Cómo seleccionar válvulas de control para sistemas de vapor?

A manera de orientación, las opciones de control automático que deben tomarse en cuenta al momento de seleccionar válvulas de control para sistemas de vapor son:

• Aplicación
• Fuerza motriz

En primer lugar, para seleccionar válvulas de control para sistemas de vapor de manera adecuada, se requieren detalles de la aplicación y el proceso en sí, como, por ejemplo:

• ¿Existen características de seguridad que afectan? Ejem.: ¿la posición de seguridad de la válvula, es normalmente abierta o cerrada? ¿Se requiere un control separado para el límite superior e inferior?
• ¿Qué estamos controlando? Ejem.: temperatura, presión, nivel, caudal
• ¿Cuál es el medio y sus propiedades físicas? ¿Qué caudal tiene?
• ¿Cuál es la presión diferencial a través de la válvula de control en todo el rango de flujo?
• ¿Cuáles son los materiales de la válvula y las conexiones en los extremos?
• ¿Qué tipo de proceso está siendo controlado? Ejem.: ¿Un intercambiador de calor utilizado para calefacción o para un proceso?
• Para control de la temperatura, El setpoint de la temperatura ¿es fijo o variable?
• ¿La carga es constante o variable?, si es variable, ¿cuál es la escala de tiempo para el cambio, rápida o lenta?
• ¿La temperatura a mantener es de naturaleza crítica?
• ¿Se precisa un control de lazo simple o múltiple?
• ¿Qué otras funciones (si las hubiese) debe llevar a cabo el control? Ejem.: control de temperatura de un sistema de calefacción normal, pero añadiendo una protección contra heladas durante los períodos de “parada”?
• ¿La planta o proceso están en un área peligrosa?
• ¿Es corrosivo por naturaleza la atmósfera/ambiente o la válvula está instalada en el exterior o en una zona “sucia”?
• ¿Qué fuerza motriz está disponible, electricidad o aire comprimido, y a que voltaje o presión?

Una vez definida la aplicación, el segundo aspecto para seleccionar válvulas de control para sistemas de vapor es la fuerza motriz, que es el principio activo que acciona la válvula o dispositivo de control. Generalmente, este dispositivo suele ser eléctrico o con aire comprimido (para un sistema neumático), electroneumático (una mezcla de los dos).

Los sistemas de control autoaccionados no precisan de una fuerza motriz externa para funcionar; es decir, generan su propia fuerza de accionamiento, ya que incorporan un sistema cerrado de presión hidráulica o de expansión de fluido. Algunas veces, la propia aplicación puede determinar la fuente de accionamiento. Por ejemplo, si el control está en un área peligrosa, puede ser preferible un accionamiento neumático o autoaccionado que los costosos controles eléctricos “intrínsecamente seguros” (explosión proof).

Características de las opciones de fuente de accionamiento

Controles autoaccionados

Ventajas:

• Robustos, sencillos, tolerantes a los entornos ‘hostiles’
• Fáciles de instalar y de poner en marcha
• Proporcionan un control proporcional de muy alta rangoabilidad
• Los controles pueden ser pedidos para que abran o cierren en caso de un sobrepaso inaceptable de la temperatura
• Son seguros para el uso en zonas peligrosas
• Relativamente libres de mantenimiento

Inconvenientes: 

• Los controles de temperatura autoaccionados pueden ser relativamente lentos en reaccionar, no están provistos de funciones de control integral y derivativo
• No pueden retransmitir datos.

Controles eléctricos

Ventajas:

• Posicionamiento altamente preciso.
• Los controladores están disponibles para dar alta versatilidad con modo de control ON-Off o combinación P+I+D y salida multifunción

Inconvenientes: 

• El funcionamiento de las válvulas eléctricas es relativamente lento, lo que quiere decir que no siempre son adecuadas para cambios repentinos de los parámetros del proceso como control de presión de cargas que cambian rápidamente
• La instalación y puesta en marcha es tanto eléctrica como mecánica por tanto, se debe tener en cuenta la instalación de una fuente de alimentación independiente y el costo del cableado
• Los actuadores eléctricos tienden a tener un funcionamiento menos suave que los neumáticos. Para funciones de seguridad se precisan actuadores con resorte para que el resorte abra o cierre a fallo de suministro eléctrico. Este puede reducir sustancialmente la fuerza de cierre y generalmente tienen un costo más elevado
• Para utilizar en zonas peligrosas se precisan controles eléctricos intrínsecamente seguros o a prueba de explosiones. Son una propuesta que resulta costosa y por tanto, puede que sea necesario una solución neumática o electroneumática. Se necesitan técnicas especiales para la instalación en este tipo de zonas peligrosas

Controles electroneumáticos

Ventajas:

• Los controles electroneumáticos combinan las mejores características de los controles electrónicos y neumáticos. Estos sistemas constan de un actuador neumático con válvula, un controlador eléctrico/electrónico, sensores y un sistema de control además de un posicionador o convertidor electroneumático
• La combinación proporciona la potencia y funcionamiento suave de un actuador neumático con la velocidad y precisión de un sistema de control electrónico. La operación de apertura o cierre por fallo puede ser instalada sin penalizar el costo y con la utilización de ‘barreras’ adecuadas y/o configurando la parte eléctrica/electrónica del sistema para áreas de ‘seguridad’. Se pueden utilizar donde se requiera seguridad intrínseca

Inconvenientes: 

• Requieren suministro de aire comprimido y eléctrico, aunque normalmente no suele ser un problema en entornos industriales.

Finalmente, hay que tener en cuenta tres factores importantes al considerar una aplicación y la fuerza de accionamiento requerida:

1. Cambios en la carga
2. Si el setpoint es crítico o no
3. Si el setpoint tiene que ser modificado