Posicionadores e Diagnósticos

INTRODUÇÃO

No início da automação, o elemento final de controle era somente uma válvula de controle. Acionada, em geral, pneumaticamente, a válvula era suficiente para ter o processo controlado e manter a planta produzindo.

Ao longo do tempo, com a experiência profissional e o desenvolvimento de novas ferramentas de modelamento matemático, o processo de produção passa a requerer controles mais finos e precisos, com vistas a melhorias de produção e otimização da qualidade. E a válvula de controle não podia mais trabalhar na base do “mais ou menos”.  Precisava atuar de forma mais precisa no processo.

Adicione-se a isso tudo o fato da energia ter seu custo aumentado em mais de 70 vezes desde a primeira crise do petróleo na década de 1970 e 1980, o que implicou na necessidade diminuir perdas, aumentar a eficiência energética dos processos e adotar formas mais racionais do seu uso. Mais uma vez, o elemento final de controle, isto é, a válvula, seria solicitada para um melhor desempenho. E, novamente, o posicionador é requerido nestes casos.

Por fim, mas não menos importante, é preciso considerar que nos últimos 10 anos tem aumentado a preocupação com o equilíbrio ambiental e os custos humanos, sociais e materiais, devido a acidentes decorrentes de falhas no controle de processo. De novo a válvula será considerada um elemento crítico do processo.

Para melhorar o desempenho e a confiabilidade da válvula de controle, os processos passam a utilizar os posicionadores. Primeiramente, visavam uma melhoria do desempenho da válvula. 

Buscavam a garantia de que a haste da válvula se aproximasse o mais possível da abertura  ideal. E mais: passam a levar em consideração a dinâmica da válvula, seu tempo de abertura ou fechamento, velocidade de resposta da variável controlada bem como a redução de oscilações indesejáveis nos processos.

 

 

Mais tarde, com a inclusão da  tecnologia digital na sua concepção construtiva, os posicionadores, antigamente considerados como mero acessório da válvula, no mesmo nível dos manômetros e filtros reguladores de ar, passam a ter uma posição de maior destaque na malha de controle. Contribuem significativamente, através da comunicação digital, para incrementar as informações disponíveis em tempo real (on line) para os engenheiros de processo e de controle. Assim, é possível testar com mais fundamento os modelos matemáticos teóricos adotados para controle e também ajustar as hipóteses iniciais do trabalho de modelamento.

Não só isso: os posicionadores digitais tem, hoje, a capacidade de monitorar a intensidade e a forma de utilização das válvulas de controle, apontando para as possibilidades, em futuro próximo ou distante, da necessidade de intervenção do pessoal de manutenção. Antes mesmo que a válvula venha a apresentar algum tipo de problema. Por outro lado, o posicionador auxilia a identificação de válvulas que não necessitam manutenção. Esta facilidade nos posicionadores é chamada função diagnóstico. 

 

POSICIONADOR DIGITAL INTELIGENTE SMAR – Em funcionamento

Planta Industrial

Uma malha fechada de controle típica envolve:

1. Medição e transmissão da variável de processo;

2. Um controlador que compara o valor do ponto de ajuste (set point) com o valor da variável de processo. A depender da diferença, conhecido como erro, toma uma ação corretiva para manter eliminar o melhor possível o erro entre a variável de processo e o ponto de ajuste.

 

Figura 2- Malha de Controle Típica

      

3. O sinal de correção enviado pelo controlador será usado pressurizar o atuador que movimentará a haste da válvula de controle, abrindo ou fechando o seu obturador (elemento vedante) alterando a vazão de produto.

4. A variável é novamente medida e o ciclo de repete, caracterizando um controle com realimentação negativa.

A função do posicionador é garantir o melhor possível que a abertura da válvula de controle esteja o mais próxima do sinal de saída do controlador. Para isso, o posicionador mede a posição da haste da válvula e compara com o valor recebido do controlador. Similarmente à descrição anterior, o posicionador faz aumentar ou diminuir a pressão no atuador da válvula de forma a eliminar o erro da posição da haste em relação ao sinal do controlador.

 

 

 

Isto significa que o posicionador, da mesma forma que o controlador, tem parâmetros de controle que precisam ser configurados para evitar oscilações indesejáveis no processo.

 

 

O posicionador pode ser montado em qualquer tipo de válvula, linear e rotativa. O posicionador pode ser aplicado em qualquer segmento industrial em que se use válvula de controle.

 

Os posicionadores são certificados para ambientes perigosos e explosivos. As certificações são emitidas por instituições nacionais e entidades internacionais de certificação.

Aplicações em ambientes com altas temperaturas, vibrações ou difícil acesso são facilitadas com a utilização do sensor remoto de posição. Os cabos de extensão estão disponíveis nos comprimentos de 5 m, 10 m, 15 m e 20 m.

Em aplicações para cursos acima de 100 mm usa-se o BFY-CL como acessório.

Veja a ilustração de funcionamento:

 

 

 

 

 

 

POSICIONADOR DIGITAL INTELIGENTE SMAR – Diagnósticos

Os diagnósticos no posicionador SMAR FY400 têm como objetivo fornecer informações sobre o estado geral do conjunto válvula e atuador mesmo em operação.Eles possibilitam ao usuário prever possíveis problemas e com isto atuar não só corretiva mas preventivamente.

As ações corretivas ou preventivas serão determinadas pelo profissional em instrumentação a partir da observação dos diagnósticos e a combinação dessas informações. Dependem diretamente do conhecimento do profissional sobre válvulas de controle, experiência, severidade e características do processo.

Cada um dos diagnósticos relacionados a seguir, possui parâmetros configuráveis que serão escolhidos pelo profissional de instrumentação em conjunto com os operadores do processo.

O diagnóstico somente poderá ser configurado por meio de um dispositivo digital que suporte e se conecte com o posicionador. O HPC401 permite habilitar e configurar os diagnósticos mais simples, enquanto o aplicativo SMAR CONF401 possibilita o uso das funções mais avançadas, incluindo a apresentação de gráficos de  diagnóstico. As funções e configurações de diagnóstico também  podem ser acessadas por aplicativos que usem o padrão FDT/DTM, ou ainda pelo Gerenciador de Ativos da SMAR AssetView.

Os diagnósticos do FY400 são:

1. Desvio: Indica o erro entre o ponto de ajuste e a real posição da válvula medida pelo sensor de posição. Além da visualização gráfica, este diagnóstico pode gerar um alarme configurável pelo instrumentista. Quando o desvio é acima do esperado e constante pode eventualmente significar um “agarramento” ou atrito excessivo das gaxetas de vedação. 

 

Figura 7 - Gráfico de Tendência do Desvio

 

 

2. Quilometragem da Válvula (Mileage): indica o percurso feito pela válvula e atuador. Quanto maior a quilometragem maior a utilização da válvula e, consequentemente, maior seu desgaste. Um alarme pode ser configurado pelo instrumentista se a quilometragem ultrapassar um valor de quilometragem considerado seguro.

3. Reversões: Conta o número de vezes em que a válvula muda o sentido de movimento, por exemplo, de abrindo para fechando ou vice versa, que indica um desgaste de suas partes móveis. Da mesma forma que os diagnósticos anteriores, existe um alarme a ser configurado que avisa quando o número de reversões ultrapassar um limite considerado seguro.

4. Limite de Curso (Stroke Limit): Indica o número de vezes em que a válvula atingiu seus limites máximo ou mínimo de abertura. Um alarme pode ser configurado também para este diagnóstico.

5. Problemas na Pressão de Alimentação: O diagnóstico de pressão verifica se a pressão de alimentação do posicionador está dentro dos limites estipulados pelo usuário. Este diagnóstico possui dois limites, um inferior e outro superior, que possibilitam verificar se a pressão está normal (good) ou gerar alarmes de pressão muito baixa (too low) ou muito alta (too high) no status do posicionador (Supply Pressure Status).

6. Fator de Carga (Load Factor): Este diagnóstico indica a porcentagem da pressão que está sendo utilizada para executar a movimentação da válvula de um ponto a outro. Quando seu valor ultrapassar o limite configurado pelo usuário pode indicar um agarramento da haste da válvula ou um acúmulo de incrustações em seus internos dificultando seu movimento. Disponível para visualização gráfica.

7. Partial Stroke Test – PST (Teste de Curso Parcial): Utilizado para monitoração de válvulas em serviços de segurança e bloqueio que precisam ser acionadas em caso de emergência ou shut-down. Este teste produz pequenas variações no ponto de ajuste e verifica se a haste da válvula se movimenta. A amplitude do movimento é configurável, de forma a não introduzir perturbações no processo.

O modelo FY303 também possue a facilidade de teste PST

 

Figura 8 - Tela do PST

 

 

8. Histograma do Curso (Travel Histogram): Indica estatisticamente o percentual de abertura da válvula ao longo do tempo. Útil para determinar a controlabilidade do processo.

 

Figura 9- Histograma do Curso da Válvula

 

 

9. Assinatura da Válvula (Valve Signature): Periodicamente, o posicionador levanta a assinatura da válvula e o profissional de instrumentação compara com a assinatura anterior. É uma indicação visual, clara e rápida para determinar o nível de degradação da válvula. A interpretação da variação da forma de alteração da curva depende fortemente da experiência do profissional que a interpreta.

 

Figura 10 - Assinatura de Válvula

 

 

Referências:

Cassiolato, César; Torres, Leandro - Gerenciamento de Ativos e Auto-diagnose
Nobre, Celso; Emboaba, Edson; Oliveira, Leonardo; Venturini, Valéria: Introdução ao PST - Partial Stroke Test (Teste de Curso Parcial)

Data de publicação: 2012-03-16 08:02:48