Nota: Para este artículo, nos hemos permitido el lujo de contar con las aclaraciones técnicas, realizadas por Pilar Naranjo y Ángel Arranz.
Espero que les sean tan valiosas como nos han sido a nosotros, desde InstrumentacionHoy, muchas gracias.
Disculpen cualquier error encontrado, porque seguro será debido a una mala interpretación por parte del autor.
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1. INTRODUCCIÓN
1.1. ¿Qué es una válvula de control?
1.2. ¿Qué es una válvula de control todo-nada (On-Off)?
2.1. Posicionador neumático
2.2. Actuador neumático
2.3. Válvula de solenoide
2.4. Piloto neumático
2.5. Filtro-mano-reductor
2.6. Anti-retorno
2.7. Tanque pulmón
2.8. Booster
2.9. Quick Exhaust
2.10. Regulador de caudal
2.11. Pulsadores e interruptores neumáticos y eléctricos
3. SELECCIONAR VÁLVULAS DE SOLENOIDE
3.1. En función de cómo consiguen abrir
3.2. En función del control
3.3. En función de cómo montarlas
3.4. En función de la posición de reposo
3.5. En función de la alimentación eléctrica
3.6. En función del número de vías y posiciones
3.7. Otras consideraciones
4. TIPOS DE FALLOS
4.1. ¿Qué es FC, FO o FL?
4.2. ¿En que posición debe de estar el muelle?
5. APLICACIONES NEUMÁTICAS EN VÁLVULAS TODO-NADA
5.1. Ejemplo esquema neumático de válvula todo-nada de simple efecto usando solenoide 3/2
5.2. Ejemplo esquema neumático de válvula todo-nada de simple efecto usando solenoide 3/2 y purga rápido
5.3. Ejemplo esquema neumático de válvula todo-nada de simple efecto usando solenoide 3/2 y limitador de caudal
5.4. Ejemplo esquema neumático de válvula todo-nada de doble efecto usando solenoide 5/2
5.5. Ejemplo control válvula todo-nada de doble efecto usando dos solenoides 3/2 y una válvula neumática 5/3
5.6. Ejemplo control válvula todo-nada de doble efecto usando una solenoide 5/2, dos válvulas neumáticas 3/2 y tanque pulmón
6. OTRAS APLICACIONES NEUMÁTICAS EN VÁLVULAS DE CONTROL
6.1. Ejemplo válvula de control simple efecto
6.2. Ejemplo válvula de control simple efecto, con solenoide en override
6.3. Ejemplo válvula de control simple efecto usando booster
6.4. Ejemplo válvula de control doble efecto con tanque pulmón FC o FO
6.5. Ejemplo válvula de control doble efecto con tanque pulmón FL
6.6. Ejemplo válvula de control doble efecto con tanque pulmón, booster y válvula de solenoide en override
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1. INTRODUCCIÓN
Se puede generalizar diciendo que, en las plantas industriales de Oil & Gas y energía, los elementos finales que en la mayoría de los casos, mantienen los procesos estables dentro de los parámetros deseados son: Las "válvulas de control" y en menor medida, las "válvulas todo-nada" (on-off).
En este artículo, vamos a ver, los puntos más básicos de: “los esquemas neumático de las válvulas de control y válvulas todo-nada”.
Empezaremos presentado los equipos y accesorios más comunes y terminaremos resumiendo los esquemas neumáticos más utilizados.
Empezaremos presentado los equipos y accesorios más comunes y terminaremos resumiendo los esquemas neumáticos más utilizados.
1.1. ¿Qué es una válvula de control?
Se llaman “válvulas de control”, a aquellas válvulas, que tienen la capacidad de modificar su porcentaje de apertura, para regular de forma "continua" el caudal de un proceso.
Las válvulas más utilizadas para estas aplicaciones son las válvulas de globo y jaula; y en menor medida V-ball, rotary plug, mariposa triple excéntrica, etc...
Nota: Para profundizar más sobre las características de las válvulas de control, recomiendo el libro de Antonio Campos "VÁLVULAS DE CONTROL selección y cálculo"
1.2. ¿Qué es una válvula de control todo-nada (On-Off)?
Se llaman "válvulas todo-nada", a aquellas válvulas, que se han diseñado para realizar un control "discreto", abriendo totalmente o cerrando, cuando se las requiera.
Las válvulas más utilizadas para estas aplicaciones, son las válvulas de bola, macho, mariposa, compuerta, etc...
Un tipo especial de válvulas de control discreto, son las "válvulas de masa calibrada".
Este tipo de válvulas, se utilizan cuando, debido al proceso, se ha establecido un punto de funcionamiento, en el que debe trabajar la válvula. Por ejemplo, para mantener un determinado equilibrio entálpico de un sistema.
Para ello, los procesistas, establecerán una condición, en la que debe trabajar la válvula, indicando entre otras cosas: la presión a la entrada, la presión a la salida, el caudal, la temperatura, etc...; con estos datos, se calculara el Cv necesario, y se seleccionará una válvula todo-nada, que tenga limitada su apertura, al Cv calculado.
Nota: El "Cv" es un ratio que está indicando el tamaño del agujero que se necesita.
Las válvulas más utilizadas para estas aplicaciones son las válvulas de globo con "limitador de recorrido" (travel stop).
Los requisitos más importantes para estas válvulas son:
1º-Deben ser lineales. Al contrario de las válvulas todo-nada convencionales, que suelen ser de apertura rápida. De esta forma, será más sencillo, realizar un ajuste adecuado del Cv requerido.
2º-Deben de disponer de "travel-stop", para poder reajustar en obra dicho valor si es necesario.
3º-Su ajuste debe de estar entorno al 70%.
Otro tipo de aplicación que se podría incluir dentro de las válvulas todo-nada, son las válvulas de posiciones intermedias. Estas válvulas aunque tengan la capacidad de abrir o cerrar un determinado porcentaje de apertura, no se las requiere estar modulando como las válvulas de control, por lo que los requisitos del posicionador, serán mucho menos severos.
2. ACCESORIOS BÁSICOS PARA EL CONTROL NEUMÁTICO DE UNA VÁLVULA
2.1. Posicionador neumático
El elemento que gestiona la regulación de una válvula de control, es el posicionador.
Lo más común es, que desde el sistema de control, se mande una señal eléctrica (por ejemplo 4-20ma) al posicionador. En base a dicha señal eléctrica y conociendo la posición real de la válvula, el posicionador ajusta el caudal de aire que le llega al actuador para intentar llevar a la válvula a la posición deseada.
2.2. Actuador neumático
Elemento mecánico, que transforma la energía neumática (del aire), en energía mecánica, que se usará para desplazar el obturador de la válvula.
A continuación, se van a clasificar los actuadores neumáticos en, lineales/rotativos o simple/doble efecto.
1º “Lineales” o “rotativos”
(Según el tipo de desplazamiento)
(Según el tipo de desplazamiento)
a) Lineales
Los actuadores lineales, se instalan en válvulas que requieren de un movimiento recto para provocar la apertura o cierre del obturador.
La mayoría de estos actuadores, se instalan en las válvulas de globo.
Los actuadores lineales más usados son:
b) Rotativos
Los actuadores rotativos, se instalan en válvulas que requieren de la rotación del eje para controlar su porcentaje de apertura.
Las válvulas rotativas más utilizadas son: mariposa, bola, V-ball, macho, canflex…etc.
Lo más común, es que requieran de un cuarto de vuelta para realizar todo el recorrido del actuador (90º).
Para aplicaciones de regulación en "válvulas de control rotativas", se suelen utilizar actuadores de diafragma o de pistón, adaptados para transformar el desplazamiento lineal en un movimiento de rotación.
En las "válvulas todo-nada", los actuadores rotativos más usados son:
2º "Simple efecto" o "doble efecto"
Tanto los actuadores lineales como rotativos, pueden ser, de simple efecto o doble efecto.
Tanto los actuadores lineales como rotativos, pueden ser, de simple efecto o doble efecto.
c) Simple efecto
Los actuadores de simple efecto, solo requieren de introducir fluido por una toma del actuador. Si dejamos dicha toma libre de presión, el muelle se encargará de devolver al actuador, a su posición inicial.
d) Doble efecto
Los actuadores de doble efecto, tiene dos cámaras, en las que podemos introducir fluido.
Para desplazar el actuador en un dirección, introduciremos fluido a presión por una toma y dejaremos despresurizada la otra cámara, para que el fluido salga. Si se quiere cambiar de posición, se realizará el proceso contrario.
Ejemplo, con actuador rotativo:
2.3. Válvula de solenoide
Válvula todo-nada, accionada por la energización de una bobina (solenoide).
Al alimentar eléctricamente la bobina, se genera un campo magnético que logra desplazar un elemento mecánico, cambiando la válvula de una posición a otra.
En muchos casos se usarán las válvulas de solenoide para poder controlar la posición de otras válvulas todo-nada más grandes. Como podemos ver en la imagen anterior.
También se pueden ver, solenoides instaladas directamente en el proceso, actuando como válvulas todo-nada. Como en la siguiente fotografía.
Nota: Podríamos encontrarnos con, válvulas de solenoide instaladas en válvulas de control. En este caso, suelen tener la función de puentear la acción del posicionador, forzando a la válvula a colocarse en una posición fija predefinida. Esto se conoce como "Override"; y suele estar relacionado con acciones de seguridad.
2.4. Piloto neumático
Pequeña válvula neumática controlada por aire.
Además de las válvulas de solenoide, dentro del control neumático de una válvula, a veces se puede necesitar otras válvulas neumáticas, pilotadas exclusivamente por aire. Como el siguiente ejemplo:
Además de las válvulas de solenoide, dentro del control neumático de una válvula, a veces se puede necesitar otras válvulas neumáticas, pilotadas exclusivamente por aire. Como el siguiente ejemplo:
Nota: Más adelante veremos algunos esquemas, donde aplicaremos estos equipos
2.5. Filtro-mano-reductor
Este accesorio permite:
1º- Limitar la presión de control que le suministramos a nuestro equipo
2º- Eliminar impurezas del aire comprimido
3º- Purgar el agua (manual o automáticamente)
1º- Limitar la presión de control que le suministramos a nuestro equipo
2º- Eliminar impurezas del aire comprimido
3º- Purgar el agua (manual o automáticamente)
El "filtro manoreductor" normalmente es requerido en todas las válvulas de control y todo-nada.
2.6. Anti-retorno
El "antiretorno" es un accesorio que evitará que el aire retorne.
Cuando se realice un esquema neumático, se debe estudiar en que partes del circuito, no se puede permitir que el aire retorne. En los casos en los que se deba evitar este efecto, se puede instalar este accesorio.
2.7. Tanque pulmón
El "tanque pulmón" es un depósito de acumulación, de aire a presión.
El "tanque pulmón" es un depósito de acumulación, de aire a presión.
El "tanque pulmón" se instalará en los casos en los que ante un fallo del suministro de aire, se deba asegurar que, la válvula pueda realizar un determinado número de ciclos, por seguridad o disponibilidad.
Por ejemplo. Será necesario instalar tanque pulmón, siempre que se requiera “Fail Close” o “Fail Open” y se disponga de un actuador de doble efecto.
2.8. Booster
El "booster" es un amplificador neumático, normalmente se instala cuando, el caudal de aire que requiere nuestro actuador, es muy alto para lo que puede dar el posicionador.
Podemos clasificar los "booster" en proporcionales (1:1); amplificadores o multiplicadores (1:2, 1:4, 1:6, 1:8, ...); reductores (2:1, 4:1, 6:1, 8:1, ...)
Los booster tienen una salida y dos entradas. Una entrada, será el aporte principalmente del caudal aire, y la otra entrada será de pilotaje y su función es la regular la presión de aire a la salida.
Los "booster" usados en válvulas de control son proporcionales 1:1. Esto quiere decir que regulan manteniendo la misma presión a la salida "P2" que a la entrada del control "P1", pero aportando mucho más caudal.
P1 = P2 < P3
La función del booster proporcional será que el caudal Q2 sea mayor al caudal de salida Q1
Q2 > Q1
Q2=Q1+Q3
Nota: En los booster amplificadores por ejemplo el 2:1, multiplicarán por dos la presión de salida (P1 x 2= P2). Este tipo de booster no se suele utilizar en aplicaciones de válvulas de control. Un aplicación típica de booster amplificadores son los dampers.
2.9. Quick Exhaust
"Quick Exhaust" o "purga rápida". Como su propio nombre indica, este equipo proporcionará una mayor de capacidad de trasiego de aire, en el sentido del actuador hacia el venteo.
El "Quick Exhaust" será utilizado principalmente en válvulas todo-nada, cuando se requiere de una mayor velocidad en la actuación de la válvula.
2.10. Regulador de caudal
Este dispositivo nos permitirá estrangular la salida del aire en una de las dos direcciones.
Se suele instalar en válvulas todo-nada antes de la toma del actuador. De está forma, se podrá ajustar la velocidad, en una de las direcciones del recorrido del pistón.
2.11. Pulsadores e interruptores neumáticos y eléctricos
Elementos mecánico, que permitirá que el personal de operación o mantenimiento puedan actuar directamente o indirectamente, sobre el sistema neumático o eléctrico que controla la válvula.
Por ejemplo, puede utilizarse un pulsador neumático para el control local-manual de las válvulas.
Otra aplicación en la que se podrían utilizar pulsadores es cuando se ha especificado que la válvula disponga de"partial stroke" local.
Nota: "Partial stroke" se puede instalar en las válvulas todo-nada. Es un sistema, que permite a un operario, comprobar que la válvula, mantiene su capacidad de moverse.
Al activar el "partial stroke", la válvula realiza un pequeño desplazamiento, visible por el operario pero que apenas altera el flujo del proceso, volviendo después a su posición inicial.
Al activar el "partial stroke", la válvula realiza un pequeño desplazamiento, visible por el operario pero que apenas altera el flujo del proceso, volviendo después a su posición inicial.
Normalmente se especificará en válvulas que cumplen una función de seguridad que pueden pasar mucho tiempo sin cambiar de posición (incluso, no moverse durante toda la vida de la instalación).
Es una herramienta muy útil en mantenimiento y puede mejorar el SIL de la instalación.
Nota: Se deberían proteger todas las salidas de aire a la atmosfera, tanto
en válvulas de solenoide, pilotos neumáticos, quick exhaust, pulsadores… En
algunas ocasiones se instarán silenciadores u otros tipos de protectores,
aunque en la mayoría de los casos se suele especificar un conector con un
trocito de tubo doblado a 45º para evitar taponamientos.
3. SELECCIONAR VÁLVULAS DE SOLENOIDE
A continuación, se indican algunas consideraciones para tener en cuenta, durante la selección de una válvula de solenoide.
3.1. En función de cómo consiguen abrir
-Acción o mando directo: Se llama así, cuando la bobina o solenoide, tienen fuerza suficiente para abrir o cerrar la válvula.
La potencia de la bobina, despreciando rozamientos, pérdidas calor, etc..., se traduce en movimiento directo del mecanismo, que permite u obtura el paso de fluido a través de la electroválvula.
-Acción indirecta o mando asistido: cuando la bobina necesita una ‘ayuda adicional’, externa o interna, para cambiar su estado. Por lo general proviene de la propia presión del fluido.
En la siguiente imagen, se pueden observar dos notas, sacadas de dos hojas de datos diferentes de válvulas solenoides.
Observando las presiones de trabajo que están indicadas, sabremos que:
-La primera válvula corresponde a una válvula de acción directa, porque trabaja de "0 bar" a "10 bar"
-La segunda válvula, corresponde a una válvula de acción indirecta, porque trabaja de "2 bar" a "10".
El echo de especificar una la válvula de solenoide de acción directa o acción indirecta, está muy relacionada con el consumo eléctrico.
Será mucho más sencillo, encontrar una válvula de bajo consumo (<2W), pilotada por aire, que una válvula de acción directa de bajo consumo.
Esto es fácil de entender, ya que la válvula pilotada, además de aprovechar la energía eléctrica, usa la presión del aire para cambiar de posición.
Hay dos tipos de válvulas de solenoide pilotadas. Las que tiene la toma de presión en el propio cuerpo de la válvula, y las que tienen una toma externa, que se podría conectar a cualquier punto del sistema.
Nota: Si se instalan solenoides en válvulas de control con posicionador, (por ejemplo para forzar a posición segura una válvula de control "override"). Es preferible usar solenoides de mando directo. Actualmente existen válvulas de solenoide de mando asistido que pueden trabajar como una de mando directo pero requieren ‘ayuda adicional’ o pilotaje externo (implica emplear tubing auxiliar adicional).
3.2. En función del control
-Convencional: La válvula de solenoide, es controlada exclusivamente por las señales eléctricas.
-Rearme manual: Existen varios tipos de rearmes manuales (No Voltage Release, Electrically Tripped). Los más habituales son los "No Voltage Release". En este modelo, estando la electroválvula energizada, en posición de trabajo, al perder tensión cambiará a su estado de reposo, quedando enclavada. Para devolver a la válvula de solenoide a su posición de trabajo se requerirán dos condiciones, tensión y rearme manual.
Dentro de los rearmes NVR, podemos encontrar el rearme manual tamperproof y rearme estandar.
En el rearme manual tamperproof o inviolable, sólo tensión, o sólo rearme no producen cambio de estado de la electroválvula
En el rearme manual estándar, el rearme funciona también como un mando manual, sin tensión, pulsando el rearme, cambiamos el estado de la electroválvula.
-Mando manual: (Manual override) Además del control a través de la señal eléctrica, las solenoides pueden ser accionadas mecánicamente por un botón local.
Podemos diferenciar distintos tipos de mandos manuales.
Mando manual por botón-pulsador o push-button, en este tipo de control, al pulsar el botón, se cambia el estado de la electroválvula si ésta no tiene tensión; al soltar el botón, la válvula vuelve a su estado de reposo-.
Mando manual de tornillo o screw, girando 90º el tornillo, cambiamos el estado de la electroválvula. Para devolverlo a su posición de reposo, debemos girar el tornillo a 0º. Este tipo de mando no es recomendable en aplicaciones de seguridad porque bloquea el mecanismo de la electroválvula.
3.3. En función de cómo montarlas
-Electroválvula en contacto con el fluido de proceso. Deben de tener la capacidad de corte de fluido. Se montaran en lineas de proceso o tubbing.
-Para pilotaje de actuadores, el fluido suele ser aire. El montaje puede ser directo sobre el actuador (plano de acoplamiento NAMUR, sin tubing adicional entre electroválvula y actuador) o relativamente cerca del mismo, para optimizar los tiempos de respuesta.
3.4. En función de la posición de reposo
-Monoestables: Este tipo de válvulas, tienen una sola posición estable, en la cual se colocarán cuando no son accionadas por ninguna señal externa. La posición estable, es debida a la acción de uno o varios muelles.
Ejemplo de válvulas monoestables:
-Biestables: Las válvulas biestables, no tiene un posición de reposo definida. Su posición, depende de la última señal que se haya activado. Este tipo de válvulas, no disponen de muelles.
Ejemplo de válvula biestable (5/2 con dos bobinas):
3.5. En función de la alimentación eléctrica
En base a, como se va alimentar eléctricamente a una solenoide se debe especificar:
- Continua o alterna, (si es alterna, especificar la frecuencia).
- Nivel de tensión, (especificar si, se alimenta a 24V, 110V o 220V...).
-Consumo eléctrico, (se puede especificar de bajo consumo <2W).
Nota: El dato de consumo eléctrico es de especial relevancia en la actualidad, no por el consumo en sí de la bobina, sino por el ahorro que supone en otros accesorios de instrumentación (cables, relés, etc.).
También a la hora de seleccionar una válvula de solenoide, conviene tener el consumo en cuenta, dado que existen ciertas limitaciones, siempre partiendo de la premisa de que el mando directo es preferible al mando asistido.
Las electroválvulas de mando directo suelen tener un consumo mayor que las de mando asistido, comparadas en caudales similares.
Así por ejemplo, en Cv pequeños (del orden Cv-0,5 lo que equivaldría a una conexión neumática de 1/4", muy habitual en pilotaje de actuadores), los consumos de bobinas son del orden de 2W en mando directo y de ese orden y menores, en mando asistido.
Cuando en una electroválvula el Cv requerido es >0,5 (conexión neumática 3/8”, 1/2"), debido a la limitación de la propia bobina, un consumo <2W sólo será posible con electroválvulas de mando asistido. En mando directo el consumo rondaría los 10-15W.
3.6. En función del número de vías y posiciones
-2/2: 2 vías 2 posiciones.
Por ejemplo:
Por ejemplo:
-3/2: 3 vías 2 posiciones.
Por ejemplo (3/2 Universal, permite el flujo de fluido bidireccionalmente.):
Por ejemplo (3/2 Universal, permite el flujo de fluido bidireccionalmente.):
También existen electroválvulas 3/2NC o NA, en las que se debe respetar la dirección de flujo indicada por las flechas.
-5/2: 5 vías 2 posiciones.
Por ejemplo:
Por ejemplo:
-5/3: 5 vías 3 posiciones.
Por ejemplo:
Por ejemplo:
Esta electroválvula, según su esquema neumático, en caso de fallo eléctrico quedaría en su última posición.
Por otro lado en el siguiente dibujo, en caso de fallo eléctrico, dejaría sendas cámaras del actuador bloqueadas con la presión que contuvieran (al quedar la electroválvula, debido a los resortes, en la posición central).
3.7. Otras consideraciones
Podemos empezar por definir:
-Grado de protección de la envolvente (Enclosure) definido como IP (Norma internacional) o NEMA (Norma EE.UU)
-Clasificación eléctrica y tipo de certificación requerida: Explosion proof, seguridad intrínseca… Bajo normativa: IEC, ATEX, FM…(Normativa internacional, europea, EE.UU...)
-SIL requerido. Se aconseja especificar la probabilidad de fallo, en caso de que un equipo sea crítico por seguridad o disponibilidad.
-Material de cuerpo. Latón y acero inoxidable son los más comunes.
-Juntas internas, este dato viene determinado principalmente por la temperatura ambiente a la que estará expuesta la electroválvula, habiendo versiones para alta, media y muy baja temperatura.
-Clase de aislamiento de la bobina, si la temperatura ambiente es elevada, conviene definir bobinas con clase de aislamiento H.
4. TIPOS DE FALLOS
4.1. ¿Qué es FC, FO o FL?
Cuando se especifica una posición en caso de fallo, normalmente se está especificando la posición en la que se colocará la válvula en caso de fallo del suministro del aire y en el caso del fallo del suministro de energía eléctrica.
El tipo de fallo debe ser especificado para cada una de las válvulas, por el departamento de procesos.
FC -> "Fail Close" -> En caso de fallo eléctrico o falta del suministro de aire, la válvula tenderá mecánicamente a cerrar.
El tipo de fallo debe ser especificado para cada una de las válvulas, por el departamento de procesos.
FC -> "Fail Close" -> En caso de fallo eléctrico o falta del suministro de aire, la válvula tenderá mecánicamente a cerrar.
FO -> "Fail Open" -> En caso de fallo eléctrico o falta del suministro de aire, la válvula tenderá mecánicamente a abrir.
FL -> "Fail Last" -> En caso de fallo eléctrico o falta del suministro de aire, la válvula tenderá a quedarse en la posición en la que estaba antes de producirse el fallo.
Nota: En las válvulas de simple efecto, en las que se haya definido "FL", se debe de definir a su vez, "Drift to Close" o "Drift to Open".
De esta forma se está especificando, en que posición se quiere instalar el muelle y así asegurar la situación más segura, en caso de que por accidente se quedara sin aire en el actuador.
Para entender un poco mejor esta idea se puede usar el siguiente ejemplo:
Imaginemos que, la siguiente válvula, controla la atemperación del vapor de un by-pass de una turbina de media presión.
Justo después de dicha atemperación, hay un intercambiador que tenemos que proteger, pero después de dicho intercambiador, nos encontramos con una turbina de baja presión, con la que también debemos de tener cuidado.
Para esta aplicación podemos especificar "Fail Last" con "Drift to Open".
Esto quiere decir que, ante la duda, si hay puntualmente un fallo de señal o aire, la válvula tenderá a mantener su posición antes del fallo, ni cerrará pudiendo quemar el sobrecalentador, ni abrirá pudiendo enviar gotas de agua a la turbina.
Sin embargo, se especifica a su vez "Drift to Close", por lo que, en caso de que el actuador, se quede sin aire la posición que se considera más segura, es que la válvula permanezca abierta y que el sobrecalentador se refrigeré, ya que la turbina, se protegerá sola disparando y cerrando su válvula de admisión.
Ejemplos de representación en P&ID de tipos de fallos en válvulas neumáticas:
De esta forma se está especificando, en que posición se quiere instalar el muelle y así asegurar la situación más segura, en caso de que por accidente se quedara sin aire en el actuador.
Para entender un poco mejor esta idea se puede usar el siguiente ejemplo:
Imaginemos que, la siguiente válvula, controla la atemperación del vapor de un by-pass de una turbina de media presión.
Justo después de dicha atemperación, hay un intercambiador que tenemos que proteger, pero después de dicho intercambiador, nos encontramos con una turbina de baja presión, con la que también debemos de tener cuidado.
Esto quiere decir que, ante la duda, si hay puntualmente un fallo de señal o aire, la válvula tenderá a mantener su posición antes del fallo, ni cerrará pudiendo quemar el sobrecalentador, ni abrirá pudiendo enviar gotas de agua a la turbina.
Sin embargo, se especifica a su vez "Drift to Close", por lo que, en caso de que el actuador, se quede sin aire la posición que se considera más segura, es que la válvula permanezca abierta y que el sobrecalentador se refrigeré, ya que la turbina, se protegerá sola disparando y cerrando su válvula de admisión.
Ejemplos de representación en P&ID de tipos de fallos en válvulas neumáticas:
Nota: En los posicionadores de simple efecto, configurados para "FO" o "FC", cuando se quedan sin energía, ventean siempre el actuador, llevándolo a posición segura.
En los posicionadores de de doble efecto, en la mayoría de los casos, en caso de quedarse sin energía, no son capaces de ir a una posición segura.
En caso requerir que vayan a posición segura, en muchos casos no hay remedio que instalar una tarjeta especial en el sistema de control y una válvula de solenoide en "override".
A esta tarjeta especial, por un lado le entra la señal analógica del sistema de control. Y por el otro lado, le sale la señal analógica para controlar la posición de la válvula y una señal digital que alimenta la solenoide.
En caso de fallo de la señal de posición, la tarjeta detectará el fallo, y disparará la solenoide.
4.2. ¿En que posición debe de estar el muelle?
En los posicionadores de de doble efecto, en la mayoría de los casos, en caso de quedarse sin energía, no son capaces de ir a una posición segura.
En caso requerir que vayan a posición segura, en muchos casos no hay remedio que instalar una tarjeta especial en el sistema de control y una válvula de solenoide en "override".
A esta tarjeta especial, por un lado le entra la señal analógica del sistema de control. Y por el otro lado, le sale la señal analógica para controlar la posición de la válvula y una señal digital que alimenta la solenoide.
En caso de fallo de la señal de posición, la tarjeta detectará el fallo, y disparará la solenoide.
4.2. ¿En que posición debe de estar el muelle?
Para saber, en que posición, debe de estar el muelle, en un actuador lineal de simple efecto. Debemos de tener en cuenta dos aspectos:
1º-Si el obturador abre cuando baja (PDTO) o cuando sube (PDTC). ("Push Down To Open" o "Push Down To Close")
2º-Si se ha especificado la válvula a fallo abre (FO) o a fallo cierra (FC). ("Fail to Open" o "Fail to Close")
En base a estos dos puntos obtenemos la siguiente tabla:
Nota: La válvulas más utilizadas, son las que el obturador cierra cuando baja y abre cuando sube "PDTC". En pocos casos nos encontraremos un "PDTO".
Nota: Los posicionadores electrónicos, disponen de una opción que vía software, permite invertir el funcionamiento del posicionador, haciendo que, a mayor valor de corriente, el posicionador suministre menos aire al actuador.
Esta función, puede ser útil cuando, por ejemplo, se haya definido una válvula a fallo abre (el muelle tiende a abrir el obturador). Como se puede ver en el siguiente dibujo.
Si el posicionador permaneciera en acción directa, a mayor valor de corriente la válvula del dibujo anterior cerraría, porque el posicionador mandaría más presión al actuador.
Pero, como normalmente queremos que todas las válvulas se comporten igual a nivel de software (aunque mecánicamente luego hagan otra cosa), se suele invertir la señal en el posicionador, pasándolo a modo inverso.
Con el posicionador en modo inverso, a más valor de corriente, el posicionador mandará menos presión y en el caso del dibujo anterior, la válvula abrirá.
5. APLICACIONES NEUMÁTICAS EN VÁLVULAS TODO-NADA
5.1. Ejemplo esquema neumático de válvula todo-nada de simple efecto usando solenoide 3/2
Este esquema, podría corresponder a una válvula con, a fallo cierra o a fallo abre.
5.2. Ejemplo esquema neumático de válvula todo-nada de simple efecto usando solenoide 3/2 y purga rápido
Este esquema, podría corresponder a una válvula que, a fallo cierra o a fallo abre.
Nota: En este esquema se busca una mayor velocidad de la válvula durante la acción del muelle.
Nota: En este esquema se busca una mayor velocidad de la válvula durante la acción del muelle.
5.3. Ejemplo esquema neumático de válvula todo-nada de simple efecto usando solenoide 3/2 y limitador de caudal
Este esquema, podría corresponder a una válvula que, a fallo cierra o a fallo abre.
Nota: En este caso, estamos limitando el caudal durante la fase de presurización del pistón, de esta forma la válvula durante dicha acción, se moverá de forma más lenta.
5.4. Ejemplo esquema neumático de válvula todo-nada de doble efecto usando solenoide 5/2
Este esquema, podría corresponder a una válvula que, a fallo se queda como está “Fail last”
Nota: En el caso de “Fail last”, durante un fallo del aire, la cámara correspondiente, debe permanecer presurizada. Para ello, en el dibujo anterior, hay un "anti-retorno".
5.5. Ejemplo control válvula todo-nada de doble efecto usando dos solenoides 3/2 y una válvula neumática 5/3
El siguiente esquema, es similar al caso anterior, pero en este caso se ha dado una especial importancia, a mantener las cámaras presurizadas.
En caso de fallo el aire o fallo del suministro eléctrico, las cámaras se quedan totalmente bloqueadas.
Nota: Un esquema similar, es utilizado en el control de plataformas elevadoras.
5.6. Ejemplo control válvula todo-nada de doble efecto usando una solenoide 5/2, dos válvulas neumáticas 3/2 y tanque pulmón
Este esquema podría corresponder con una válvula que a fallo cierra o a fallo abre
Nota: Para esta aplicación u otras similares, como iremos viendo en los siguientes ejemplos, en lugar de usar dos válvulas neumáticas 3/2 nos podemos encontrar una sola válvula 6/2.
6. OTRAS APLICACIONES NEUMÁTICAS EN VÁLVULAS DE CONTROL
6.1. Ejemplo válvula de control simple efecto
Este esquema podría corresponder con una válvula que a fallo cierra o a fallo abre
6.2. Ejemplo válvula de control simple efecto, con solenoide en override
Este esquema podría corresponder a una válvula que a fallo cierra o a fallo abre.
6.3. Ejemplo válvula de control simple efecto usando booster
Este esquema podría corresponder a una válvula que a fallo cierra o a fallo abre.
6.4. Ejemplo válvula de control doble efecto con tanque pulmón FC o FO
Este esquema podría corresponder con una válvula que a fallo cierra o a fallo abre.
Nota: En válvulas de control de doble efecto con volantes manuales, es conveniente añadir al esquema neumático una válvula de by-pass manual, entre la toma de ambos pistones, como se muestra en el siguiente dibujo.
De esta forma, cuando se vaya a mover la válvula con el volante, antes será necesario abrir la válvula manual y despresurizar el actuador (siguiendo el procedimiento indicado en el manual de mantenimiento para dicho equipo).
6.5. Ejemplo válvula de control doble efecto FL
Este esquema, podría corresponder con una válvula que, a fallo mantiene la posición.
6.6. Ejemplo válvula de control doble efecto con tanque pulmón, booster y válvula de solenoide en override
Este esquema, podría corresponder a fallo cierra o a fallo abre
Si tiene algo que corregir o añadir agradecería que me mandara sus comentarios a:
InstrumentacionHoy@gmail.com
Elaborado por: Julio César Fernández Losa
Con la colaboración de: Pilar Naranjo y Ángel Arranz
Con la colaboración de: Pilar Naranjo y Ángel Arranz
24/09/2015