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DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
GREGORY ASSIS
JASON LEVY
MATEUS BARBOSA
PERÁCIO CONTREIRAS
VICTOR SAID
VICTÓRIA CABRAL
RELATÓRIO DE PRÁTICA:
CALIBRAGEM DE POSICIONADOR DE VÁLVULA DE CONTROLE
Salvador
2014
GREGORY ASSIS
JASON LEVY
MATEUS BARBOSA
PERÁCIO CONTREIRAS
VICTOR SAID
VICTÓRIA CABRAL
RELATÓRIO DE PRÁTICA:
CALIBRAGEM DE POSICIONADOR DE VÁLVULA DE CONTROLE
Relatório de prática, solicitado pelo professor José Lamartine, como requisito de avaliação parcial da II
Unidade, da disciplina Controle de Variáveis Industriais, no Instituto Federal Bahia – IFBA, Câmpus Salvador.
Salvador
2014
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................................3
2 O POSICIONADOR UtilizadO ...........................................................................................4
3 FUNCIONAMENTO DO POSICIONADOR ......................................................................5
4 PROCEDIMENTO DE CALIBRAGEM DO POSICIONADOR ......................................7
4.1 PROCEDIMENTO DE VERIFICAÇÃO E MANUTENÇÃO DA VÁLVULA ...............7
4.2 PROCEDIMENTO DE CALIBRAGEM DO POSICIONADOR....................................7
5 COMPARAÇÃO ENTRE A PRÁTICA E O ROTEIRO................................................ 10
6 ERROS NO PROCESSO DE CALIBRAGEM DO POSICIONADOR ...................... 11
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................ 12
REFERÊNCIAS..................................................................................................................... 12
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1 INTRODUÇÃO
Entre os elementos finais de controle, o mais utilizado é a válvula de controle.
O funcionamento desse tipo de válvula consiste na abertura ou restrição da passagem
por onde escoa o fluido de processo, em resposta à um comando recebido em forma
de um sinal padrão pré-definido, o qual pode ser elétrico, hidráulico ou pneumático.
Após certo tempo em operação, esses equipamentos começam a apresentar
falhas na sua operação, como o aumento na quantidade de vazamentos. Esse erro é
decorrente do desgaste natural, que ocorre nas partes internas (TRIM) das válvulas
de controle. Acarretando, assim, falhas na resposta do equipamento, comprometendo
a confiabilidade de seu funcionamento.
Para evitar que os desgastes da válvula comprometam o processo em que ela
está operando, duas medidas se tornam necessárias: a manutenção, que consiste na
troca e no reparo das peças que apresentam problema; e a calibração, que consiste
no ajuste dos parâmetros de operação, tornando a ação da válvula proporcional ao
sinal padrão emitido pelo controlador, melhorando, assim, seus resultados.
Este trabalho tem por objetivo realizar a apresentação dos resultados de uma
prática de calibração de uma válvula de controle tipo deslocamento linear,
demonstrando possíveis falhas e seus respectivos métodos de reparo. A fim de
fundamentar a elaboração deste relatório, as metodologias empregadas foram: a
revisão bibliográfica, a qual foi realizada utilizando livros, websites, apostilas virtuais;
e a prática de calibração da válvula, somada à prática de montagem e desmontagem
realizada anteriormente.
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2 O POSICIONADOR UTILIZADO
Os posicionadores são instrumentos de grande importância para a obtenção de
um controle mais preciso de variáveis industriais. Eles são responsáveis por garantir
um correto posicionamento da haste de uma válvula de controle a partir do sinal
proveniente do controlador. Para isso, o instrumento identifica a real posição da haste
e “calcula” a pressão de ar que deve ser mandada para o atuador da válvula para que
a haste chegue a uma posição desejada, indicada pelo controlador.
O posicionador calibrado durante a atividade prática é um instrumento do
fabricante Moore Products Co., o seu modelo é o 72P315 e o número serial é: 10810-
21P1S2. Esse posicionador, ilustrado na figura 1, é do tipo pneumático. O sinal do
controlador em forma de pressão atua sobre um conjunto fole-mola, de modo que um
aumento desse sinal promove uma contração nesse conjunto.
Figura 1- Posicionador Utilizado.
Fonte: BARBOSA, 2014.
O movimento no conjunto fole mola é transmitido para uma palheta que se
reequilibra com outra palheta, que é responsável por transmitir mecanicamente a
posição da haste. Essa última palheta está conectada ao link mecânico, responsável
por “sentir” a posição real da haste. Esse “sensor” mecânico é representado pelo
circulo azul na figura 1. Após o reequilíbrio a primeira palheta permite a passagem de
ar para o atuador da válvula. Esse tipo de posicionador não apresenta nenhum tipo
de entrada elétrica, funcionando apenas com base em componentes mecânicos. Está
é a forma com que funcionam os posicionadores pneumáticos.
Esse posicionador foi programado para operar em sistemas do tipo Split Range
e por isso, a válvula deve estar totalmente aberta com 3psi e deve estar totalmente
fechada com 9psi sendo aplicado no posicionador e não com 15psi. Dessa forma, o
posicionador foi calibrado para respeitar essa condição.
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3 FUNCIONAMENTO DO POSICIONADOR
O Posicionador é um dispositivo acessório de válvula e, sendo assim, tem como
objetivo facilitar e otimizar o desempenho da mesma. Este dispositivo regula a pressão
de carga, de acordo com a diferença entre o valor determinado pelo sinal de controle
e a posição da haste, de modo que corrija o posicionamento da haste da válvula .
Existem três tipos de posicionadores: Pneumático, Elétrico e Hidráulico. Como já foi
dito, o posicionador utilizado na prática foi o posicionador do tipo pneumático.
O funcionamento do posicionador pneumático, vide o esquema na Figura 2 ao
lado, consiste em um processo de Retroalimentação. Salienta-se que,
retroalimentação, ou feedback, é o procedimento no qual parte do sinal de saída de
um sistema é transferida para a entrada deste mesmo sistema, com o objetivo de
regular a saída do sistema.
Neste tipo de posicionador, o sinal de saída de um controlador atua sobre um
fole, fazendo com que o mesmo se expanda ou se retraia, movimentando, assim, a
palheta que provocará a obstrução ou abertura do bocal.
Figura 2 - Esquema do Princípio de Funcionamento do Posicionador Pneumático.
Fonte: BELTRAME, 2013.
Quando a palheta se aproxima do bico do bocal, a pressão aumenta no interior
do mesmo, que, consequentemente, desloca o diafragma do relé, abrindo a válvula
interna de alimentação (suprimento de ar). Assim, o conjunto diafragma e obturador
do atuador é movimentado para baixo (no caso válvula de ação ar para fechar),
vencendo a força de oposição da mola.
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O posicionamento da haste é verificado com o “excêntrico”, que transmite o
movimento da haste da válvula para a palheta, afastando-a do bocal. Quando a força
do diafragma do relé for igual a força do diafragma do atuador, a pressão diminui e a
válvula de alimentação do conjunto do relé fecha para evitar qualquer aumento
posterior na pressão de saída. Deste modo, o posicionador estará outra vez em
equilíbrio e com a posição da haste corrigida. Caso o sinal de controle (pressão)
diminua, ocorre o mesmo processo, porém de forma inversa.
Com o posicionador, a força, gerada pelo atrito no processo, é compensada e
o tempo de resposta da válvula é reduzido, uma vez que o mesmo elimina a histerese
e banda morta da válvula, garantindo a movimentação linear da haste da válvula, o
que ocorre em função da sua atuação direta sobre a haste.
Segundo Ribeiro (1999), para as malhas em que a utilização de posicionadores
não é indicada, como as malhas de pressão e vazão, deve-se utilizar um Booster, o
qual melhora o tempo de resposta, aumenta o volume de ar do sinal pneumático, sem
causar instabilidade ao sistema.
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4 PROCEDIMENTO DE CALIBRAGEM DO POSICIONADOR
4.1 PROCEDIMENTO DE VERIFICAÇÃO E MANUTENÇÃO DA VÁLVULA
Assim como na prática anterior, para o procedimento de calibragem do
posicionador, fez-se necessário verificar se a válvula, na qual ele estava instalado,
encontrava-se em condições de uso. Realizou-se a verificação, constatando-se que a
válvula estava devidamente calibrada e sem erros de manutenção. A válvula referida
apresenta-se na figura 1.
Figura 3 – Válvula de Controle e Posicionador
Fonte: SAID, 2014.
4.2 PROCEDIMENTO DE CALIBRAGEM DO POSICIONADOR
Verificada as boas condições de operação da válvula, selecionou-se os
utensílios necessários durante o procedimento de calibração. Foram utilizados:
Válvula de controle do tipo deslocamento linear;
Posicionador, instalado na válvula, cujo modelo é Z2P315, da empresa
Moore Products Co.;
Mala Wallace, que possuía um manômetro padrão e válvula reguladora de
pressão;
Tubos de vinil;
Chave de fenda.
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O procedimento de calibragem adotado pela equipe, diferente da prática
anterior, não baseou-se em um roteiro. O funcionamento do posicionador distingue-
se em diversos aspectos do roteiro utilizado, de modo que – devido a inacessibilidade
do roteiro padrão de calibragem do instrumento – fez-se necessário descobrir qual o
método correto de calibração no momento da prática. Com consequente elaboração
de roteiro próprio sobre o tema.
Inicialmente buscou-se compreender o princípio de funcionamento do
posicionador, para isso fez-se uma análise dos componentes mecânicos do mesmo,
ilustrados na figura 2. Observou-se que, com a entrada do suprimento de ar, na parte
inferior, ocorre a retração da mola, com consequente propagação por movimento
alternativo para a as paletas – nomenclatura adotada pelo grupo. Observa-se que há
duas: a frontal, com a indicação em vermelho, e traseira.
Figura 4 – Composição Mecânica Do Posicionador
Fonte: SAID, 2014.
Cada uma dessas paletas possui uma função no sistema, mas especificamente
a paleta traseira transmite o movimento diretamente para o link mecânico, que irá
atuar na haste da válvula. Seguindo essa linha de análise, o grupo verificou que na
área da mola havia contínuo vazamento de ar comprimido. Esse vazamento era
originário de duas engrenagens reguláveis, que dispunha-se nela mola.
Feita análise sobre o princípio de funcionamento do posicionador, e concluído
a forma como esse funciona, por mais que minimamente, buscou-se compreender os
tipos de erro do posicionador. Para isso, alimentou-o com ar pressurizado, na faixa de
operação do mesmo, 3 a 9 PSI.
Nesse caso, é importante salientar que essa válvula atua em série junto à uma
segunda, em um sistema denominado split range. Esse sistema consiste em um
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conjunto de válvulas em série, em que cada uma das válvulas, atua em uma faixa de
operação diferente da padrão (3 a 15 PSI). A válvula em questão foi configurada,
através de seu posicionador, para que iniciasse o movimento em 3 PSI e concluísse -
o em 9 PSI, ilustrado na figura 2.
Figura 5 – (a) Posicionador Com 3 PSI; (b) Posicionador Com 9 PSI
(a) (b)
Fonte: SAID, 2014.
Identificou-se que: o posicionador possuía erro de zero negativo, tendo em vista
que o movimento iniciava-se em 1,5 PSI; e erro de multiplicação positivo, pois o
movimento cessava por volta de 12 PSI. Para identificar esses erros, mediu-se com o
auxílio do dedo indicador o movimento na haste, tanto do posicionador, quanto da
haste da válvula, quando submetido a pressão inferior à mínima, e superior à máxima.
Buscou-se então iniciar o procedimento de calibragem da válvula. Após longo
período de teste, onde verificou-se o comportamento do posicionador para cada
alteração nas partes mecânica interna, concluiu-se que:
Correção do erro de zero era feita através do ajuste das duplas engrenagens
dispostas na parte superior da mola. Em sentido ascendente corrige-se o
erro negativo; em sentido descente o contrário.
Correção do erro de multiplicação era feita de acordo com o deslocamento
da paleta traseira, por meio de seus parafusos. A indicação em vermelho, no
posicionador indica o sentido de correção.
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5 CONSTRUÇÃO DO ROTEIRO DA PRÁTICA
1. Iniciou-se a calibração do posicionador realizando todas as conexões do
mesmo com o suprimento de ar, instalando nas ligações o manômetro padrão e
removendo a tampa do posicionador de modo possibilitar a visualização do
funcionamento interno dele.
2. Verificar se o posicionador encontra-se ativo. Isso foi possível através da
observação do movimento da mola do posicionador, que se contrai e transmite esse
movimento ao link superior de equilíbrio de forças, que por sua vez transmite ao
atuador da válvula.
3. Após verificar a funcionalidade do posicionador foi realizada a medição do
erro de zero e de faixa, para que se pudesse conhecer a natureza do erro. Foi
verificado também que não se tratava de um posicionador linear e que o posicionador
estava programado para trabalhar em Split range, que é uma técnica na qual a
abertura de determinada válvula vai de 0 a 100% somente entre dois pontos, que no
caso eram 3 a 9 PSI.
4. Com isso foi iniciado a correção dos erros de zero e spam. O erro de zero
pode ser corrigido girando a engrenagem localizada na parte superior da mola em
sentido ascendente, enquanto o spam pode ser ajustado folgando e movimentando
dentro de um espaço o parafuso do link mecânico.
5. Foi realizada a correção do erro de zero novamente, passando depois ao
erro de faixa e retornando novamente ao zero para verificar se o mesmo não havia
sido alterado, sendo que a correção desses erros foi feita olhando para a indicação
do manômetro padrão. Como corrigir o a faixa alterou o zero, realizamos mais uma
vez a correção do zero e assim sucessivamente até chegarmos a um valor aceitável,
isto é, o mais próximo possível de 3 PSI no zero e 9 PSI no 100%.
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6 ERROS NO PROCESSO DE CALIBRAGEM DO POSICIONADOR
O posicionador tem por objetivo garantir a precisão do posicionamento da
haste/obturador. Sendo assim para a calibragem do mesmo é necessário analisar os
valores que são fornecido pelos manômetros. Um dos erros comuns em qualquer
processo de medição está relacionado com a precisão dos instrumentos utilizados
para a realização de tal procedimento.
No caso em questão fez-se uso do manômetro analógico, como já havia dito
anteriormente, o qual além de possibilitar erros de medição por conta de sua precisão,
pode ocasionar erros de leitura pois demanda que o operador ter um bom senso de
leitura, pois ele precisa ter um bom discernimento sobre as casas decimais de
medição e o algarismo duvidoso. Outro erro que venha a ser comum está na linha de
transmissão de fornecimento de ar para a calibragem da válvula, uma vez que este
suprimento pode não fornecer um valor exato.
Um erro presente na calibragem realizada em laboratório era a conexão haste/
obturador, em que os mesmos não estavam bem posicionados o que iria favorecer no
erro ao inserir determinado ar para verificar quando inicia ou quando se é alcançado
o valor máximo. A válvula utilizada com o posicionador era de ação reversa (ar para
fechar), ou seja quando aplicado 9 psi o mesmo deveria estar completamente fechado,
porem isso não era possível pelo problema identificado pela equipe.
Além destes os manômetros que estavam no conjunto do posicionador
forneciam valores que se contradiziam, logo para resolver isto foi aplicado
manômetros tido como “padrão” para que fosse possível uma maior precisão. O
processo de erros de calibragem podem ser causado por diversos fatores, para que
isto não ocorra é necessário verificar os ajustes de zero e spam do posicionador para
que se consiga alcançar os valores entre 3 e 9 psi.
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7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho teve como objetivo descrever o processo de calibração do
posicionador da empresa Moore Products Co, modelo Z2P315, presente no
laboratório de Controle do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da
Bahia. Fisicamente a situação do posicionador não comprometia o funcionamento do
mesmo, porém, como previsto possuía erros.
Com a confecção prévia de um roteiro de calibragem, para posicionadores em
geral, o objetivo pôde ser alcançado com mais facilidade, para só após isso podermos
confeccionar um roteiro definitivo, especificamente para o modelo de posicionador em
questão, sendo com ele possível obter os resultados esperados.
Por fim, pode-se concluir, com base nas observações realizadas no âmbito
deste trabalho, que a partir do processo de calibragem descrito pode-se obter um bom
resultado, assim como encontrado na pratica realizada no laboratório.
REFERÊNCIAS
BELTRAME, A. Melhore a Performance dos Posicionadores Pneumáticos, 2013.
NETO, J. L. A. L. Posicionadores, 2014.
PESSA, R. P. Instrumentação Básica para Controle de Processos. [S.l.]: SMAR,
1998.
RIBEIRO, M. A. Válvulas de Controle e Segurança. Salvador: Tek, 1999.
