Considerações técnicas na seleção de válvulas automáticas

En los sistemas de control, la válvula es un componente crítico en cualquier sistema de proceso. Tanto si se trata de una simple válvula manual de apertura/cierre, una válvula de control de flujo para servicios severos o una válvula de aislamiento crítica, los ingenieros dedican tiempo especificando y diseñando válvulas que puedan soportar una multitud de factores de funcionamiento. Un componente que es igualmente crítico y que a veces se pasa por alto, es el actuador.

La decisión de seleccionar válvulas automáticas requiere varias consideraciones. A continuación se presentan algunos factores a considerar al elegir un actuador:

• Aplicación

  Lo primero es saber qué se quiere conseguir en el sistema con la válvula, si se trata de un bucle de control de flujo, una válvula de aislamiento, una protección de bomba y también conocer cuáles son los factores del proceso (presión, temperatura y caudal) que requiere la aplicación. Aunque estos factores se suelen tener en cuenta a la hora de especificar una válvula, siguen siendo fundamentales para entender cómo pueden afectar al rendimiento de un actuador.

  Por ejemplo, si un actuador está infradimensionado, o no está especificado correctamente para la válvula y las variables del proceso, puede que no tenga la fuerza adecuada para cerrar completamente la válvula, lo que provocaría un control del proceso poco fiable. Un múltiplo típico dado de los pares de funcionamiento de la válvula para garantizar el funcionamiento correcto del actuador es el 25%. Esta diferencia entre el requisito de par de la válvula y la capacidad de salida del actuador asegura que la unidad seguirá funcionando bien y proporcionará una medida de protección contra los cambios del proceso.

• Esquema del sistema de control

  Los usuarios deben considerar cómo interactúa el sistema de control con el actuador. También deben determinar si el actuador utilizará aire o electricidad para funcionar.  Además es importante saber qué requisitos de retroalimentación se requieren del actuador. Por ejemplo, un requisito podría ser una señal de retroalimentación en forma de 0-10 voltios para verificar la posición de la válvula de vuelta al controlador lógico programable (PLC).

• Fiabilidad y criticidad de los activos

  Otro resultado negativo de la elección del actuador equivocado es la pérdida de repetición en el control. El actuador incorrecto puede funcionar en una aplicación durante un corto período de tiempo pero, si esta válvula funcionara mal, podría causar un impacto en el proceso que afectaría a los usuarios o al medio ambiente. Los usuarios deben examinar qué medidas debe tomar la unidad en caso de pérdida de control o de energía. Comprender cómo funcionan juntos la válvula, el actuador y cualquier control es fundamental para tener éxito. Además, hay que estudiar los requisitos legales, códigos o normas que exigen un nivel específico de rendimiento que pueden variar según las industrias y aplicaciones.

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• Custo

  Aunque no sea el único factor decisivo para hacer la elección más técnica y económica, se debe tener en cuenta el presupuesto global del proyecto al seleccionar válvulas automáticas. Mientras que existe la consideración del costo de la inversión inicial, también existe la necesidad de operar y mantener un activo durante su ciclo de vida. Dependiendo del consumo de aire o electricidad o del costo de mantenimiento y reparación, un costo inicial menor puede perderse con el tiempo al intentar resolver problemas con una unidad con problemas.

  Cada actuador tiene que realizar, como mínimo, los siguientes propósitos funcionales:

  • Los actuadores procesan la entrada de control para mover el miembro de cierre de la válvula hasta la posición de desplazamiento deseada. Deben ser capaces de mantener el miembro de cierre en esa posición de forma fiable hasta que cambie la señal de control. En un actuador neumático, esto se consigue aplicando aire a una membrana o pistón para mover la válvula. Los posicionadores neumáticos y electroneumáticos son formas comunes de convertir pequeñas señales neumáticas o electrónicas para el servicio de modulación. Un actuador eléctrico recibe una señal de control de un cambio de tensión, corriente o resistencia y responde utilizando un motor eléctrico y un tren de engranajes para convertir la fuerza de rotación en par o empuje. Al cerrar o abrir completamente una válvula de cierre, los actuadores deben tener el par disponible para proporcionar el cierre deseado y el par de arranque disponible para mover el miembro de cierre fuera del asiento. En los actuadores neumáticos, la cantidad de par depende del tamaño de la superficie que recibe el aire de suministro, como un pistón, y de la presión aplicada. Los actuadores eléctricos utilizan el tamaño del motor y la relación de engranaje para lograr las salidas de par y velocidad.
  • Los actuadores deben hacer funcionar la válvula a la velocidad necesaria para lograr resultados óptimos para el proceso, reduciendo al mismo tiempo el desgaste mecánico y asegurando el mayor ciclo de vida posible. La aplicación de una gran cantidad de fuerza rápida y repetida puede provocar daños en la válvula y el actuador si no se especifica correctamente. En una aplicación neumática, puede ser necesario aumentar el tamaño del actuador para garantizar una mayor potencia disponible, o pueden emplearse accesorios de control especializados como posicionadores, solenoides, reforzadores o escapes rápidos para aumentar los tiempos de ciclo. La velocidad de un actuador eléctrico puede manipularse de varias maneras. Algunos actuadores disponen de placas electrónicas que manipulan la salida de velocidad, manteniendo un par constante. Otros actuadores deben ensamblarse con la relación de engranajes y las configuraciones de motor adecuadas, lo que limita este ajuste a lo puramente mecánico.
  • Los actuadores deben tener algún nivel de seguridad, ya sea en posición cerrada o abierta, y ser capaces de mantener esa posición hasta que se pueda reanudar el funcionamiento normal. En un sistema neumático, este requisito tiene diversos niveles de complejidad en función del requisito de seguridad. La opción más común es una unidad de retorno por muelle que fuerza al actuador a abrirse o cerrarse tras la pérdida de aire de suministro o de la señal de control. En ocasiones, puede ser necesario añadir accesorios adicionales como un depósito acumulador, solenoides especializados y relés neumáticos para proporcionar aire a las unidades sin muelle o cumplir los requisitos de fallo en posición. En un actuador eléctrico, la batería o el condensador, los failsafes son soluciones bastante comunes. Una batería, un banco o un condensador almacena energía y la proporciona cuando se pierde la alimentación o la señal de control. La tensión mecánica del motor y el tren de engranajes mantiene entonces la válvula en su sitio hasta que se restablece la energía.

Se debe seleccionar válvulas automáticas com tecnologías que no sólo sirvan para el propósito básico del control de procesos en las instalaciones, sino también más funciones y ventajas que maximicen la productividad, aumenten los resultados y resuelvan los problemas que contribuyen a la pérdida de tiempo de actividad y rentabilidad.

Tipos de válvula, tamaño y rendimiento para seleccionar válvulas automáticas

Existen diferentes tipos de válvulas automatizadas disponibles habitualmente, basándose en su función y en las características del fluido que va a controlar la válvula, se ha de seleccionar válvulas automáticas teniendo en cuenta una serie de consideraciones.

El sistema de válvulas y actuadores está diseñado para satisfacer una serie de requisitos de caudal y tamaño de las tuberías. Hay una versión de construcción de tres vías disponible para aplicaciones que requieren un control preciso de la temperatura.

Existen dos distinciones principales del tipo de válvula

• Válvulas de encendido/apagado automatizadas
• Válvulas de control automatizadas.

Al considerar las válvulas de control automatizadas, los usuarios finales deben asegurarse de considerar el tipo de resolución de control que necesitarán para la aplicación. En última instancia, con una válvula de control, se intenta dimensionar y seleccionar una válvula que tenga una característica que permita que el sistema sea lineal con una ganancia instalada de 0,5 a 2.

En cuanto al dimensionamiento y el rendimiento de las válvulas en función de las características de flujo, presión y temperatura de los medios que circulan por el sistema de tuberías, los usuarios deben considerar cuidadosamente la capacidad del material de la válvula desde una perspectiva de corrosión/erosión con los medios que están fluyendo, así como las limitaciones de presión y temperatura de un material determinado para asegurar que el material y la clasificación de la clase de presión que se selecciona para la válvula cumple con los requisitos del código.

Consideraciones sobre las tuberías para seleccionar válvulas automáticas

Al explicar cómo el tipo de sistema de tuberías utilizado puede afectar a la hora de seleccionar válvulas automáticas, hay que tener en cuenta que la capacidad de la válvula viene dictada por normas que definen el número de tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo de las válvulas, así como la ubicación de los sensores para poder medir la capacidad de la válvula en un entorno de laboratorio. Cada vez que se entra en un sistema de tuberías potencialmente comprimido, también existe el riesgo de que la capacidad de la válvula sea diferente a los valores publicados. Por ello, también es bueno tener en cuenta que las normas permiten un margen de error en la capacidad dictada por los códigos de la industria.

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