Embed Size (px)
Citation preview
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 VÁLVULA DE CONTROLE TIPO DESLOCAMENTO LINEAR
Salvador
2014
GREGORY ASSIS
JASON LEVY
MATEUS BARBOSA
PERÁCIO CONTREIRAS
VICTOR SAID
VICTÓRIA CABRAL
RELATÓRIO DE PRÁTICA:
CALIBRAGEM DE VÁLVULA DE CONTROLE TIPO DESLOCAMENTO LINEAR
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 A VÁLVULA UTILIZADA ....................................................................................................4
3 PROCEDIMENTO DE CALIBRAGEM DA VÁLVULA...................................................5
3.1 PROCEDIMENTO DE VERIFICAÇÃO E MANUTENÇÃO DA VÁLVULA ...............5
3.2 PROCEDIMENTO DE CALIBRAGEM DA VÁLVULA .................................................7
4 COMPARAÇÃO ENTRE A PRÁTICA E O ROTEIRO...................................................9
5 ERROS NO PROCESSO DE CALIBRAGEM .............................................................. 10
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................ 11
REFERÊNCIAS..................................................................................................................... 11
3
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.
2 A VÁLVULA UTILIZADA
A válvula de controle é o elemento final mais usado nos sistemas de controle
industrial, e, deste modo, é necessário maior cuidado ao se realizar a especificação
de uma válvula de controle. Para realizar tal seleção, são considerados diversos
fatores, sejam ligados à aplicação, como o fluido e as condições do processo; ou
ligados à construção, como o material de confecção dos internos e do atuador.
No procedimento de calibragem realizado, utilizou-se a válvula com as
especificações técnicas, descritas na tabela 1. Para realizar a descrição da válvula
utilizada, fez-se a análise da tag, tabela 1, localizada na parte frontal da mesma, bem
como a pesquisa por informações no suporte da empresa fabricante, Hiter.
Tabela 1 – Tag de Identificação da Válvula
HITER: VÁLVULA DE CONTROLE
Nº DE SÉRIE 1990 MODELO 1071 DIA. CORPO 1,1/2” C.V 10,6
MAT. CORPO WCB PADRÃO CORPO 600 DIA. ORIFÍCIO 7/8” CURSO 3/4” OBT. TIPO 0/0C MAT. OBT. AI420END
ATUAD. TIPO 456 A SINAL OPER. 1,0 - 0,2 KG/CM2 MOLA COD. 05-01-026 AR PARA FECHAR CODIFICAÇÃO 1071-456A GUIAS AI 316
TAG PDIC-293272
Fonte: Autoria própria.
A válvula utilizada na prática era uma válvula do tipo Globo Convencional,
construída em Aço Carbono WCB, de Classe 600. Com a presença de materiais
internos construídos em Aço Inoxidável 420 Endurecido, configurações que permitem
que a válvula trabalhe numa faixa de temperatura entre -29ºC e 425ºC. A válvula
conta, também, com um atuador pneumático tipo mola e diafragma.
Possui disponibilidade de variedade de características de vazão (CV), sendo a
característica Linear (LC) igual à 10,6; a CV Percentual (PC) também igual à 10,6; e
CV Parabólica Modificada (MV) igual à 8 (PENTAIR, 2013.). Além disso, é
relativamente pequena a probabilidade de cavitação e de geração de ruído.
Apresenta uma disponibilidade de materiais diferentes para atender aplicações
com erosão, corrosão e altas temperaturas. Possui relação linear entre sinal de
controle e o movimento da haste; e pequena banda morta e pequena histerese,
permitindo o seu uso sem posicionador. Contudo, é muito pesada, tem maior tempo
de resposta, é mais suscetível aos vazamentos e possui maior custo.
3 PROCEDIMENTO DE CALIBRAGEM DA VÁLVULA
3.1 PROCEDIMENTO DE VERIFICAÇÃO E MANUTENÇÃO DA VÁLVULA
O procedimento de calibragem da válvula de controle do tipo deslocamento
linear, foi realizado com base em um roteiro de Ribeiro (1999). Contudo, a prática
realizada distingue-se, em alguns aspectos e peculiaridades, no que tange ao
procedimento realizado. Durante o procedimento de calibração foram utilizados:
Válvula de controle do tipo deslocamento linear, sem posicionador, da
empresa Hiter, cuja identificação é: PDIC-293271;
Bancada de teste, composta por suprimento de ar comprimido, válvula
reguladora, medidor e indicador de pressão, entre outros;
Mala Wallace, que possuía um manômetro padrão e válvula reguladora de
pressão;
Tubos de vinil;
Chaves de boca, número 13, 15;
Chave Allen;
A primeira etapa do procedimento deu-se através da avaliação das condições
iniciais da válvula. Devido ao fato dos equipamentos utilizados serem recorrentemente
destinados às práticas didáticas da disciplina, essas são desmontadas e montadas
pelos discentes do curso. A fim de verificar se não ocorreu nenhum tipo de erro
durante tais procedimentos, fez-se necessário efetuar a avaliação das condições da
válvula.
Essa etapa foi relativamente simples, observou-se se as juntas e conexões da
válvula estavam devidamente colocadas e aparafusadas. O procedimento abrangeu
desde a verificação das conexões do corpo-castelo, às conexões do TRIM da válvula,
bem como do atuador a diafragma. Constatou-se que os parafusos e porcas do
atuador não estavam em condições apropriadas, afinal estavam “folgados”, sendo
possível desparafusá-los à mão.
Esse tipo de erro desencadearia no vazamento do ar comprimido, provindo do
controlador ao atuador; ou do posicionador ao atuador, para as válvulas com
posicionador. Com o vazamento de ar, ocorreria um erro no posicionamento da haste
da válvula, tendo em vista que a força transmitida – responsável pela variação da
abertura do obturador – seria diferente daquela especificada pelo controle.
A fim de evitar quaisquer tipos de equívocos, quanto a veracidade do erro,
buscou-se fazer um teste no atuador. Conectou-se um tubo de vinil entre a válvula e
a bancada; e um segundo foi utilizado para estabelecer uma conexão entre as saídas
de ar da válvula reguladora e o indicador da bancada. Após as conexões, fez-se o
teste. Constatou-se a veracidade desse erro de montagem, tendo em vista que estava
ocorrendo vazamento no atuador.
Portanto, a equipe procedeu com a manutenção corretiva da mesma. Iniciou-
se com a identificação do número da chave de boca, que seria utilizada para
aparafusar os parafusos juntos às porcas do atuador. Utilizou-se as chaves de número
13, 14 e 15; verificando-se que o tamanho padrão era o número 15. Contudo, devido
às péssimas condições da cabeça do parafuso – que estavam erodidas –, revezou-se
o ângulo de utilização da chave de boca número 15. A manutenção corretiva do
atuador é ilustrado na Figura 1.
Figura 1 – manutenção corretiva
Fonte: autoria própria.
O procedimento foi realizado sem dificuldades. A equipe atuou em conjunto,
dentro da disponibilidade de chaves de boca número 15, e aparafusou todas as porcas
e parafusos do atuador. Ao fim desse procedimento, fez-se novo teste pressurizado,
verificando que não haviam mais vazamentos no atuador da válvula. Como não foram
localizados novos erros de montagem, ou carência de manutenção, quanto a
operação; deu-se início ao procedimento de calibragem da válvula.
3.2 PROCEDIMENTO DE CALIBRAGEM DA VÁLVULA
Após o processo de manutenção corretiva, em que os parafusos do atuador
foram aparafusados às porcas de forma que ficassem “bem presos”, um novo teste foi
realizado para verificar se os vazamentos nessa parte da válvula haviam sido
corrigidos. Esse teste foi utilizado para verificar, também, se haviam outros
vazamentos na válvula, que anteriormente poderiam estar sendo “ocultados” pelo
vazamento maior que ocorria no atuador.
Sendo confirmado que não havia mais vazamentos na válvula, deu-se início de
fato ao processo de calibragem da mesma. A ligação com tubos de vinil entre a válvula
de controle a ser calibrada, a válvula reguladora de pressão e o manômetro padrão
da bancada de teste, feita durante o processo de manutenção corretiva foi mantido.
O processo de calibragem da válvula foi iniciado com a identificação por parte
dos componentes da equipe dos erros de zero e do erro de faixa, para que,
posteriormente, os mesmos fossem corrigidos, sendo que o primeiro erro que se
tentou identificar foi o de zero. No entanto, durante o decorrer desse processo
verificou-se que a válvula reguladora e o manômetro padrão estavam com um tempo
morto muito grande e que os valores indicados nesse monômetro não pareciam ser
coerentes com a abertura da válvula reguladora de pressão.
Dessa forma, os componentes da equipe optaram por utilizar a Mala Wallace
para o processo de calibragem da válvula de controle, tornando-a como parâmetro
para as medições. As conexões dos tubos de vinil com a bancada foram desfeitas e
refeitas na Mala, como ilustrado na Figura 2.
Figura 2 – Ligação com a Mala Wallace
Fonte: autoria própria.
O tubo transparente ficou responsável por fornecer suprimento para a válvula
reguladora de pressão da Mala Wallace. Uma extremidade do tudo de vinil de cor
amarela foi conectada à saída número 2 da mala e a outra extremidade foi conectada
ao atuador da válvula de controle.
Para identificar o erro de zero, a pressão foi sendo gradativamente elevada de
modo a permitir que se perceber-se o valor exato com que a haste da válvula estava
começando a se movimentar. O valor encontrado foi de 6 PSI, ou seja, a haste
começava seu deslocamento a partir desse valor.
O valor de pressão com que a haste deveria começar a se mover era a partir
de 3 PSI, já que há a necessidade do zero vivo. Para corrigir o erro de zero a equipe
utilizou uma chave do tipo Allen para reduzir a tensão na mola da válvula. Ao realizar
esse procedimento a pressão necessária para dar início ao deslocamento da haste
iria reduzir gradativamente.
A tensão da mola foi reduzida um pouco e em seguida testes foram realizados
para verificar se a haste já estava começando a se mover com os 3 PSI. Porém, isso
não aconteceu. Então, esse procedimento foi repedido várias vezes até que a haste
passou a iniciar seu deslocamento com 3 PSI, sendo, portanto, corrigido o erro de
zero.
Em seguida os componentes da equipe buscaram identificar o erro de faixa.
Dessa forma, foi colocada pressão máxima de controle, 15 PSI, na válvula. No
entanto, verificou-se que a haste da válvula continuava se movimentando com até 17
PSI. Então, retornou-se aos 15 PSI e o grampo que prendia a haste do aturador na
haste do corpo foi retirado para que as mesmas fossem reajustadas. Os 15 PSI foram
mantidos e a haste do corpo foi empurrada para baixo fechando totalmente a válvula.
Mantendo-se essa condição, o grampo foi recolado, ou seja, com 15 PSI a válvula
estaria totalmente fechada.
Por fim, verificou-se novamente se havia surgido erro de zero. Havia um
pequeno erro para mais que foi corrigido da mesma forma que o erro de zero inicial.
Novos testes foram realizados e constatou-se que a haste se deslocava a partir de 3
PSI e parava com 15 PSI, o que concluiu a calibragem da válvula de controle.
4 COMPARAÇÃO ENTRE A PRÁTICA E O ROTEIRO
O procedimento de calibragem da válvula de controle foi, em sua essência,
igual ao procedimento descrito no roteiro, todavia algumas pequenas diferenças na
execução da prática fazem necessária a comparação.
As primeiras diferenças entre a prática realizada em classe e o roteiro foram às
análises. Primeiramente foi analisado o estado estático da válvula, ou seja, quando
ela está desativada. Com o objetivo de encontrar quaisquer problemas que afetarão o
bom funcionamento da válvula, para em seguida analisar o estado dinâmico da
mesma. Portanto, quando está funcionando pode apresentar vazamentos que não
foram observados no seu estado estático.
Apesar desse aspecto não ser citado no roteiro ele é de extrema importância,
pois um vazamento de ar ou alguma obstrução que impeça a haste de se movimentar
pode interferir nos resultados das medições. Afinal, pode-se obter um resultado
inesperado, um erro fantasma, proveniente de um problema externo e não de
calibração; gerando uma calibração incorreta.
Outro aspecto que foi utilizado, apesar de não ser citado é o fato de serem
utilizados dois manômetros padrões durante a calibração, pois como a bancada de
teste apresentava erros. Somente com um manômetro não seria possível obter a real
intensidade da pressão aplicada pela válvula reguladora de pressão, possibilitando,
com isso, além de danos à válvula que deveria ser calibrada, uma má calibração.
Apesar dessas divergências entre os procedimentos das práticas, o roteiro
apresenta uma descrição detalhada e compatível com o procedimento de calibração
utilizado em classe. Foi necessário comparar os valores obtidos, com os valores
esperados, identificando os erros, a fim de melhor observar o deslocamento da haste
da válvula, identificando qual a natureza do erro da válvula. Foi necessário, também,
aumentar ou diminuir a tensão na mola para ajustar o zero e calibrar a válvula.
No conjunto, o roteiro foi bastante esclarecedor sobre as medidas que devem
ser tomadas para a calibração de uma válvula de controle. A similaridade do método
utilizado na válvula descrita no roteiro, com a da prática realizada em classe, esclarece
quais as medidas que devem ser tomadas na prática, e consequentemente facilita o
aprendizado da técnica de calibração de válvulas de controle.
5 ERROS NO PROCESSO DE CALIBRAGEM
O processo para a identificação do erro de calibragem segue as primeiras
etapas do roteiro, onde incialmente identifica-se a conexão das partes da válvula.
Verifica-se se essas conexões não estão erodidas, ou se há necessidade de substituí-
las. A calibragem da válvula disponibilizada no laboratório foi realizada com a
verificação das conexões da válvula; e a montagem do sistema de medição da
pressão de atuação na válvula, por meio da bancada. Devido à erros da indicação da
bancada, fez-se a substituição dessa com a utilização da Mala Wallace, que possuía
um manômetro padrão.
Após ter solucionado tais erros, conecta-se o manômetro padrão às entradas
da válvula, possibilitando a aferição dos valores mínimo e máximo de abertura da
válvula. Consequentemente, analisa-se se os valores estão dentro da faixa de 3 a 15
PSI. No processo realizado em laboratório verificou-se que a válvula de ação reversa
(ar para fechar) apresentou:
Erro de zero positivo. Pois, quando põe-se um valor inferior à entrada
mínimo, 3 PSI, há deslocamento da haste da válvula – no sentido
descendente. Apresentando, assim, erro negativo: 6 PSI.
Erro de multiplicação para menos. Pois, quando põe-se um valor inferior à
entrada máxima, 15 PSI, a haste da válvula continua o movimento
descendente. Apresentando, assim, o erro de range 17 PSI
Outro erro comum em qualquer processo de medição, está relacionado com a
precisão dos instrumentos utilizados no procedimento. No caso em questão, fez-se
uso do manômetro analógico, o qual apresentava erro de zero para mais, o que
contribui para possíveis erros de medição, por conta de sua precisão. Além disso,
esse tipo de instrumento pode ocasionar erros de leitura, pois demanda do operador
discernimento na leitura da escala. Afinal é necessário conhecer, claramente, as
casas decimais de medição e o algarismo duvidoso, a fim de evitar erros de operação.
Por fim, o último erro recorrente nesse tipo de prática, provém da linha de
transmissão, responsável por fornecer o ar comprimido ao atuador da válvula.
Fundamental para a calibragem, esse suprimento pode não fornecer um valor exato.
Para suprir este problema utiliza-se o posicionador de válvulas de controle.
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este trabalho teve como objetivo explanar sobre o processo de calibração da
válvula de controle do tipo Globo Convencional, da empresa Hiter, presente no
laboratório de Controle do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da
Bahia. A válvula em questão não apresentava problemas físicos que afetassem seu
funcionamento, porém, possuía erros de zero e multiplicação.
O manômetro utilizado para realizar esta tarefa também possuía erro de zero,
o que impossibilitou encontrar o valor exato da pressão aplicada no atuador, mesmo
assim, um chegou-se ao objetivo. 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
REFERÊNCIAS
HITER. Válvula de Controle Série 1000. [S,l.], Hiter, 2009.
HITER. Válvula de Controle Série 85-3 Vias. [S,l.], Hiter, 2007.
NETO, J. L. A. L. Instrumentação Básica para Controle de Processos: Elementos
Finais de Controle. [S,l.], 2014. PENTAIR. Hiter: Série 85. [S,l.], 2013.
REYNALDO, C. Válvulas de Controle – definições. Salvador: IFBA, 2012.
RIBEIRO, M. A. Válvulas de controle e segurança. 5. ed. Salvador: Primavera,
1999. SENAI. Instrumentação: elementos finais de controle. Espírito Santo: Senai, 1999.
VÁLVULAS e posicionadores. Disponível em: <http://goo.gl/u7c9Ol>. Acesso em: 13
jun. 2014.
