Setenta e cinco válvulas se movimentando de forma errática: a mola enferrujada do posicionador que ninguém previu

Uma análise da manutenção de válvulas de controle, baseada no artigo do instrumentationtools.com "Válvulas de Controle com Curso Irregular Atrasando a Reinicialização da Planta após o Desligamento".

Por que 75 válvulas de controle apresentaram cursos irregulares durante a reinicialização da planta?

Após uma parada de quatro meses da planta de água causada por uma seca severa, as operações se prepararam para retomar as atividades. Enquanto os técnicos acionavam os equipamentos de campo para verificar a prontidão, aproximadamente 75 válvulas de controle começaram a apresentar cursos irregulares. Apesar dos esforços de engenheiros de instrumentação qualificados e de equipes de manutenção experientes, os ajustes padrão dos posicionadores não conseguiram estabilizar as malhas.

A investigação inicial concentrou-se nos pontos de falha esperados, principalmente em conjuntos de foles de entrada ou saída danificados. No entanto, a telemetria da planta informou que o ar de instrumentação estava limpo e sem óleo, com ponto de orvalho de projeto de -40°C, e os componentes externos dos foles, inspecionados na bancada, pareciam novos. Quando componentes limpos apresentam oscilações dinâmicas imprevisíveis, os procedimentos de diagnóstico em campo devem ir além das inspeções superficiais e examinar o equilíbrio mecânico interno do posicionador de válvula.

Que falha mecânica oculta dentro dos foles de entrada causou a oscilação da válvula?

A desmontagem de um posicionador problemático revelou o culpado inesperado: alojada dentro do conjunto de foles de entrada havia uma pequena mola de retorno. A mola estava severamente corroída e se desintegrou imediatamente sob uma leve pressão dos dedos. As desmontagens posteriores de outros três posicionadores irregulares revelaram a mesma desintegração das molas.

Em posicionadores pneumáticos e eletropneumáticos de equilíbrio de forças, essa mola interna fornece a força restauradora essencial que se opõe à pressão do sinal. Quando a mola se rompe, o equilíbrio mecânico entra em colapso. Mesmo quando os sinais de controle de 4–20 mA provenientes de um módulo de saída analógica estão estáveis e as folgas do bico-palheta parecem corretas, a haste da válvula oscila, ultrapassa o ponto de ajuste ou emperra. Como a mecânica física determina o span do posicionador, o reajuste eletrônico do zero não consegue compensar a ausência de uma força mecânica contrária.

Como a planta superou um prazo de três meses do fornecedor para os conjuntos de foles?

Quando foi contatado, o fornecedor estrangeiro do equipamento se recusou a fornecer molas de reposição individuais, cotando conjuntos completos de foles de entrada a um custo elevado e com um atraso de três meses para o envio. Um prazo desse tipo teria paralisado os compromissos de reinicialização da planta.

O chefe de manutenção levou uma amostra de mola intacta a um fabricante local de molas de precisão e encomendou uma primeira série de 25 unidades correspondentes em poucas horas. Como molas produzidas com fio do mesmo diâmetro e da mesma classe reproduzem as características originais de carga-deflexão dentro das tolerâncias de fabricação, a calibração do curso do posicionador absorve facilmente pequenas variações na taxa da mola. Seis válvulas de teste, com diferentes comprimentos de curso, demonstraram calibração imediata e repetível, sem histerese. Após esse sucesso, um pedido de mais 60 molas restaurou as válvulas restantes sem atraso operacional.

Qual é o fluxo de trabalho recomendado para diagnóstico e reparo em campo de posicionadores irregulares?

Ao enfrentar problemas generalizados de curso das válvulas após uma parada, execute o seguinte procedimento sistemático:

• Verifique a qualidade do ar no ponto de uso: Meça o ponto de orvalho e o teor de óleo diretamente nos manifolds das válvulas de campo, em vez de depender exclusivamente das leituras do cabeçalho central do compressor.
• Separe os comandos elétricos do feedback mecânico: Forneça um sinal de teste conhecido diretamente ao posicionador ou compare-o com um controlador inteligente de válvula para confirmar se a oscilação se origina no ajuste da malha ou no feedback mecânico.
• Inspecione os componentes mecânicos internos: Remova os foles de entrada e verifique se as molas de retorno estão livres de corrosão, fraturas por tensão e perda de tensão.
• Fabrique reposições locais de precisão quando justificável: Reproduza o calibre do fio, o número de espiras ativas e a metalurgia, documentando as certificações do fornecedor nos registros de manutenção.
• Aplique proteção anticorrosiva: Mergulhe as molas de reposição em um primer anticorrosivo protetor e deixe-as secar completamente antes da instalação.
• Realize uma calibração abrangente do curso: Execute verificações de zero, span e linearidade em 0%, 25%, 50%, 75% e 100% do curso, registrando as assinaturas básicas do curso.

Como as equipes de manutenção podem evitar a corrosão dos posicionadores e as interrupções do sistema de ar?

A corrosão dentro de foles selados normalmente resulta de variações não monitoradas do ponto de orvalho durante perturbações no compressor ou regenerações do dessecante. Uma única entrada de umidade não detectada pode oxidar dezenas de molas delicadas em toda a instalação.

Para evitar a recorrência, as equipes de instrumentação devem configurar alarmes automáticos para as temperaturas de saída e os pontos de orvalho dos secadores de ar, tratando qualquer variação acima da especificação como um evento de manutenção em toda a planta. Além disso, as plantas que utilizam posicionadores operados por piloto da Emerson Fisher ou similares devem manter em estoque kits de reparo de subconjuntos críticos e identificar parceiros locais qualificados para fabricação antes que ocorram interrupções na cadeia de suprimentos. O acompanhamento de longo prazo na instalação confirmou que as molas fabricadas localmente operaram de forma confiável por mais de quinze anos sem falhas.

Quais são as principais conclusões para a confiabilidade do sistema de controle?

A oscilação irregular das válvulas após uma parada para manutenção é frequentemente mecânica, e não eletrônica. Sempre audite a qualidade do ar na válvula, verifique as forças restauradoras mecânicas dentro dos subconjuntos do posicionador e utilize uma calibração disciplinada para validar reparos de precisão.

Autor: Yuan Tianyu é engenheiro de automação industrial com mais de 10 anos de experiência em PLC, DCS e sistemas de controle.