Una válvula de control es una válvula que se usa para controlar el flujo de fluido variando el tamaño del paso de flujo según lo indique una señal de un controlador. [1] Esto permite el control directo del caudal y el consiguiente control de las cantidades del proceso, como la presión , la temperatura y el nivel del líquido .
En la terminología de control automático , una válvula de control se denomina "elemento de control final".
Operación
La apertura o cierre de las válvulas de control automático se realiza habitualmente mediante actuadores eléctricos , hidráulicos o neumáticos . Normalmente, con una válvula moduladora, que se puede ajustar en cualquier posición entre completamente abierta y completamente cerrada, se utilizan posicionadores de válvula para asegurar que la válvula alcance el grado de apertura deseado.
Las válvulas accionadas por aire se utilizan comúnmente debido a su simplicidad, ya que solo requieren un suministro de aire comprimido, mientras que las válvulas operadas eléctricamente requieren cableado adicional y equipo de conmutación, y las válvulas accionadas hidráulicamente requieren líneas de suministro y retorno de alta presión para el fluido hidráulico.
Las señales de control neumático se basan tradicionalmente en un rango de presión de 3-15 psi (0,2-1,0 bar), o más comúnmente ahora, una señal eléctrica de 4-20 mA para la industria o 0-10 V para sistemas HVAC . El control eléctrico ahora incluye a menudo una señal de comunicación "inteligente" superpuesta a la corriente de control de 4-20 mA, de modo que el estado y la verificación de la posición de la válvula se pueden indicar al controlador. El HART , Fieldbus Fundación, y Profibus son los protocolos más comunes.
Una válvula de control automático consta de tres partes principales en las que cada parte existe en varios tipos y diseños:
- Actuador de válvula: que mueve el elemento modulador de la válvula, como una bola o una mariposa.
- Posicionador de válvula: que asegura que la válvula haya alcanzado el grado de apertura deseado. Esto supera los problemas de fricción y desgaste.
- Cuerpo de la válvula: en el que está contenido el elemento modulador, un tapón, un globo, una bola o una mariposa.
Acción de control
Tomando el ejemplo de una válvula neumática, hay dos acciones de control posibles:
- "Aire o corriente para abrir": la restricción de flujo disminuye al aumentar el valor de la señal de control.
- "Aire o corriente para cerrar": la restricción de flujo aumenta al aumentar el valor de la señal de control.
También puede haber fallas en los modos de seguridad :
- Fallo en el cierre de la señal de aire o de control "- En caso de falla del aire comprimido al actuador, la válvula se cierra bajo la presión del resorte o con energía de respaldo.
- Fallo en la apertura de la señal de aire o de control "- En caso de falla del aire comprimido al actuador, la válvula se abre bajo la presión del resorte o con energía de respaldo.
Los modos de operación de falla son requisitos de la falla de la especificación de control del proceso de seguridad de la planta. En el caso del agua de refrigeración, puede fallar la apertura y, en el caso de administrar un producto químico, puede fallar el cierre.
Posicionadores de válvulas
La función fundamental de un posicionador es entregar aire presurizado al actuador de la válvula, de manera que la posición del vástago o eje de la válvula corresponda al punto de ajuste del sistema de control. Los posicionadores se utilizan normalmente cuando una válvula requiere una acción de estrangulamiento. Un posicionador requiere retroalimentación de posición del vástago o eje de la válvula y suministra presión neumática al actuador para abrir y cerrar la válvula. El posicionador debe montarse sobre o cerca del conjunto de la válvula de control. Hay tres categorías principales de posicionadores, según el tipo de señal de control, la capacidad de diagnóstico y el protocolo de comunicación: neumático analógico y digital. [2]
Las unidades de procesamiento pueden usar la señalización de presión neumática como el punto de ajuste de control para las válvulas de control. Por lo general, la presión se modula entre 20,7 y 103 kPa (3 a 15 psig) para mover la válvula de la posición de 0 a 100%. En un posicionador neumático común, la posición del vástago o eje de la válvula se compara con la posición de un fuelle que recibe la señal de control neumático. Cuando aumenta la señal de entrada, el fuelle se expande y mueve un rayo. El rayo gira alrededor de un eje de entrada, lo que acerca una aleta a la boquilla. La presión de la boquilla aumenta, lo que aumenta la presión de salida al actuador a través de un relé amplificador neumático. El aumento de presión de salida al actuador hace que el vástago de la válvula se mueva. El movimiento del vástago se retroalimenta a la viga por medio de una leva. A medida que la leva gira, el rayo pivota sobre el eje de retroalimentación para mover la aleta ligeramente lejos de la boquilla. La presión de la boquilla disminuye y reduce la presión de salida al actuador. El movimiento del vástago continúa, alejando la aleta de la boquilla hasta que se alcanza el equilibrio. Cuando la señal de entrada disminuye, el fuelle se contrae (con la ayuda de un resorte de rango interno) y la viga gira alrededor del eje de entrada para alejar la aleta de la boquilla. La boquilla disminuye y el relé permite la liberación de la presión de la carcasa del diafragma a la atmósfera, lo que permite que el vástago del actuador se mueva hacia arriba. A través de la leva, el movimiento del vástago se retroalimenta a la viga para reposicionar la aleta más cerca de la boquilla. Cuando se obtienen las condiciones de equilibrio, el movimiento del vástago se detiene y la aleta se coloca para evitar cualquier disminución adicional en la presión del actuador. [2]
El segundo tipo de posicionador es un posicionador I / P analógico. La mayoría de las unidades de procesamiento modernas utilizan una señal de CC de 4 a 20 mA para modular las válvulas de control. Esto introduce la electrónica en el diseño del posicionador y requiere que el posicionador convierta la señal de corriente electrónica en una señal de presión neumática (corriente a neumática o I / P). En un posicionador I / P analógico típico, el convertidor recibe una señal de entrada de CC y proporciona una señal de salida neumática proporcional a través de una disposición de boquilla / aleta. La señal de salida neumática proporciona la señal de entrada al posicionador neumático. De lo contrario, el diseño es el mismo que el del posicionador neumático [2]
Mientras que los posicionadores neumáticos y los posicionadores analógicos I / P proporcionan un control básico de la posición de la válvula, los controladores de válvula digitales añaden otra dimensión a las capacidades del posicionador. Este tipo de posicionador es un instrumento basado en microprocesador. El microprocesador permite el diagnóstico y la comunicación bidireccional para simplificar la configuración y la resolución de problemas.
En un controlador de válvula digital típico, la señal de control es leída por el microprocesador, procesada por un algoritmo digital y convertida en una señal de corriente de excitación al convertidor I / P. El microprocesador realiza el algoritmo de control de posición en lugar de un conjunto mecánico de viga, leva y aleta. A medida que aumenta la señal de control, aumenta la señal de control al convertidor I / P, lo que aumenta la presión de salida del convertidor I / P. Esta presión se envía a un relé de amplificador neumático y proporciona dos presiones de salida al actuador. Al aumentar la señal de control, una presión de salida siempre aumenta y la otra presión de salida disminuye
Los actuadores de acción doble usan ambas salidas, mientras que los actuadores de acción simple usan solo una salida. La presión de salida cambiante hace que el vástago o eje del actuador se mueva. La posición de la válvula se retroalimenta al microprocesador. El vástago continúa moviéndose hasta que se alcanza la posición correcta. En este punto, el microprocesador estabiliza la señal de excitación al convertidor I / P hasta que se obtiene el equilibrio.
Además de la función de controlar la posición de la válvula, un controlador de válvula digital tiene dos capacidades adicionales: diagnóstico y comunicación digital bidireccional. [2]
Los protocolos de comunicación más utilizados incluyen HART , FOUNDATION fieldbus y PROFIBUS.
Ventajas de colocar un posicionador inteligente en una válvula de control:
1. Calibración y configuración automática del posicionador. 2. Diagnóstico en tiempo real. 3. Reducción del costo de la puesta en servicio del lazo, incluida la instalación y calibración. 4. Uso de diagnósticos para mantener los niveles de rendimiento del lazo . 5. Precisión de control de proceso mejorada que reduce la variabilidad del proceso.
Tipos de válvula de control
Las válvulas de control se clasifican según una serie de atributos y características. Como
1. Según el perfil de caída de presión:
- Válvula de alta recuperación: estas válvulas normalmente recuperan la mayor parte de la caída de presión estática desde la entrada hasta la vena contracta en la salida. Estas válvulas se caracterizan por tener un coeficiente de recuperación más bajo. Ejemplos de válvula de alta recuperación: válvula de mariposa, válvula de bola, válvula de tapón, válvula de compuerta, etc. - Válvula de recuperación baja: estas válvulas normalmente recuperan una caída de presión estática muy menor desde la entrada hasta la vena contracta en la salida. Estas válvulas se caracterizan por tener un mayor coeficiente de recuperación. Ejemplo de válvula de baja recuperación: válvula de globo, válvula de ángulo
2. Según el perfil de movimiento del elemento de control:
- Vástago deslizante - Aquí el vástago / obturador de la válvula se mueve en un movimiento lineal en línea recta Ejemplos - Válvula de globo, válvula de ángulo, válvula de compuerta tipo cuña - Válvula giratoria - Aquí el disco de la válvula experimenta un movimiento giratorio Ejemplos - Válvula de mariposa, válvula de bola
3. Basado en la funcionalidad:
- Válvula de control: aquí la válvula controla los parámetros de flujo proporcionales a la señal de entrada recibida del sistema de control central. Ejemplo: válvula de globo, válvula de ángulo, válvula de bola - Válvula de cierre / encendido - Aquí la válvula está completamente abierta o completamente cerrada Ejemplo: válvula de compuerta, válvula de bola, válvula de globo, válvula de ángulo, válvula de manguito, válvula de diafragma, etc. - Válvula de retención - Aquí la válvula permite el flujo solo en una sola dirección - Válvula de acondicionamiento de vapor - Estas válvulas regulan el perfil de presión y temperatura del medio de entrada a los parámetros requeridos en la salida. Ejemplos: válvula de derivación de turbina, estación de descarga de vapor de proceso, etc. - Válvula de seguridad con resorte: estas válvulas se han cerrado a una fuerza pretensada del resorte, que se retrae para abrirse cuando la presión de entrada es igual a la fuerza del resorte.
4. Según el medio de actuación:
- Válvula manual - La válvula se acciona mediante un volante - Válvula neumática - La válvula se acciona mediante un medio compresible como aire, hidrocarburo, nitrógeno, etc. Normalmente, el actuador puede ser de tipo diafragma de resorte, tipo cilindro de pistón o tipo pistón-resorte - Hidráulico válvula - La válvula accionada por medio no compresible como agua o aceite - Válvula eléctrica - La válvula accionada por motor eléctrico
Existe una gran variedad de tipos de válvulas y operaciones de control. Sin embargo, hay dos formas principales de acción; el vástago deslizante y la acción giratoria.
Los tipos más comunes y versátiles de válvulas de control son los de globo de vástago deslizante, de bola con muesca en V, de mariposa y de ángulo. Su popularidad se deriva de la construcción robusta y las muchas opciones disponibles que los hacen adecuados para una variedad de aplicaciones de procesos. [3] Los cuerpos de las válvulas de control pueden clasificarse de la siguiente manera: [2]
Lista de tipos comunes de válvula de control
- Vástago deslizante
- Válvula de globo : tipo de dispositivo para bloquear o regular el flujo de fluidos
- Válvula de cuerpo en ángulo
- Válvula de pistón de asiento inclinado
- Giratorio
- Otro
Ver también
- Válvula de retención - Tipo de válvula
- Ingeniería de control : disciplina de ingeniería que aplica la teoría del control automático para diseñar sistemas con los comportamientos deseados.
- Sistema de control : sistema que gestiona el comportamiento de otros sistemas
- Sistema de control distribuido : sistemas de control computarizado con toma de decisiones distribuida
- Fundación Fieldbus
- Válvula de control de flujo : válvula que regula el flujo o la presión de un fluido.
- Protocolo de transductor remoto direccionable en autopista , también conocido como protocolo HART
- Instrumentación
- Controlador PID - mecanismo de retroalimentación del bucle de control
- Control de procesos
- Profibus
- SCADA , también conocido como control de supervisión y sistema de adquisición de datos
Referencias
- ^ Instrument Society of America Standard S561.1, 1976. como se reproduce en el "Manual de válvulas de control Fisher" cuarta edición de 1977.
- ^ a b c d e Soluciones de automatización de Emerson (2017). "Manual de válvulas de control" (PDF) (5ª ed.). Fischer Controls International LLC . Consultado el 4 de mayo de 2019 .
- ^ Hagen, S. (2003) "Tecnología de válvulas de control" Servicios de planta
enlaces externos
- Instrumentación de procesos (Clase 8): Válvulas de control Artículo de un sitio web de la Universidad de Australia del Sur.
- Calculadora del tamaño de la válvula de control Calculadora del tamaño de la válvula de control para determinar el Cv de una válvula.