O que é um atuador pneumático de diafragma de válvula de controle
O que é um atuador de diafragma?
Por si só, as válvulas não podem controlar um processo. As válvulas manuais exigem que um operador as posicione para controlar uma variável do processo. Válvulas que devem ser operadas remotamente e automaticamente requerem dispositivos especiais para movê-las. Esses dispositivos são chamados de atuadores.
Os atuadores podem ser solenóides ou motores pneumáticos, hidráulicos ou elétricos.
Os atuadores de diafragma são operados pneumaticamente e utilizam um suprimento de ar do sistema de controle ou de outras fontes. Atuadores de diafragma são normalmente usados para válvulas de controle, que são um tipo de válvula globo normalmente usada para regular o fluido a fim de ajustar algumas variáveis do processo, como pressão, temperatura ou vazão. Os atuadores de diafragma são usados em todos os setores da indústria de petróleo e gás, exceto submarino. Os estilos mais comuns de atuadores de diafragma são conhecidos como “ação direta” e “ação reversa”.
Atuadores pneumáticos de diafragma
Um diagrama simplificado de um atuador pneumático. Ele opera por uma combinação de força criada pelo ar e pela força da mola. O atuador posiciona uma válvula de controle transmitindo seu movimento através da haste.
Um diafragma de borracha separa a carcaça do atuador em duas câmaras de ar. A câmara superior recebe o ar fornecido através de uma abertura na parte superior da caixa.
A câmara inferior contém uma mola que força o diafragma contra batentes mecânicos na câmara superior. Finalmente, um indicador local é conectado à haste para indicar a posição da válvula.
A posição da válvula é controlada variando a pressão do ar fornecido na câmara superior. Isso resulta em uma força variável na parte superior do diafragma. Inicialmente, sem fornecimento de ar, a mola força o diafragma para cima contra os batentes mecânicos e mantém a válvula totalmente aberta.
À medida que a pressão do ar fornecido aumenta de zero, sua força no topo do diafragma começa a superar a força oposta da mola. Isto faz com que o diafragma se mova para baixo e a válvula de controle feche. Com um suprimento crescente de pressão de ar, o diafragma continuará a se mover para baixo e a comprimir a mola até que a válvula de controle esteja totalmente fechada.
Por outro lado, se a pressão do ar fornecido diminuir, a mola começará a forçar o diafragma para cima e abrir a válvula de controle. Além disso, se a pressão de alimentação for mantida constante em algum valor entre zero e máximo, a válvula se posicionará em uma posição intermediária. Portanto, a válvula pode ser posicionada em qualquer lugar entre totalmente aberta e totalmente fechada em resposta a mudanças na pressão do ar fornecido.
Um posicionador é um dispositivo que regula o fornecimento de pressão de ar a um atuador pneumático. Isto é feito comparando a posição exigida do atuador com a posição real da válvula de controle.
A posição exigida é transmitida por um sinal de controle pneumático ou elétrico de um controlador para o posicionador. O atuador pneumático da Figura 1 é mostrado na Figura 2 com um controlador e um posicionador adicionados.
O controlador gera um sinal de saída que representa a posição exigida. Este sinal é enviado ao posicionador. Externamente, o posicionador consiste em uma conexão de entrada para o sinal de controle (4-20 mA), uma conexão de entrada de ar de alimentação do instrumento, uma conexão de saída de ar de alimentação, uma conexão de ventilação de ar de alimentação e uma ligação de feedback.
Internamente, contém uma intrincada rede de transdutores elétricos, linhas de ar, válvulas, ligações e ajustes necessários. Outros posicionadores também podem fornecer controles para posicionamento local de válvulas e medidores para indicar a pressão do ar de alimentação e a pressão do ar de controle (para controladores pneumáticos – métodos de controle antigos).
O controlador responde a um desvio de uma variável controlada em relação ao ponto de ajuste e varia o sinal de saída de controle de acordo para corrigir o desvio. O sinal de saída de controle é enviado ao Posicionador, que responde aumentando ou diminuindo o fornecimento de ar ao atuador.
O posicionamento do atuador e da válvula de controle é retornado ao posicionador através da ligação de feedback. Quando a válvula atinge a posição exigida pelo controlador, o posicionador interrompe a mudança na pressão do ar fornecido e mantém a válvula na nova posição. Isto, por sua vez, corrige o desvio da variável controlada em relação ao setpoint.
Por exemplo, à medida que o sinal de controle aumenta, uma válvula dentro do posicionador admite mais ar fornecido ao atuador. Como resultado, a válvula de controle se move para baixo. A ligação transmite as informações de posição da válvula de volta ao posicionador.
Isto forma um pequeno circuito de feedback interno para o atuador. Quando a válvula atinge a posição que corresponde ao sinal de controle, a ligação para de fornecer fluxo de ar ao atuador.
Isso faz com que o atuador pare. Por outro lado, se o sinal de controle diminuir, outra válvula dentro do posicionador se abre e permite que a pressão do ar fornecido diminua, liberando o ar fornecido. Isso faz com que a válvula se mova para cima e abra. Quando a válvula for aberta na posição correta, o posicionador para de ventilar o ar do atuador e interrompe o movimento da válvula de controle.
Vantagens dos atuadores pneumáticos de diafragma
Os benefícios dos atuadores pneumáticos vêm de sua simplicidade.
As aplicações típicas dos atuadores pneumáticos envolvem áreas onde as condições envolvem temperaturas extremas, uma faixa de temperatura típica é de -40°F a 250°F.
Em termos de segurança e inspeção, o uso de atuadores pneumáticos e pneumáticos evita o uso de materiais perigosos. Eles também atendem aos requisitos de proteção contra explosão e segurança de máquinas porque não criam interferência magnética devido à falta de motores.
Os atuadores pneumáticos também são leves, exigem manutenção mínima e possuem componentes duráveis que tornam a pneumática um método de energia econômico.
Desvantagens dos atuadores pneumáticos de diafragma
As perdas de pressão e a compressibilidade do ar tornam a pneumática menos eficiente do que outros métodos. As limitações do compressor e do fornecimento de ar significam que as operações a pressões mais baixas terão forças mais baixas e velocidades mais lentas.
Para serem verdadeiramente eficientes, os atuadores pneumáticos devem ser dimensionados para um trabalho específico. Portanto, eles não podem ser usados para outras aplicações.
Embora o ar esteja prontamente disponível, ele pode ser contaminado por óleo ou lubrificação, causando tempo de inatividade e manutenção. As empresas ainda têm que pagar pelo ar comprimido, tornando-o consumível, juntamente com os custos de compressor e manutenção da linha.
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