esfera ou disco não se move devido ao alto atrito das superfícies de vedação. Algumas vezes encontramos situações em que, a esfera ou disco se solta e movendo-se para uma nova posição.
Esse é um efeito que pode gerar esse efeito independente o tipo de posicionandor , Isso acontece porque torna-se impossível medir a posição do eixo do atuador em relação ao deslocamento real da esfera ou disco. Como o desvio aconteceu em um erro de posição da esfera ou do disco o indicador de posição que está fixo no eixo continuará indicando que tudo está comparativamente OK.
Observe que e não seja confundido com o termo Histerese, pois a banda morta e a histerese são diferentes.
Fricção estática:
Outro problema muito comum encontrado em malhas de controle é o atrito estático. Esticção é a abreviatura de atrito estático e significa que a parte interna da válvula fica prendendo com dificuldade de se mover. Quando uma válvula com atrito para de se mover, ela tende a ficar presa apenas nessa posição. Então, força extra é necessária para superar o atrito.
Mesmo quando o controlador continua a mudar sua saída a válvula se mantem na mesma posição, necessitando que o posicionador aplique uma pressão adicional no atuador para vencer o atrito estático gerando o deslocamento na válvula.
Considerando o excesso de pressão aplicado ao posicionador quando a válvula se desloca passa do ponto rapidamente, ultrapassando a posição esperada. O movimento da válvula admite rapidamente o excesso de pressão e, muitas vezes, a válvula ultrapassa sua posição esperada. Após o deslocamento excessivo a válvula para em uma nova posição fora do ponto esperado. Esse overshoot (desvio) na posição da válvula faz com que o processo ultrapasse do seu ponto de ajuste. Com isso a saída do controlador ( PLC+ posicionador) inverte a direção de comando e todo o processo se repete na direção contraria, aumentando cada vez mais o distúrbio no processo.
Grafico
Esse distúrbio oscilante é chamada de ciclo stick-slip, quando essa oscilação em loop é caudada por atrito estático, forçando a um ciclo de saída do controlador se assemelhar com uma onda de dente de serra, enquanto a variável de processo pode se assemelhar a uma onda quadrada ou senoidal irregular.
Como evitar atrito na embalagem da haste da válvula?
O stick-slip normalmente começa com a fricção no engaxetamento da haste ou nas superfícies de vedação da gaxeta
O aperto excessivo da gaxeta, gaxeta de alta temperatura (por exemplo, grafite), tipos mais antigos de gaxeta ambiental, vedação de disco e esfera de fechamento e baixo ganho ou designs de posicionador de carretel criam mais stick-slip.
O atrito da vedação da haste pode ser reduzido usando
1. Material de gaxeta
2. Número de anéis de gaxetas
3. Carga aplicada a gaxeta
Grafite e material PTFE são usados para embalagens de baixa compressão.
- Embalagem de grafite acima de 200 graus C
- Embalagem de PTFE abaixo de 200 graus C.
Um número apropriado de embalagens para equilibrar o atrito e o vazamento.
O aperto excessivo da porca da gaxeta pode causar atrito excessivo.
Não-linearidade:
Uma válvula inadequadamente selecionada com característica de fluxo inerente resultará em uma característica de fluxo instalada não linear. O resultado é um sistema que será muito difícil ou mesmo impossível de ajustar para uma resposta rápida e estável em toda a faixa de fluxo necessária.
Por outro lado, uma válvula com características de fluxo inerentes devidamente selecionadas produzirá uma característica de fluxo instalada linear, ou quase linear, tornando muito fácil ajustar o sistema para uma resposta muito rápida e estável em toda a faixa de fluxo necessária.
Calibração válvula de controle