Avances en la automatización de válvulas de control

La automatización de válvulas de control ha logrado importantes avances en los últimos años. Si bien las válvulas de control en sí mismas no se han modificado, se presta cada vez mayor atención a la automatización y posicionamiento preciso de estos dispositivos.

A continuación se describe la importancia de la automatización de válvulas de control en las modernas plantas de proceso y cómo se puede conseguir un desempeño óptimo de la válvula.

A la hora de elegir un dispositivo o tecnología para automatizar válvulas, son muchos los factores a tener en cuenta: requerimientos de la aplicación específica, certificaciones eléctricas, nivel de integridad de seguridad (SIL), protocolos digitales versus comunicación analógica tradicional y muchos más.

 

Introducción

Un posicionador de válvula es un componente crítico del elemento de control final de un ciclo de proceso, o sea de la válvula de control. Los posicionadores convierten las señales eléctricas en señales neumáticas para controlar el desplazamiento del actuador. De esta forma se consigue mantener la válvula en una determinada posición en respuesta a una señal de control de proceso variable.

Los fabricantes de posicionadores de válvulas de control deben cumplir con rigurosos requerimientos de eficiencia, confiabilidad y consumo reducido de energía y, al mismo tiempo, ofrecer dispositivos de costo económico que responden a los requerimientos industriales.

Por su parte, la necesidad de tener diagnósticos predictivos es una característica que no puede faltar en los posicionadores de válvulas. Es de fundamental importancia poder predecir fallas en la válvula, la señal de control y el posicionador antes de que se conviertan en un evento catastrófico y paren la planta.

 

Avances recientes

La industria de las válvulas de control no innova tan rápidamente como ocurre en otros campos tecnológicos. En lugar de grandes avances innovadores, los productos se van adaptando y mejorando lentamente en el tiempo, ofreciendo una tasa de progreso lenta pero constante.

En la última década, los desarrollos en posicionadores de válvula inteligentes y digitales han superado claramente la performance de los sistemas mecánicos y electroneumáticos. Mientras tanto, los avances en protocolos de comunicaciones digitales permiten que la tecnología de controladores inteligentes progrese e integre una funcionalidad más sofisticada.

Por ejemplo, los fabricantes de posicionadores se van alejando de los diseños que requieren un contacto directo con el vástago de la válvula para realimentación al posicionador a favor de la tecnología de sensores de efecto Hall sin contacto.

Asimismo, las mejoras en cuanto a diagnósticos de dispositivos tienen que ver con facilitar la transición del mantenimiento tradicional correctivo y programado al mantenimiento predictivo. Los diagnósticos con posicionadores de válvula son cada vez más sofisticados y ofrecen la posibilidad de testear válvulas para determinar si requieren mantenimiento o reemplazo.

Los protocolos de fieldbus digitales y las unidades de procesamiento central de baja potencia aceleraron la evolución del posicionador de válvula. Igual que los sensores y controladores de proceso que incorporaron capacidades inteligentes, los posicionadores y los controladores de válvula también siguieron por el mismo camino.

El advenimiento de posicionadores inteligentes de válvulas de control con capacidades internas de tendencias, diagnósticos, estados de alarma, etc., elimina, en muchos casos, la necesidad de un software externo. Esta solución es más segura en caso de fallas, ya que los cambios de configuración deben realizarse físicamente en el posicionador.

Además, el conservar datos históricos de la válvula en el posicionador en lugar de hacerlo en el software del sistema de control distribuido garantiza que no se pierda información valiosa si el posicionador llegara a ser retirado de servicio. Asimismo, la posibilidad de configurar localmente el posicionador elimina la necesidad de un dispositivo portátil costoso.

Algunas de las innovaciones más importantes en el monitoreo automatizado de válvulas tienen que ver con el aire de suministro (por ejemplo, medir y registrar la presión del suministro de aire al posicionador y enviar una alarma si cae por debajo de un valor predeterminado), el aire de salida (por ejemplo, medir y registrar la presión del aire de salida al actuador y enviar una alarma si no se hace presente después de un determinado período de tiempo), emisiones (por ejemplo, detectar una fuga en la sección de fuelle de la válvula de control y cerrar la válvula sin control externo si aparece una fuga), y solenoides de parada de emergencia (ESD) (por ejemplo, testear y determinar si el solenoide opera según lo requerido en caso de una emergencia).

Una mejora muy importante en la tecnología de válvulas automatizadas es el test de carrera parcial (PST), una característica incorporada en el posicionador que mueve una válvula ESD de la posición 100% abierta a una posición predeterminada (80%) y luego de vuelta a 100%. Esto indica que la válvula se moverá cuando sea necesario. Las nuevas técnicas permiten realizar el PST desde una fuente externa o automáticamente de acuerdo a un intervalo predeterminado, reportando los resultados de pasa-falla del test.

Además, la generación actual de posicionadores inteligentes puede utilizar entradas discretas y salidas discretas para disparar una salida a control, mientras que el monitoreo de la fricción de la válvula puede indicar el aumento o la disminución de la fricción en la válvula y el tipo de histéresis que está causando.

En cuanto a las mejoras en la salud de dispositivos y sistema, ahora es posible realizar tests de firma de válvula para evaluar con exactitud la condición de sus componentes internos, eliminando servicios de equipos, compras de repuestos y reemplazos innecesarios de válvulas. Es posible correr simultáneamente tendencias e histogramas para seguir el desempeño del posicionador, y entregar un listado de estados de alarma con el registro de las alarmas.

Todas estas características avanzadas permiten determinar la salud general de los activos e instrumentos y luego formular estrategias eficaces de mantenimiento.

También hay disponibles soluciones avanzadas para el monitoreo de emisiones fugitivas que evitan fallas en el sello de fuelle y empaquetadura de la válvula, con la potencial descarga de gases peligrosos. De esta forma,  el posicionador puede sensar internamente la carcasa del sello de fuelle, abrir o cerrar la válvula, o moverla a una posición predeterminada si la presión es demasiado grande. Si el posicionador detecta una fuga, puede enviar una alarma alertando a los operadores acerca del estado de la válvula. Gracias a la detección temprana de emisiones fugitivas mediante el monitoreo de fugas, las plantas pueden programar de inmediato un mantenimiento para minimizar la contaminación del aire y evitar multas.

Por último, el consumo de energía es una preocupación crítica en los equipos industriales. Los sistemas de control alguna vez se diseñaban con la fuente de alimentación entregando 1,5 veces los requerimientos de corriente para la alimentación de lazos individuales.

Con el tiempo, las plantas fueron  aumentando gradualmente sus demandas de consumo de energía en cada gabinete de E/S al punto de afectar los instrumentos de campo. Los fabricantes de instrumentos respondieron a esta situación desarrollando nuevos diseños de posicionadores con una mayor eficiencia energética. Los anteriores posicionadores requerían aproximadamente 2 a 3 watts (W) para operar, mientras que la generación actual de posicionadores requiere tan sólo 0,5 a 0,75 W para operar, incluso con características avanzadas.

 

Posicionador digital Logix 3800
Este posicionador digital de alta precisión simplifica la instalación gracias a una fácil configuración y calibración. También mejora el tiempo de operación del proceso, la confiabilidad y la productividad. Sus diagnósticos avanzados no sólo identifican problemas en la válvula de control, sino que también promueven acciones correctivas que aceleran el retorno a la operación.

 

Elegir la solución correcta

Los modernos diseños de posicionadores de válvulas de control permiten su uso como dispositivos on/off o en cualquier combinación de control para incluir regulación, modulación, mezcla o incluso aislación.

Los posicionadores son dispositivos de alta ingeniería y no deben ser tratados como productos básicos. No hay que olvidar que el desempeño de una válvula de control afecta directamente la eficiencia de una planta, la rentabilidad general y los costos del ciclo de vida de los activos.

Las plantas de proceso plantean dos requerimientos básicos para las válvulas de control: facilidad de uso y rentabilidad. Sin embargo, a la hora de elegir un dispositivo para automatizar válvulas, también entran en juego otros factores importantes:

  • Requerimientos específicos de una aplicación
  • A prueba de explosión
  • Seguridad intrínseca
  • Montaje remoto
  • Alta temperatura
  • Baja temperatura
  • Certificaciones eléctricas
  • FM
  • CSA
  • ATEX
  • Especificación SIL
  • Sistema de seguridad

La comunicación fomenta la automatización en instalaciones industriales complejas. Al respecto, los posicionadores de válvulas de control deben ser capaces de comunicarse con todos los protocolos reconocidos de dispositivos de campo, que van desde los tradicionales analógicos a HART, Mod­bus, PROFIBUS, fieldbus Foun­da­­tion y Ethernet Industrial.

Un posicionador de válvulas que integra comunicaciones digitales ofrece a los operadores de planta una mayor visibilidad y control sobre activos críticos. Los posicionadores inteligentes tienen una mayor capacidad y brindan beneficios prácticos como consecuencia de una mejor performance de la planta y mayores eficiencias operativas.

La principal razón que explica la popularidad de los posicionadores digitales es que pueden hacer mucho más que controlar la posición de la válvula.

Los posicionadores más recientes también pueden recolectar datos sobre la válvula para alertar automáticamente a los usuarios acerca de su desempeño y montaje.

 

Posicionador inteligente LOGIX 3200MD
El posicionador LOGIX 3000MD de Flowserve cuenta con certificación para uso en áreas clasificadas, a prueba de explosión e intrínsecamente seguras (FM, ATEX, IEC, INMETRO, entre otras). Puede utilizarse en válvulas lineales y rotativas con actuadores de simple y doble efecto. El posicionador cuenta con un botón de autocalibración QUICKCAL que permite su puesta en servicio en unos segundos y también el ajuste local de ganancia para variar la respuesta sin modificar los parámetros del lazo. Como opcionales cuenta con realimentación de posición con salida de 4-20 mA, cerramiento totalmente en acero inoxidable para instalación en ambientes adversos y montaje remoto para aplicaciones con muchas vibraciones.

 

Mirando hacia el futuro

Una respuesta lógica a las crecientes presiones económicas, ambientales y competitivas es modernizar la tecnología de automatización, por lo que muchas empresas invierten en dispositivos de control de última generación.

Ya hay tecnología que permite simplificar las operaciones y hacerlas más eficientes. Los proveedores de soluciones con válvulas automatizadas incorporan ahora características que permiten responder a los cambiantes requerimientos de la industria. Van apareciendo nuevas formas de comunicación, así como también herramientas para responder a requerimientos adicionales de diagnóstico.

La posibilidad de cambiar válvulas de control lineales neumáticas por válvulas de control lineales eléctricas ya está en el horizonte.

Las válvulas de control son una opción lógica para la inteligencia digital y suelen ser uno de los elementos más importantes a la hora de establecer una estrategia exitosa de gestión de activos de planta. Además, al disponer de capacidades de automatización de válvulas más inteligentes, los usuarios finales podrán diagnosticar y reparar mejor un problema antes de que ocurra una falla.

 

Conclusión

Una mayor automatización de las válvulas de control permite mejorar continuamente la eficiencia del proceso y la calidad del producto al tiempo que protege personas, plantas y medioambiente.

Con la más reciente generación de posicionadores de válvulas de control inteligentes, es posible tener más diagnósticos a nivel local y comprender mejor el desempeño de una válvula a un menor costo.

Cualquier decisión de usar un posicionador en una válvula debe hacerse con especialistas experimentados en válvulas de control, quienes podrán asesorar sobre el tipo más adecuado de posicionador y técnica de instalación a fin de optimizar la válvula de control.

 

Representante de Flowserve en Argentina: Esco Argentina S.A.

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