Curso de Especialização em Engenharia Mecatrônica. Elementos Finais de Controle

Transcrição

1 Slide 1 Curso de Especialização em Engenharia Mecatrônica Coordenador Geral : Prof. Max Suell Dutra Elementos Finais de Controle Prof. Wairy Dias Cardoso Slide 2 Elementos Finais de Controle Os elementos finais de controle são mecanismos que variam a quantidade de energia ou material (agente de controle), em resposta ao sinal enviado pelo controlador, a fim de manter a variável controlada em um valor (ou faixa de valores) prédeterminado.

2 Slide 3 Malha Fechada Malha Aberta Slide 4 SISTEMA EM MALHA ABERTA Sistema em malha aberta é aquele em que a informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar quaisquer das variáveis de entrada,visando compensar as variações que ocorrem nas variáveis de processo e que influenciam na variável controlada. Nos sistemas em malha aberta, apenas se investiga a dinâmica do processo em uma condição não controlada.

3 Slide 5 Sistema em Malha Fechada Sistema em malha fechada é aquele em que a variável controlada do processo é mantida dentro de limites estabelecidos, ou seja, o sistema de controle em malha fechada regula a variável controlada, fazendo correções em outra variável de processo, que é chamada de variável manipulada. Nos sistemas em malha fechada, torna-se possível a interferência na dinâmica do processo de forma controlada. Slide 6 Como o controlador, o elemento final de controle pode ser operado por meios elétricos, pneumáticos e mecânicos. A posição do elemento final de controle (EFC) na cadeia automática de controle é mostrada na figura

4 Slide 7 Válvula de Controle A válvula de controle é designada para assegurar exatidão no controle do fluído. Ela varia automaticamente a faixa do fluído baseado em sinais recebidos de dispositivos sensores num processo contínuo. Algumas válvulas são destinada especificamente como válvulas de controle. Entretanto, a maioria dos tipo de válvulas podem ser usadas como válvulas de controle, tanto a linear como a rotativa, pela adição de atuadores, posicionadores e outros acessórios. Slide 8 Válvula de Controle A válvula de controle é o elemento final mais usado nos sistemas de controle industrial. Em sistemas de controle de gases e ar é também usado o damper. Podem ser citados outros elementos, tais como: inversores de freqüência, resistências elétricas, motores, variadores de velocidade, etc.

5 Slide 9 Atuador Manual Um atuador manual emprega alavancas, engrenagens ou volantes para facilitar a movimentação ; enquanto um atuador automático tem uma fonte de energia externa para fornecer a força e o movimento para operar a válvula remotamente ou automaticamente. Atuadores alimentados são uma necessidade nas válvulas em tubulações localizada em áreas distantes. Slide 10 Atuador Hidráulico ou Pneumático Os atuadores hidráulicos e pneumáticos são ambos simples aparelhos com o mínimo de partes mecânicas, utilizados em válvulas lineares ou quarto de volta. Pressão suficiente de ar ou fluido atua num pistão para fornecer impulso num movimento linear para uma válvula tipo globo ou gaveta por exemplo. Alternativamente, o impulso pode ser mecanicamente convertido em um movimento rotativo para operar uma válvula quarto de volta.

6 Slide 11 Atuador Elétrico O Atuador elétrico tem um motor que fornece o torque para operar a válvula. Atuadores elétricos são frequentemente usados em válvulas que usam sistemas de multi voltas como gaveta ou globo. Com a adição de uma caixa de engrenagem de quarto de volta, eles podem ser utilizados numa válvula esfera, macho ou qualquer outra deste tipo. Slide 12 Atuador Constitui-se no elemento responsável em proporcionar a força motriz necessária ao funcionamento da válvula de controle. Sendo parte integrante do sistema de controle, quando corretamente selecionado, deve proporcionar à válvula meios de operacionalidade estáveis e suaves,contra a ação variável das forças dinâmicas e estáticas originadas na válvula através da ação do fluído de processo. Dependendo basicamente do meio de produção da força motriz, o atuador utilizado em aplicações de controle modulado, classifica-se em três grupos principais: pneumático, elétrico e hidráulico.

7 Slide 13 Internos das Válvulas de Controle Se considerarmos a função à qual se destina a válvula, verificaremos que os internos representam o papel principal da válvula de controle, ou seja,produzir uma restrição variável à passagem do fluido conforme a necessidade imposta pela ação corretiva do controlador, produzindo assim uma relação entre a vazão que passa pela sede e a abertura da válvula de controle (afastamento do obturador em relação à sede). Slide 14

8 Slide 15 Obturador Elemento vedante em formato de disco ou de contorno caracterizado que se move linearmente no interior do corpo obstruindo o orifício de passagem de modo a formar uma restrição variável à passagem do fluxo na válvula de controle. Obturador para Válvula Globo. Disco cônico de aço inoxidável Obturador para Válvula Globo. Disco plano não metálico simples e sede integral Obturador tipo agulha integral à haste Slide 16 Guia do Obturador É através do sistema de guias que o obturador alinha-se em relação a sede,possibilitando assim um perfeito encaixe das superfícies de assentamento. O guia deve resistir aos esforços laterais sobre o obturador provenientes das forças exercidas pelo fluido de processo.

9 Slide 17 Posicionador O posicionador proporciona o posicionamento rápido e seguro dos atuadores do tipo diafragma ou cilindro. O posicionador opera sem qualquer contato mecânico, que virtualmente elimina o desgaste e sua subsequente degradação Slide 18 Castelo O castelo é uma parte separada do corpo da válvula que pode ser removida para acesso às partes internas da mesma. Ele também proporciona a montagem do atuador e deve satisfazer aos mesmos requisitos de projeto do corpo da válvula por estar sujeito à mesma pressão do fluido

10 Slide 19 Internos do Castelo Slide 20 Castelo com fole de selagem Para casos especiais onde é proibido vazamento do fluido para o meio ambiente Usado para garantir vedação absoluta.exige maior força de atuação Aplicação: Fluidos corrosivos Fluidos tóxicos Fluidos radioativos Fluidos caros

11 Slide 21 Castelo Longo Semelhante ao anterior exceto na altura, ficando as gaxetas afastadas do fluido. Recomendado para temperaturas entre -45ºC a 540ºC. Indicado altas temperaturas Aplicações criogênicas Faixa de operação: Gaxeta PTFE: -101 a 427 C Gaxeta grafite: -70 a 1093 C Slide 22 Válvula Criogênica Porca Arruela Volante Latão Latão Alumínio 4 Porca Premi Gaxeta Bronze 5 Premi Gaxeta Latão 6 Gaxeta PTFE 7 Cabeçote Superior Latão 8 Haste de Comando Inox 9 Tubo Inox 10 Cabeçote Inferior Bronze 11 Parafuso Inox 12 Porca Latão 13 Guarnição PTFE 14 Obturador Latão 15 Corpo Bronze 16 Vedante PTFE Inox 17 Porca Latão 18 Arruela Latão

12 Slide 23 Atuador pneumático tipo mola diafragma Este tipo de atuador é acionado através do ar comprimido e o retoerno à posição original é fito através de mola. Normalmente provoca um deslocamento linear na haste da válvula. Slide 24 Válvula Globo A válvula globo realiza seu controle por um obturador que encosta numa sede localizada no centro da válvula. Subindo o obturador a válvula abre, permitindo a passagem do fluxo. A válvula globo é a mais comum utilizada para serviços de controle precisos

13 Slide 25 Válvulas Globo Detalhes da forma do bloqueio do fluído Slide 26 Válvula Globo Oblíqua

14 Slide 27 Válvula Globo Angular Mais conhecida como válvula angular. Diferencia-se da válvula globo reta, apenas na configuração do corpo onde as extremidades de entrada e saída estão dispostas a 90 graus entre si. Slide 28 Gaiola a gaiola é uma peça cilíndrica e oca em cujo interior desloca-se o obturador, como se fosse um pistão de cilindro. A gaiola possui um determinado número de passagens ou janelas, as quais distribuem uniformemente o fluxo ao redor do obturador e na maioria dos desenhos deste tipo de válvula, serve como guia do obturador.

15 Slide 29 Válvula Globo tipo Gaiola Tais janelas apresentam formatos caracterizados sendo elas, em conjunto com a posição relativa do obturador, que proporcionam a característica de vazão, ao invés de ser o formato do obturador como na globo convencional. Slide 30 Válvula de Diafragma A válvula diafragma fecha por meio de um diafragma flexível presa a um compressor. Quando o compressor é abaixado pela haste da válvula, o diafragma veda e corta o fluxo. A válvula diafragma suporta fluidos corrosivos, erosivos e trabalhos com sujeiras

16 Slide 31 Válvula de Esfera A válvula esfera é similar no conceito da válvula macho mas usa uma esfera rotativa com uma furação transpassante no centro dela que permite uma passagem sem perda de carga na posição aberta e fecha o fluxo quando é girada em 90 graus para bloquear a passagem do fluido. Slide 32 Válvulas do tipo esfera

17 Slide 33 Válvula Borboleta A válvula borboleta controla o fluxo por um disco ou veneziana. A válvula borboleta é usada tanto para controle modulante como on-off Slide 34 Válvula Borboleta

18 Slide 35 Válvula Agulha A válvula agulha é um controle de volume que restringe o fluido em linha pequenas. O fluido passa através da válvula faz uma curva de 90 graus passa dentro do orifício que é vedado por um obturador com a forma de um cone muito fino. Slide 36 Tipos de Válvula V de Controle Válvula globo Válvula Globo de Três Vias Válvula Borboleta

19 Slide 37 Laboratório rio de Elementos Finais de Controle