A presença das válvulas na antiguidade

Historicamente, as válvulas foram criadas visando direcionar as águas dos rios para as aldeias. Os egípcios desenvolveram sistemas que possibilitavam o transporte de água do rio Nilo para diversos locais a quilômetros de distância.

O registro mais antigo é do Império Romano que, em 312 a.C., realizou um sistema de abastecimento de água conhecido como Aqueduto Aqua Appia, com, aproximadamente, 17 km de comprimento.

A evolução das válvulas ocorreu durante a revolução industrial, entre os séculos XVIII e XIX. Neste período, eram fabricadas em bronze. Em ferro, somente no século XX.

O próprio Leonardo Da Vinci chegou a esboçar válvula e sistemas de distribuições. A primeira aplicação em equipamento partiu dos inventores Thomas Newcome e James Watt.

Na segunda metade do século XIX, o ar comprimido passou a ser importante na aplicação industrial, porém é possível achar referências no velho testamento da aplicação do ar comprimido. No século II, o grego Hero escreveu dois trabalhos sobre aplicações do ar comprimido e do vácuo.

Os princípios da automação na história antiga

A história registra os primeiros processos de automação como a invenção da roda, moinhos movidos por vento e rodas d’água, registrando, assim, a busca constante do homem por processos que reduzam seus esforços para realizar seus trabalhos.

Apesar de haver histórico de automações no século XVIII, na Inglaterra, somente em 1950 o termo tornou-se popular. A mecanização, como era conhecida até o século XIX, tratava apenas da substituição do esforço físico por máquinas. A automação propriamente dita surge no século XX.

No Brasil, esta automação surge na segunda metade do século XX, devido às duas grandes guerras do século. Os países europeus exportadores de produtos estavam se reestruturando, e isto proporcionou ao Brasil a participar como exportador de produtos manufaturados.

A automação, hoje, é usada como grande vantagem competitiva, permitindo o controle de produção, além de redução de custo. Vale registrar que as automações nos dias atuais estão sendo fortemente desenvolvidas na substituição da mão de obra em operações braçais, onde as contratações resumiam-se a pessoas de baixa qualificação. Com o desenvolvimento econômico, a disponibilidade desta mão de obra está entrando em escassez, principalmente em regiões com maior desenvolvimento industrial.

Outro ponto que acelera atualmente a introdução das automações de processos é a necessidade de as indústrias se tornarem mais competitivas, principalmente no cenário de globalização, onde a busca é constante pelo menor custo e na maior flexibilidade de produto e prazos.

Com as válvulas aplicadas em processos de recursos naturais, a automação busca a redução dos desperdícios onde estes recursos estão cada vez mais escassos e na redução dos riscos apresentados aos operadores durante o processo de extração e transformação.

Válvula e atuador: a dupla consagrada

Os controles das válvulas e os equipamentos usados no gerenciamento do processo, no princípio, eram monitorados por operadores, que passavam em todas as malhas de controle, realizando ajustes, fechamento ou abertura das válvulas e moderando alguma variável (temperatura, pressão, velocidade do fluido, pressão, vazão, força etc.).

A utilização de válvulas automatizadas em processos industriais teve seu início juntamente com o surgimento das instrumentações, ou seja, com a criação dos instrumentos pneumáticos, em meados da década de 1940. Eliminavam a necessidade do controle das válvulas pelos operadores industriais, diminuindo drasticamente os tempos de processo, aumentando as precisões e reduzindo desperdícios.

Nas primeiras aplicações, os controladores existentes eram instalados próximos aos transmissores e válvulas de controle, que pertenciam a uma malha de distribuição. Este processo foi evoluindo de maneira que passaram a ser reunidos em salas, centralizando, assim, o controle.

Os sinais dos elementos instalados no processo são enviados à sala de controle, onde operários ou controladores programáveis analisam os resultados, processam a informação e retornam o sinal para os posicionadores, que movimentam a válvula abrindo ou fechando.

No princípio da instrumentação, os sinais eram somente pneumáticos, com uma pressão de 3-15 psi, e utilizavam alimentação de ar a 20 psi. A inconveniência desse controle era o vazamento, devido a trincas, quebras e oxidação na tubulação de instrumentação fabricadas em cobre, aço carbono ou alumínio e ressecamento nas tubulações fabricadas em vinil.

Entre 1950 e 1960, a eletrônica apresentou um avanço significativo. Em 1970 iniciou-se a produção de controladores eletrônicos para a substituição dos pneumáticos. Neste período não existia uma padronização de sinal de entrada e saída. Cada fabricante desenvolvia o seu padrão. Esta falta de padronização tornava o investimento em atuação de válvulas extremamente alto e, com isso, foi necessário o desenvolvimento de um sinal padronizado.

O primeiro sinal criado padronizado foi o 4-20 mA, com a alimentação elétrica de 24 Vdc e, em casos específicos, a alimentação com 110 Vac. Desta maneira, o controle foi migrando gradativamente para o controle eletrônico por apresentar uma maior robustez e um menor custo de manutenção, além de os equipamentos eletrônicos fornecerem uma maior precisão no controle e um tempo de resposta mais rápido.

O crescimento na complexidade dos processos industriais eleva a necessidade de controle das malhas, deixando inviável a complexidade de malhas de comunicação necessárias para gerenciar cada válvula do processo, ainda mais onde cada instrumento está sujeito a falha e necessidade de manutenção. Devido a este enorme número de sensores e posicionadores aplicados ao processo, cada vez mais direcionava o controle dos processos aos computadores e controladores lógicos programáveis.

Surge então o Sistema de Controle Distribuído, possibilitando reunir em estações o controle de várias malhas de distribuição. Este sistema permite que várias salas de controle sejam monitoradas e controladas por uma única estação, que pode estar a milhares de quilômetros de distância uma da outra, permitindo ao operador monitorar o processo como um todo através de uma tela de computador, na qual é possível observar nas válvulas automatizadas qual a porcentagem de abertura.

Para integrar toda esta comunicação, foi necessário desenvolver protocolos de comunicações cada vez mais eficientes e precisos e que possibilitem uma velocidade de transmissão de certa forma instantânea. Estas comunicações são batizadas, hoje, como redes industriais. Podemos destacar algumas delas: AS-Interface, Profibus, Fieldbus Foundation e Modbus.

Em processos de automação atuais, como exemplos, podemos citar as Estações de Tratamento de Água e Estações de Tratamento de Esgoto ou onde as distâncias são quilômetros, é aplicado a comunicação através de wireless e via rádio, passando informações quase que em tempo real do status do processo.

Os passos seguintes na automação de válvulas deve ser o controle de abertura e fechamento através de sinal de celular. Atualmente é possível controlar todo o processo através do smartphone, mas a tecnologia ainda não fornece resultados em tempo real.