1.
INTRODUCCIÓN
1.1.
Ataques Externos
1.2.
Ataques Internos
1.3.
Errores de Diseño de Piping
1.4. Errores en el Mantenimiento
1.5. Errores de Selección y Cálculo
1.
INTRODUCCIÓN
Tras la reunión técnica celebrada en Madrid por la “ISA” el 17/03/2015 “PATALOGÍAS EN LAS VÁLVUAS DE CONTROL”
en la que hemos tenido el placer de contar una vez más con la estimada
experiencia de: D. Antonio Campos y
con la presencia de otros profesionales a los que envidio como: D. Ángel Arranz
Aprovecho para dejar plasmadas en este artículo cuatro
pinceladas de lo que he podido retener.
(Asumo
la responsabilidad de cualquier barbaridad que pueda escribir, sin duda será
fruto de una mala interpretación por mi parte)
Dividimos las agresiones que sufre una válvula en los
siguientes grupos:
-Ataques externos
-Ataques internos
-Errores en el diseño del piping
-Errores en el mantenimiento
-Errores en la selección y cálculo
1.1.
Ataques Externos
Consideramos ataques externos, a todos aquellos ataques que
no son consecuencia del fluido del proceso.
Los ataques externos provienen del entorno donde se ha
instalado la válvula. Estos ataques pueden llegar a dejar la válvula inservible,
mucho antes de llegar al final de su vida útil prevista.
Para poder prevenir estos ataques se debe tener en cuenta
factores como: condiciones climatológicas, si la válvula está resguardada o en
la intemperie, si hay polvo, gases, humedad, identificar sustancias
potencialmente corrosivas que se encuentren próximas, condensaciones del propio
calorifugado, presencia de ambientes salinos, organismos vivos que puedan
atacar al equipo …
Es muy importante tener experiencia del sector industrial
y de la zona territorial donde se va instalar la válvula. Cada industria y
ubicación tienen sus peculiaridades, las buenas referencias serán cruciales
para hacer un buen trabajo.
Soluciones:
-Seleccionar correctamente los materiales de los cuerpos.
-Proteger las zonas expuestas como el tubing,
posicionador, actuador, cuerpo…; se pueden usar bolsas, cabinas, parasol a los
equipos electrónicos, pinturas y juntas especiales.
-Realizar un mantenimiento adecuado.
1.2.
Ataques Internos
Consideramos ataques internos a los daños causados por el
contacto del fluido de proceso con los internos de la válvula.
Estos daños pueden afectar a todas las parte mojadas
cuerpo, asiento, obturador…
A continuación, comentaremos algunos ataques internos con
los que nos podemos encontrar y que pueden dañar seriamente una válvula de
control
Alta
Velocidad:
Siempre que un fluido se encuentra un estrechamiento en
su camino, se origina un incremento de la velocidad durante dicha restricción.
Un exceso de velocidad en el paso del fluido, puede
producir un deterioro serio de la válvula y además incrementará el ruido y las
vibraciones que se transmitirán por la tubería.
Un elevado valor de velocidad se puede combinar con otros
efectos intensificándolos; por ejemplo acelerando la corrosión, aumentando la
abrasión con partículas en suspensión etc…
Los daños generados por una excesiva velocidad se suelen
materializar a la salida de las válvulas formando estrías o canales en los
cuerpos de las válvulas en la dirección del fluido
El límite de velocidad que evitará un daño inaceptable,
dependerá de las características del fluido y de la válvula (tipo, materiales…)
Como norma general:
-Velocidad límite de las válvulas de control en fluidos
como el agua se recomienda evitar superar 10 m/s
-Velocidad límite de las válvulas de control en fluidos
como el vapor se recomienda evitar superar 30 m/s (cuando se habla de gases se
suele medir en Match)
Cavitación:
La cavitación consiste en la implosión de las burbujas de
gas dentro del fluido líquido.
Para poder entender este fenómeno, debemos conocer la curva de presión
que seguirá un fluido al pasar a través de una válvula.
La válvula de control genera una caída de presión entre
dos puntos, por lo que la presión antes de la válvula siempre es mayor que la
presión aguas abajo.
Dentro de la válvula siempre se genera un rebote de la
presión. Durante un momento la presión caerá por debajo de la presión de salida
y luego poco a poco se irá recuperando (ver el dibujo anterior). La caída de
este rebote dependerá de las características de la válvula. Contra más complicada
sea la válvula y más maree al fluido por
sus internos menor será el rebote.
El coeficiente “FL” nos indicará que capacidad tiene la
válvula para evitar el rebote. Contra más se acerque “FL” a “1” menor será el
rebote y más complicada será la válvula.
La “CAVITACIÓN”
se producirá si durante ese rebote la presión en el fluido cae por debajo de la
presión de vaporización del propio fluido.
En este caso el fluido se vaporizará durante un instante, generando burbujas de
gas, pero tras el rebote la presión se recupera y dichas burbujas implosionan
volviendo otra vez a fase líquida.
Dicha implosión es un proceso que libera mucha energía
que es proyectada como flechas en todas las direcciones golpeando bruscamente
los internos de la válvula.
La cavitación es una situación que se debe evitar y que
muchas veces se resuelve seleccionando la válvula correcta.
Los daños generados por la cavitación se ven normalmente
en el obturador o en el asiento de la válvula, se podrá ver una pérdida
progresiva de material quedando la superficie cada vez más porosa.
Flashing:
El "Flashing" consiste en el cambio de estado del fluido, de líquido a gas, al producirse una caída de presión, tras pasar dicho fluido, a través de una restricción.
El “flashing” al contrario que la cavitación no se puede
evitar porque no depende de la válvula depende exclusivamente de las
condiciones de proceso.
Como se puede ver en la siguiente imagen la presión de vapor del fluido está por encima de la
presión de salida de la válvula, por lo
que a esa presión el fluido pasará a ser gas.
Durante el paso de líquido a gas, el gas ocupará mucho
más espacio que el que ocupada en fase líquida, por lo que la velocidad del
fluido se disparará a la salida. Por esta razón los daños generados por
“Flasing” son muy similares a los generados por alta velocidad, generando
surcos aún mayores que los generados por alta velocidad y siguiendo la
dirección del fluido.
En este caso los daños no se producirán principalmente en
el asiento o en el obturador (como pasaba en el caso de cavitación), ahora los
daños se producirán aguas abajo, en el cuerpo de salida de la
válvula.
La filosofía para seleccionar una válvula que controle un
fluido que flasea será prácticamente la contraría que en el caso de cavitación. En el flashing ya no nos interesa marear el fluido (porque el paso de líquido a gas será
inevitable); lo que se debe buscar, es que la vena contracta del fluido salga lo
antes posible de la válvula sin tocar prácticamente los internos de la misma.
Para ello solemos seleccionar válvulas en las que el fluido tienda a cerrar e
incluso en ángulo donde las burbujas salgan directamente hacia el centro de la
tubería.
Out gass:
Es un fenómeno similar al flashing, en este caso el fluido de entrada consta de una mezcla de líquido más un gas disuelto, con diferente composición y propiedades físicas. El "OUTGASS" ocurre cuando la caída de presión producida en la válvula rompe el equilibrio y el gas se libera.
Este valor de presión se alcanza antes que la presión de vaporización del líquido y su efecto puede ser más severo que el propio flasing, actuando antes y causando daños en los internos de la válvula. Protegerse contra este efecto puede requerir soluciones similares a cuando nos encontramos con flashing.
Este valor de presión se alcanza antes que la presión de vaporización del líquido y su efecto puede ser más severo que el propio flasing, actuando antes y causando daños en los internos de la válvula. Protegerse contra este efecto puede requerir soluciones similares a cuando nos encontramos con flashing.
La condensación es el fenómeno contrario a la cavitación,
es la formación de gotas en los internos de una válvula al circular un fluido gaseoso
por ella.
Estas gotas se pueden proyectar a gran velocidad contra
las paredes de las válvulas generando una abrasión en los
internos.
Corrosión:
La corrosión es un ataque que puede afectar tanto interna
como externamente a una válvula.
Es un efecto muy difícil de prevenir, ya que aunque
algunos factores que intervienen en la corrosión se pueden reproducir en un
laboratorio otros muchos factores son aleatorios y muy difíciles de predecir.
Esto hace que dos equipos sometidos aparentemente a las
mismas condiciones uno presente corrosión y otro no.
Algunos de los factores que se deben tener en cuenta son:
compatibilidad de los materiales, temperaturas, presiones del proceso,
ubicación del equipo, PH, concentraciones, condiciones ambientales, equipos
próximos….
Aún teniendo todos estos factores en cuenta, no se sabrá
con certeza los efectos de la corrosión, debido a por ejemplo:
-Pequeñas
variaciones de los datos de proceso.
-Se ha producido condensado bajo el aislamiento y se ha
empezado a comer la tubería.
-El packing ha empezado a fugar y se cuela aire que
reacciona con los gases del proceso que empiezan a comerse el vástago.
-La válvula está ubicada en una zona que ha pasado a ser un baño improvisado para los operarios.
-El soldador se le ha caído un poco de coca-cola en la soldadura.
-Etc...
Por todo esto la corrosión a veces se soluciona probando
y equivocándonos; siempre basándonos en la experiencia que otros han tenido en aplicaciones similares.
Los daños generados por corrosión suelen ser bastante
aleatorios, intensificándose principalmente en las zonas donde se incrementa la
velocidad de paso del fluido corrosivo.
Nota:
Es común que la corrosión se intensifique en zonas de transición entre fluidos o
materiales, por ejemplo el agua de mar corroe más los metales en las zonas
donde se presentan salpicaduras que en la zona totalmente sumergida o al
aire.
Cuando dos elementos reaccionan entre si alterándose sus características, su acción se intensificará más cuando los mantenemos separados que cuando los mezclamos, para entender esto se puede pensar en un imán, si queremos hacer un imán potente necesitamos un polo totalmente positivo y otro negativo, la corrosión es algo parecido la corrosión se intensificará al separar los materiales.
Cuando dos elementos reaccionan entre si alterándose sus características, su acción se intensificará más cuando los mantenemos separados que cuando los mezclamos, para entender esto se puede pensar en un imán, si queremos hacer un imán potente necesitamos un polo totalmente positivo y otro negativo, la corrosión es algo parecido la corrosión se intensificará al separar los materiales.
Debido a este efecto podemos entender porqué cuando las empaquetaduras empiezan a fallar y el aire ambiental
empieza reaccionar con los gases del proceso se puede producir un efecto
intensificado de corrosión en la zona de transición del vástago de la válvula.
Nota:
La corrosión por condensación en el calorifugado se suele producir en tuberías con
temperaturas próximas a la temperatura de saturación (por encima de estas
temperaturas no se suele producir condensaciones). Esta corrosión no se puede ver a simple
vista al estar debajo del calorifugado y se puede solventar con pinturas
especiales en la tubería. También se pueden dejar tramos extraíble para
comprobación o incluso se pueden colocar detectores lumínicos que se alumbran
cuando detectan humedad.
Abrasión:
Es la pérdida de material debido al impacto de partículas
en suspensión.
Los daños producidos dependerán principalmente de la
concentración, del tamaño de dichas partículas, la velocidad de paso, el ángulo
de incidencia y del marial de los internos de la válvula.
En el diseño de la válvula será clave estudiar el ángulo
con el que las partículas golpearán las caras internas.
Hay diferentes estudios donde se puede ver cómo según el
ángulo de incidencia ciertos materiales se comportarán mejor que otros.
Los daños por abrasión se suele materializar con zonas
pulidas más brillantes principalmente en los puntos donde la velocidad es mayor
(obturador y asiento).
1.3.
Errores de Diseño de Piping
Un diseño apropiado de las tuberías donde se va a instalar
la válvula nos ayudará a prevenir problemas y facilitará el mantenimiento de
los equipos.
Primero se deben buscar una zona accesible para el
mantenimiento y que a su vez esté resguardada de posibles ataques externos.
Se debe evitar la instalación de codos inmediatamente
después de la válvula sobre todo en servicios de flash severos; esto provocaría
que las burbujas y partículas en suspensión impacten directamente contra la
tubería al salir de la válvula, erosionando la tubería seriamente. Por otro
lado la colocación de codos inmediatamente después hace que el cálculo del
ruido no sea correcto.
También es recomendable evitar el uso de reducciones en
la tubería en el caso de servicios de “flash”; si en estos casos hubiera que
seleccionar una válvula más pequeña que la tubería, se recomienda usar cuerpos
con internos reducidos, pero manteniendo el cuerpo del tamaño de la tubería.
1.4.
Errores en el Mantenimiento
No hay duda en que un correcto mantenimiento además de
alargar la vida de nuestra instalación, se verá reflejado en la calidad final
del producto y reducirá a medio y largo plazo los gastos de la instalación.
En temas de mantenimiento cada sector suele tener sus
procedimientos algunos de ellos de obligado cumplimiento bajo ley. Hay empresas
especializadas que se dedican exclusivamente al mantenimiento de válvulas de
control.
Entre las pruebas que se pueden realizar a una válvula
son:
-Colocar galgas extensiométricas en el vástago para
estudiar su deformación.
-Medir la respuesta del posicionador y del actuador
-Desmontar y supervisar los internos cuando es necesario.
(Como regla general, se aconseja que si una válvula funciona bien y es muy
compleja no la desmontes)
-Se pueden
realizan radiografías.
-Fotos térmicas del comportamiento de la válvula abierta
y cerrada
-Etc…
Hoy en día los posicionadores inteligentes (HART) y los sistemas
de gestión activos pueden proporcionar mucha información que permitiría hacer
un buen mantenimiento predictivo de las válvulas de control. No obstante
realmente para dar un buen uso de esto es necesario invertir en personal
estable que recoja y analice bien los datos, si esto no es posible este sistema
es un gasto inútil.
1.5.
Errores de Selección y Cálculo
No cabe duda que uno los mejores métodos para prevenir
los daños que sufrirá un válvula de control es realizar un correcto cálculo y
selección de la misma.
Un error muy común por parte de los ingenieros de
instrumentación, es aferrarse a las consideraciones generales establecidas en
las especificaciones del cliente, intentando establecer un criterio común para
casi todas las válvulas del proyecto. Por el contrario se recomienda estudiar
las peculiaridades y necesidades de cada caso de forma aislada, siempre que
esto sea posible.
Por desgracia la realidad es que el que tiempo y
dedicación que se necesita para hacer un
buen trabajo es un recurso que escasea hoy en día en los proyectos.
Principalmente la ingeniería tiene que darse cuenta que
no se puede pedir que una válvula lo aguante todo, por ejemplo:
-No puede tener internos anticavitación y que aguante
flash severo
-Sea completamente estanca, con packing de grafito, sin
banda muerta y con un stroke time inferior a un tiempo X segundos.
-Tenga una clase VI pero que tenga asientos duros que
aguanten altas temperaturas.
-Etc…
Como profesionales en instrumentación y control tenemos
que ser capaz de distinguir con criterio que le debemos requerir a nuestra
válvula de control y que no es estrictamente necesario.
Por ejemplo: “puede
que no tenga sentido pedir nivel de estanquidad VI y que la válvula sea a fallo
abre”.
No existe la super-válvula multiusos que valga para todo,
principalmente porque cualquier característica de la válvula que la haga
especialmente buena para algo, normalmente la hará peor en otros aspectos.
Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a:
InstrumentacionHoy@gmail.com
22/03/2015 Julio César Fernández Losa
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