Evolución de los diagnósticos de válvulas de control

Software de diagnóstico
El software Valvesight de Flowserve, basado en la tecnología FDT/DTM, ofrece diagnósticos de válvulas de control gracias a la información obtenida de posicionadores inteligentes. Monitorea constantemente el estado de salud del conjunto válvula/actuador/posicionador y la muestra en una interface gráfica simple e intuitiva que permite visualizar el estado y reconocer posibles fallas.

 

¿Qué se puede hacer con una alimentación de 3,6 mA? Según Leo Hughes, gerente de capacitación y desarrollo de Baker Hughes, esta pregunta tan simple ha desafiado a algunas de las mentes más brillantes en este campo desde los años ’90.

En su presentación durante el 2018 Knowledge Forum de VMA (Valve Manufacturers Association), Hughes señaló que nos encontramos en la tercera década de posicionadores digitales alimentados por lazo y que ya se aprovechan al máximo las capacidades de desempeño que ofrecen sus diseños. Dentro de este contexto, recién en los últimos años se ha renovado el tema de los diagnósticos en válvulas de control.

 

Un poco de historia

Antes de los años ’80, todos los métodos de diagnóstico de válvulas eran manuales. Los técnicos solían usar dispositivos mecánicos de medición, calibres, manómetros y cosas por el estilo. La documentación era manual y, por lo general, los métodos dependían claramente de la experiencia del técnico. No había posibilidad alguna de diagnosticar en forma remota la salud de una válvula de control.

A partir de entonces, hicieron su aparición las computadoras personales (PCs), que se encargaban de la adquisición de datos conectándolas a la válvula. Fue la primera incursión en la recolección automática de datos desde una válvula de control, lo que permitía  ver qué hacía una válvula, su salud y cómo estaba funcionando. Esta tecnología fue adoptada primero en la industria nuclear por sus elevadas exigencias de exactitud.

En la mayoría de los casos, eran los fabricantes de válvulas de control quienes proveían este servicio. El tiempo era escaso, y todo estaba programado teniendo en cuenta cuánto tiempo llevaba diagnosticar, configurar y volver a poner todo en marcha. Si bien esto significaba una mejora respecto de las mediciones manuales, todavía no había monitoreo remoto, mientras el uso de las PCs y la capacidad de interpretar los datos obtenidos dependían en gran parte de la experiencia del técnico.

En 1994 aparecieron los posicionadores de válvula digitales. Hughes señaló que esta tecnología tuvo un comienzo difícil ya que todo era propietario, lo que dificultaba la posibilidad de comunicación entre sistemas para obtener diagnósticos. Los problemas llevaron a la necesidad de tener un protocolo estandarizado.

Esto llevó al advenimiento de HART (Highly Addressable Remote Transducer). Según Hughes, la idea detrás de este protocolo era la de usar las señales de comando de 4-20 mA existentes y superponer una firma digital a dichas señales. Las limitaciones de HART llevaron al desarrollo de fieldbus Foundation, tardando una década en acordar qué serían los protocolos totalmente digitales.

A partir del año 2000, fieldbus Foundation se convirtió en el estándar para nuevas plantas, mientras HART I/O se utilizaba para integrar información de válvulas con los sistemas digitales de control. La integración de un software PAM (Plant Asset Manage­ment) se fue generalizando y ahora es bastante estándar.

También apareció el software de diagnóstico online para validar el desempeño y la salud de una válvula de control mientras estaba en servicio. De esta forma, los diagnósticos se volvieron cada vez más independientes de la experiencia del técnico, además de ser más consistentes. El software puede ser programado para determinar qué podría hacer el mejor técnico a partir de los indicadores y elaborar una posible acción correctiva, incluyendo los repuestos necesarios.

 

Estándares industriales

El protocolo HART se convirtió en el estándar de facto en los mundos analógico e híbrido de antes, donde los instrumentos y los posicionadores de válvula instalados tomaban la información del campo y la enviaban de regreso.

En aplicaciones más recientes, la red completamente digital de fieldbus Foundation ofrece una amplia información y permite obtener datos extensos desde una gran variedad de dispositivos de campo.

Entre 2003 y 2010 hubo muchos intentos de instalar software en algunos de los principales sistemas de control distribuido (DCSs). Pero todos eran propietarios, por lo que, cada vez que había un cambio en el software de DCS, los fabricantes de válvulas se veían obligados a testear los cambios en sus sistemas.

Fue un gran desafío garantizar que el software y los diagnósticos de un determinado fabricante de válvulas pudieran funcionar en el sistema de control utilizado por el usuario. A modo de respuesta, surgieron dos sistemas estandarizados.

Uno fue FDT Group, que ofrece gráficos completos y que recibió una amplia aceptación por parte de los usuarios finales. El otro, EDDL, tiene gráficos limitados y una aceptación no tan amplia.

ISA 75.13 establece los criterios de desempeño de una válvula. Fue un buen comienzo, pero al haber tantas permutaciones de válvulas con actuadores, resultaba difícil conformar el estándar. Por su parte, ISA SP 75.26 definió pautas acerca de lo que se debería hacer en un test de diagnóstico.

 

Diagnósticos predictivos
Con cinco sensores de presión, el posicionador digital Logix 3800 permite a los operadores identificar y evaluar la severidad de los problemas que se van desarrollando en válvulas y actuadores para que puedan accionar antes de que se produzca un evento crítico.
• Alerta de presión de suministro – Monitorea la presión del suministro de aire de instrumentos.
• Alerta de fricción alta/baja – Monitorea el ajuste de empaquetadura y sellos.
• Alerta de fugas neumáticas – Monitorea un consumo excesivo de aire que indica fugas en el actuador o tubería.
• Error de posición a prueba de falla – Detecta problemas en el resorte del actuador a prueba de falla.
• Alerta de backlash – Monitorea el enlace del actuador con la válvula y detecta pérdida de conexiones.

 

Diagnósticos

En los años ’90, el problema pasaba por definir lo que podría o debería hacer un posicionador digital y qué se necesitaba del mismo. Con una alimentación limitada a 4 mA, los sistemas tenían que estar diseñados para elegir qué era lo más importante para la aplicación: ¿diagnósticos o performance? No se podía tener ambas cosas con una alimentación tan limitada.

Dentro de este contexto, los microprocesadores iban creciendo muy rápidamente, pasando de 8 bits a 16 bits y a 32 bits en muy poco tiempo, por lo que podían hacer mucho más que antes. Los fabricantes incorporaron mejores algoritmos de desempeño, además de diagnósticos y sensores de posición.

En sus comienzos, los sensores de posición en válvulas eran potenciómetros propensos a romperse, por lo que se pasó a sensores magnéticos sin contacto. A medida que la válvula se desplaza, la orientación del campo magnético también lo hace, de modo que estos sensores podían indicar cómo y adónde se estaba desplazando. También se comenzó a utilizar LEDs o LCDs con botones y menús, que aumentaban la capacidad de acceso y la confiabilidad.

Sin embargo, las características de diagnóstico permanecían relativamente sin cambios y los desafíos por obtener diagnósticos de una válvula de control no encontraban solución. El auto-monitoreo y las alarmas del posicionador hicieron posible realizar pruebas y tener diagnósticos continuos, pero muchas veces llevaban a una imagen incompleta de la causa raíz. No eran determinísticos.

Las firmas de diagnóstico offline también eran valiosas, pero sólo se podían implementar cuando el proceso estaba detenido, por lo que su cronograma solía estar basado en el mantenimiento de otros equipos. No tenían valor para el mantenimiento predictivo; tan sólo era posible determinar si la válvula había pasado mucho tiempo cerrada en el asiento, pero esto podía no tener mayor importancia para una aplicación en particular.

Así se llega al monitoreo de diagnósticos online. Requiere sólo un movimiento mínimo de la válvula y depende en gran medida de la integración del sistema de control a través de HART I/O o fieldbus Foundation. Las ventajas incluyen diagnósticos continuos, que es la primera línea de defensa en una estrategia escalonada de diagnósticos. También permite establecer tendencias en el entorno operativo de la válvula.

Los diagnósticos online ofrecen un análisis continuo mucho mejor. El posicionador puede indicar qué está pasando, estableciendo entonces tendencias en tiempo real. Permite monitorear las veces que se quiera y cuándo se quiera. También es posible iniciar un monitoreo programado o basado en condiciones en tiempo real.

Los problemas de las válvulas se pueden separar del desempeño del lazo de control o implementar un programa de gestión global de mantenimiento predictivo.

El almacenamiento de los datos de una válvula en la nube permite disponer de toda la información sobre materiales e historial de mantenimiento y reparaciones, lo que sirve para determinar si la válvula está realmente sana. Cada vez es más fácil acceder a los datos, lo que incluye el ciclo de vida completo de la válvula.

Todo esto avanza y hoy en día un técnico puede portar un casco inteligente que le permite hablar con alguien en la fábrica u otro experto en la materia. El experto remoto podrá ser consultado acerca de la válvula de control que interesa, ya que está en condiciones de ver lo que el técnico ve a través de las videocámaras instaladas en el casco.

Con este monitoreo remoto, la ciberseguridad pasa a ser un problema, de modo que es necesario incorporar las correspondientes protecciones. Una posible protección puede impedir mover o cambiar la válvula desde una ubicación remota de monitoreo.

 

Resumen

Los diagnósticos de válvulas online permiten que el personal de mantenimiento de planta o del servicio contratado pueda tomar decisiones informadas y proactivas acerca del mantenimiento de las válvulas.

Se trata de un panorama dinámico que, sin duda, seguirá firme en los años por venir.

 

Preparado en base a una presentación de  Leo Hughes, gerente de Baker Hughes, durante 2018 Knowledge Forum de VMA.

Los productos Valvesight y LOGIX 3800 son de Flowserve.

En la Argentina: Esco Argentina S.A.

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