Como automatizar uma válvula

A automação de processos e a manufatura se valem de dois fortes componentes na execução destes processos, que são as válvulas e os atuadores. Frequentemente, estes dispositivos são erroneamente considerados como sendo a mesma coisa, mas, na verdade, são dois componentes muito diferentes. Enquanto uma válvula é usada para bloquear, liberar e controlar a quantidade de fluido ou gás que flui através de um tubo, ela deve ser colocada em uma posição específica ou controlada manualmente. No entanto, através do uso de um atuador, que é um implemento instalado diretamente na válvula, este possibilita que ela possa ser programada para abrir e fechar em intervalos específicos.

Confira os os fatores que distinguem os atuadores das válvulas:

O que faz uma válvula?

O principal trabalho de uma válvula é controlar, bloquear ou liberar o fluxo de um fluido ou gás dentro de uma linha. Existe uma grande variedade de tipos, sendo que cada um opera de forma única, no entanto, de forma geral, os princípios fundamentais são os mesmos. Entre os tipos mais comuns de válvulas, estão a válvula de esfera, válvula macho, válvula borboleta. Todas estas, a princípio, são operadas manualmente, mas também podem ser automatizadas, ou seja, acopladas a um atuador.

O que faz um atuador?

Um atuador é um implemento embutido no alojamento da válvula e que determina quando ela será aberta ou fechada por meio do uso de um sistema controlador. Existem alguns tipos diferentes de atuadores para escolher, dependendo da aplicação em que serão usados. Quanto ao tipo de energia entrante a ser convertida em energia cinética, ou movimento, estes dispositivos se classificam em: atuadores elétricos, atuadores pneumáticos e atuadores hidráulicos. De acordo com o movimento que estes atuadores realizam, podem ser classificados em lineares ou rotativos.

Motores e controles

Os atuadores elétricos são dispositivos que convertem a energia elétrica entrante em energia cinética, ou seja, em movimento mecânico. Pode ser chamado de forma mais simples como um motor operado à distância, permitindo uma vasta gama de aplicações em modo remoto.

Já os atuadores pneumáticos podem ser incrementados com acessórios variados, como posicionador, indicador de posição e solenoide.

Uma rede de atuadores é, tipicamente, controlada por um sistema de computador que usa vários sensores para ditar a ação destes dispositivos e, portanto, da válvula. No final, válvulas e atuadores são componentes completamente distintos em um sistema de transferência de fluidos ou gases, mas eles são usados ​​em conjunto para atingir um objetivo comum.

Adendo: alguns tipos de válvulas

Válvula de esfera

Como seu nome sugere, é uma válvula cujo obturador é uma esfera oca, perfurada e pivotante, assentada dentro de um corpo tubular e que controla o fluxo de fluidos ou gases, permitindo sua passagem de uma extremidade a outra através de sua abertura vazada. Seu centro oco é chamado de passagem ou furo. Ela fica na posição aberta quando esta porta central está alinhada na mesma direção da tubulação conectada, permitindo que o fluido ou gás flua através dela, e na a posição fechada quando a porta se torna perpendicular, bloqueando o caminho do fluxo e evitando que quaisquer substâncias continuem circulando dentro da tubulação. A válvula de esfera faz parte da família ¼ de volta, pois, para obter o fechamento ou abertura, é necessário apenas um quarto de giro, ou seja, um movimento de 90°.

Válvula borboleta

A válvula borboleta também pertence à família de válvulas chamadas de ¼ de volta (um quarto de volta), já que também exige apenas um movimento de 90° para abrir ou fechar. É constituída de uma haste que adentra sua sede circular e, uma vez no interior, a haste assume a forma de disco, encaixando-se perfeitamente. O nome “válvula borboleta” se deve ao fato de o disco, ligado à haste, se assemelhar a uma borboleta quando descreve o seu movimento giratório.

Válvula macho

As válvulas macho têm “tampões” cilíndricos ou cônicos, que podem ser girados dentro do corpo do dispositivo, em um movimento de um quarto de volta, para controlar o fluxo. Nelas, os plugues de encaixe têm um ou mais corredores ocos para os lados, de modo que o fluido possa correr quando estiverem abertas. São simples e geralmente econômicas. Quando o plugue é cônico, a haste/manopla é, tipicamente, conectada na extremidade de maior diâmetro. Normalmente, as válvulas de encaixe não têm capotas, mas têm a extremidade do plugue com a alça exposta. Em tais casos, geralmente não se parecem com hastes. Em geral, a haste e o cabo vêm em uma única peça, como um manipulador simples, em forma de L, preso à extremidade do plugue. A outra ponta  também é frequentemente exposta, mas com um mecanismo que retém o plugue no corpo.

Além dos exemplos citados, existe uma gama muito diversificada de válvulas presentes no mercado e praticamente todas podem ser atuadas.

Adendo: atuadores pneumáticos, elétricos e hidráulicos

Atuador pneumático

É um dispositivo que converte a energia armazenada no ar comprimido (energia pneumática) em movimento mecânico. Geralmente consiste de um cilindro ou câmara em que o ar atmosférico, um gás pressurizado ou a mistura de ambos, é contido. À medida que o gás se expande, a diferença de pressão entre o interior da câmara e a pressão atmosférica natural faz com que ele acumule energia. O gás é, então, liberado do interior da câmara de maneira controlada, de modo que seja direcionado para um pistão, engrenagem ou algum outro dispositivo mecânico, que realizará o trabalho a ser feito. Dependendo de como o gás é direcionado e como o atuador é projetado, o pistão pode ser conduzido em linha reta (movimento linear), em círculo (movimento rotativo) ou oscilante (movimento limitado por um determinado número de graus).

O termo pneumático vem do grego “pneumos” ou ”pneuma”, que significa sopro ou respiração. A Pneumática é a parte da Física que estuda a dinâmica e os fenômenos relacionados aos gases ou vácuos, bem como os métodos de conversão da energia pneumática em energia mecânica. A energia pneumática provém da compressão do ar atmosférico em um reservatório, transformando-o em ar comprimido a uma dada pressão de trabalho. O equipamento que executa este processo é chamado de compressor de ar.

Atuador elétrico

É um dispositivo que converte a energia elétrica entrante em energia cinética, ou seja, em movimento mecânico. Também pode ser chamado de motor, ou interruptor, operado à distância e permite uma vasta gama de movimentos em modo remoto, onde o seu acionamento presencial poderia comportar riscos para o operador, devido à insalubridade do ambiente onde este está localizado, pelo fato de estar presente em local de difícil acesso ou, ainda, em aplicações que requerem saídas de alto torque. Os atuadores de válvulas, por exemplo, desempenham um papel importante na automação do controle de processos.

Os atuadores elétricos são amplamente utilizados em diversas aplicações, como controladores de portas, aberturas e comportas, atuação de válvulas e em processos de maquinação. Eles são usados ​​em estações de tratamento de águas residuais, usinas de energia, refinarias, mineração e processos nucleares, fábricas de alimentos e oleodutos.

Atuador hidráulico

É um dispositivo que converte a energia hidráulica em energia mecânica, ou seja, em movimento mecânico. Neste mecanismo, a principal fonte de energia é o fluido hidráulico, que pode ter sua quantidade alterada para controlar o movimento. A princípio, utilizava-se água como fluido, mas, com o desenvolvimento de tecnologias químicas, novos óleos foram criados para este fim específico. As configurações mais comuns consistem do pistão, do cilindro, do fluido hidráulico, e no fornecimento e na linha de retorno. A maioria do processo deste mecanismo acontece dentro do cilindro, onde estão contidos o pistão e o fluido. Uma abertura no seu interior é atribuída ao fornecimento e à linha de retorno. A vantagem principal deste tipo de equipamento é a elevada quantidade de força que ele é capaz de gerar.