Válvulas de Control, Patologías Más Frecuentes

Revista InTech México Automatización
Edición Julio – Septiembre 2019.

Antonio Campo López
Profesor-Coordinador del Master de Instrumentación y Control de ISA / Repsol
Autor del libro “Válvulas de Control, selección y cálculo” editado por ISA España

RESUMEN: Se sabe que la reparación de las válvulas de control supone el mayor porcentaje en tiempo y coste en un taller de instrumentación. Hay una tendencia generalizada a pensar que habrá más averías cuando los servicios son más severos, en presión y temperatura; sin embargo, veremos que también en moderadas condiciones de trabajo surgen dificultades; por esto podemos agruparlas constituyendo unas típicas “patologías”. Conociéndolas bien se podrán tener en cuenta, durante el proceso de selección, tanto del tipo de válvula como sus materiales y nivel de fabricación. Concluiremos que muchas de esas “patologías” se pueden reducir cuando se hace una buena selección en fase de proyecto, montaje e incluso el adecuado mantenimiento.

PALABRAS CLAVES: Válvulas de control, lazo de control, fallos y fluido.


“El objetivo de un ingeniero de instrumentación es conseguir válvulas que regulen bien en las diversas situaciones que se den en el proceso. En definitiva: fiabilidad de operación y de control de la variable del proceso, y que además duren más, aumentando su ciclo de vida útil.”


INTRODUCCIÓN

De forma resumida debemos tener en cuenta las siguientes situaciones pero entendiendo también que no se debe generalizar, cada tipo de planta e incluso en cada unidad de proceso, dentro de una determinada industria, podemos tener diferentes situaciones que el técnico de instrumentación y mantenimiento deben saber diferenciar. Los problemas en plantas de fertilizantes, refino, papel, termo solar, etc., son diferentes y peculiares de cada proceso. Agrupando las situaciones más típicas podemos tener:

  1. Fallos en los órganos internos; son las más importantes.
  • La circulación del fluido puede producir: ataques corrosivos, desgastes por abrasión, desgastes por cavitación, vaporización (Flash). Algunas veces varios al mismo tiempo.
  • Perdidas de estanqueidad: interna, entre obturador y asiento, y externa.
  • Ruido aerodinámico y vibraciones asociadas.
  1. Agresiones externas del medio ambiente en la planta.
  2. Otras causas.
  • Fallos de especificación durante la ingeniería.
  • Errores de cálculo y selección.
  • Problemas derivados del montaje y diseño de tuberías, de la puesta en marcha, etc.
  • Mantenimiento inadecuado en las primeras intervenciones.
  1. FALLOS INTERNOS

La válvula de control es el único elemento del lazo que actúa sobre el fluido estrangulando su paso, produciendo perdida de presión para poder variar el caudal, en respuesta a la señal de mando procedente del Sistema de Control Distribuido (DCS).

Análisis estadísticos con información de los talleres de mantenimiento concluyen que de los equipos que forman parte de un lazo de control, la válvula ocupa el mayor tiempo, y el 45%-50% aproximadamente son debidos a problemas en el cuerpo, y más concretamente en el trim. El resto se distribuye entre actuador, posicionador y accesorios. Estos datos deben interpretarse como generales pueden variar mucho según de que planta de proceso se trate, naturaleza de los fluidos, condiciones de operación, régimen de funcionamiento, etc.

En la válvula, el cuerpo y los órganos internos, denominados “trim”,  son los que sufren las consecuencias de la circulación del fluido con el que está en contacto, a la presión y temperatura de proceso, dando lugar a problemas de corrosión, desgaste por abrasión, cavitación, ruido y vibraciones.

Materiales frente a la corrosión

En primer lugar la corrosión que puede afectar al cuerpo-tapa-trim si no se han elegido bien los materiales. Es un fenómeno difícil de abordar en algunos casos ya que pequeñas desviaciones en composición, del fluido, temperaturas, velocidad, etc. modifican su agresividad. Durante el proceso de selección de materiales se han de evaluar todos los tipos de corrosión posibles pues en cada proceso o tipo de planta aparecerán unos fenómenos corrosivos más que otros. Así podemos tener:

  • Corrosión química que ataca toda la superficie del metal y aparece en toda las superficies en contacto con el fluido, aunque puede haber zonas de la válvula, cuerpo-tapa, afectados de diversa manera por efecto de la velocidad y/o turbulencias. Su aspecto es el de una superficie cavernosa, áspera o con picaduras. La corrosión química es más difícil de evitar cuando se trate de una mezcla de fluidos. Ataca también zonas de transición entre dos materiales, como es el caso de las soldaduras, tanto en la fabricación de la válvula como en su unión a las tuberías, cuando son para conexiones soldadas.
  • Corrosión bajo tensiones, “stress corrosión cracking”, que es una acción combinada de química más las tensiones residuales de un proceso de mecanización como laminado, embutido o curvado de los materiales.
  • Corrosión por difusión de hidrógeno, normalmente asociada a la presencia de determinados niveles de SH2 en algunos puntos de unidades de refino dando lugar al “sulphide stress cracking”. Aquí podría aplicarse las recomendaciones NACE, según sean los porcentajes de SH2 en el fluido.
  • Corrosión inter granular derivada de tratamientos térmicos.
  • Corrosión por picaduras, típica en aceros inoxidables en presencia de cloruros.
  • Corrosión galvánica cuando tengamos dos materiales de distinto potencial. En algunas aplicaciones, como el oxígeno gas, se utilizan conexiones equipotenciales.

Para el cuerpo-tapa y trim, se usarán aceros resistentes a los fluidos que haya que controlar. Normalmente el cuerpo-tapa será de un material similar en composición al material de la tubería. Sin embargo, el fenómeno de corrosión se puede presentar agravado por la velocidad de circulación o asociado a una cavitación o vaporización parcial de la fase liquida. La consulta de tablas de corrosión no siempre es suficiente ni fiable sobre todo cuando se combinan varios fluidos de diferentes características, ver figura 1.

Figura 1. Abrasión y diversos fenómenos corrosivos

Por tanto, la utilización de experiencias similares en otras plantas es de gran ayuda. La corrosión es un mundo de posibilidades que presenta sorpresas y algunas veces, no queda más remedio que experimentar soluciones. Por ejemplo puede aparecer corrosión en los vástagos y ejes de válvulas rotativas, en la zona de estopada, cuando una fuga de fluido en contacto con el aire, quizá más húmedo, produce un compuesto más corrosivo que el propio fluido dentro de la válvula.

También podemos tener corrosión externa, en el cuerpo, por condensaciones entre el cuerpo y el aislante o calorifigado. Esto suele ocurrir en tuberías de vapor saturado o a temperaturas próximas a la temperatura de saturación; basta una pequeña caída de temperatura para tener gotas sobre la superficie.

Abrasión

Nos referimos aquí al desgaste y perdida de material tanto en cuerpo y tapa como en los órganos internos de la válvula, debido a la presencia de partículas abrasivas que circulan con el fluido, ver figura1.  Este fenómeno no debe confundirse con los desgastes producidos en caso de cavitación o flashing.

El efecto abrasivo de los impactos y la respuesta de los materiales es distinto. En algunas aplicaciones puede haber desgastes producidos solamente por efecto de una alta velocidad y se materializa casi siempre en obturador y asiento aunque en algunos casos afectos al cuerpo según sea el diseño y sentido de circulación.

La velocidad es un factor importante a vigilar; pequeñas variaciones de velocidad pueden producir muy diferentes desgastes. Se sabe también que el ángulo de ataque influye en el desgaste; ver figura-2.  Otros factores a considerar son la dureza de los materiales, el diseño del cuerpo que debe ser de paso recto, lo más corto posible, evitando turbulencias internas, también cuerpos angulares con fluido tiende a cerrar; el trazado de las tuberías sin codos ni reducciones, la posición de montaje, etc. No se comportan bien ni son adecuadas las válvulas guiadas por jaula y los trims anticavitación o para reducir ruido.

Figura 2. Abrasión por partículas

La abrasión por partículas es difícil de evitar pues no podemos cambiar la naturaleza del fluido. Su agresividad depende de la cantidad de partículas en suspensión, de su tamaño y dureza. Partículas pequeñas, pero en mayor porcentaje en el fluido, pueden producir más desgaste que partículas mayores en menor porcentaje. Se han hecho estudios para evaluar el comportamiento de diversos aceros frente a la abrasión pero todos estos ensayos se hacen en unas condiciones de prueba que no son trasladables a la realidad de lo que ocurre dentro de una válvula de control: turbulencias y cambios de áreas, etc. Se recomiendan aceros duros en el trim, siendo los más frecuentes los siguientes, de menos a más resistentes: Inox. tipo 316 – Monel K – Inox 17-4PH – Inox. tipo 416-420 – Stellite ó 316+stellite total – Inox 440 C templado,– Wolframio, Alúmina – Cerámicos. Sin olvidar también los nuevos tratamiento termoquímicos de Boronizado, Koslterización, Carburo de Cromo.

En cuanto a tipos de válvulas, las válvulas de obturador rotativo excéntrico, con unos aceros aleados, o inoxidables bastante normales, resisten mejor la abrasión que otros diseños con paso más complicado. En situaciones de alta abrasión: arena, lechadas de cal y similares, se pueden usar cuerpos forrados con internos cerámicos, Zirconia, en válvulas de bola o macho.

Con fluidos limpios también se han de evitar altas velocidades que son causa de desgastes en el cuerpo en forma de estrías en el mismo sentido de la circulación del fluido. Producen también vibraciones que fatigan guías y se transmiten aguas debajo de la válvula. Por eso se recomienda no superar los 10 m/seg., con agua o altos porcentajes de agua. En altas presiones como se da en el sector de energía, en el sistema de agua de alimentación, este valor es menor y se calculan los cuerpos para una velocidad en la salida de unos 5 – 7 m/seg. En Gases y vapor se tiene en cuenta el número de Match a la salida pues influye en el ruido total resultante.

Cavitación

El paso de un fluido líquido a través de una válvula de control puede dar lugar a un derrame Subcrítico o Crítico. Si el derrame es Subcrítico no habrá problemas, salvo la corrosión abrasión que ya hemos visto. Un derrame crítico, en el caso de líquidos puede producir cavitación o flash, que son dos fenómenos distintos. En el caso de gases y vapor, un derrame crítico, se manifiesta en forma de ruido aerodinámico.

Tendremos cavitación si se dan las condiciones termodinámicas que lo producen. La misión del técnico es analizar el derrame en la válvula que está estudiando, partiendo de todas las condiciones de trabajo posibles, y saber encontrar un tipo de válvula de control que evite o minimice los dañinos efectos que la cavitación produce, según sea su intensidad. No entramos en detalle en este fenómeno pues lo damos por conocido. En resumen es la aparición de unas cavidades en forma de burbujas que, por un efecto simultaneo de implosión y micro jets se proyectan estos sobre el trim fundamentalmente, provocando un grave desgaste resultando una superficie áspera, porosa, mate y con pérdida de material. También puede afectar al cuerpo sobre todo entre asiento y cuerpo cuando se produce una fuga por deterioro de la rosca del cuerpo o la junta entre asiento-cuerpo; tanto en globo desequilibradas como en las equilibradas guiadas por jaula, ver figura 3.

Figura 3. Efectos de la cavitación en el trim

Asociados al fenómeno de cavitación hay varios coeficientes con los que hay trabajar durante el análisis del derrame, cálculo y selección de la válvula:

  • Kc – Inicial e históricamente definido como coeficiente de cavitación incipiente. Era el punto donde comienza el “Choked Flow”. Este punto se le ha nombrado también en la literatura técnica de otras maneras, que no son equivalentes al Kc en su interpretación. (Kci; Ki; etc)
  • FL Liquid Pressure Recovery Factor, necesario para aplicar las fórmulas de cálculo IEC/ISA. En alguna literatura aparece el Km que en realidad es equivalente a FL2.
  • XFZ Valve Characteristic Pressure Ratio,basado en el aumento del nivel de ruido que produce la cavitación. Se utiliza para calcular el ruido en líquidos en el estándar IEC 534-8-4. Cuando el cociente P1-P2 / P1-Pv (denominado –“x” o “xF” –Differential pressure ratio) es mayor que XFZ tendremos cavitación.
  • Factor Sigma – σ Basado en la observación real de vibraciones aguas abajo de la válvula medidas con un acelerómetro. Este factor se propone en la recomendación práctica ISA RP 75.23. Los fabricantes que usen este índice de cavitación asignan a cada una de sus válvulas, un valor de “σmrsigma manufacturer” máximo que, introducido en una formula, sirve para seleccionar el tipo de válvula más adecuado.

En este procedimiento se tienen en cuenta la influencia del tamaño de válvula y la presión real de trabajo, a través de dos factores: SSE – Size Scale Effect y PSE – Pressure Scale Effect, con lo que se perfecciona el procedimiento de selección.

Los fabricantes deberían facilitar en los catálogos todos estos coeficientes para que el usuario pueda comparar las propiedades de cada diseño.

Si tenemos una aplicación donde hay cavitación, se pueden hacer varias cosas: resistir sus efectos, controlarla o evitarla.

  • Cuando es de moderada intensidad, se puede resistirla utilizando materiales duros en el trim: aceros templados ó stellitados.
  • Controlarla, usando algunos diseños especiales de trim, es decir, que las implosiones y el chorro crítico se proyecte en una zona que no afecte a partes vitales de la válvula. Esto es válido en condiciones moderadas de presión diferencial, previo a un buen análisis del proceso.
  • Lo mejor será evitarla, seleccionando diseños que impidan la cavitación. Válvulas con alto coeficiente FL; alto XFz; y bajo factor Sigma-valve. Así protegemos a la válvula y mantenemos sus prestaciones en todas las condiciones de trabajo que puedan darse en el proceso. En todos los casos se vigilará que el ruido hidrodinámico sea bajo.

“El trim es el corazón de la válvula; si falla el trim falla todo”. Es importante poner cuidado en el dimensionamiento y la correcta selección del tipo de trim, teniendo en cuenta las características del fluido y la naturaleza del derrame, pero también de los materiales de obturador-asiento-jaula-vástago que definirán su resistencia y durabilidad, esto es, fiabilidad de control en el tiempo.


Flash (vaporización)

El flash o vaporización, aguas debajo de la válvula, es inevitable si la presión de salida P2 se mantiene por debajo de la presión de vapor del líquido – Pv. La aparición del flash implica un aumento de volumen en la salida del trim lo que ocasiona mayor velocidad. Los efectos del flash se manifiestan, en general en el semicuerpo de salida, en la tapa y en algunos casos en la tubería, también en el trim cuando tengamos una alta presión diferencia. La agresividad es debida al choque del líquido arrastrado por la fase gaseosa. El nivel de desgaste depende del porcentaje de líquido vaporizado, de la velocidad del fluido, de la presión diferencial, del tamaño y forma de la válvula. Así como la cavitación tiene un ruido hidrodinámico alto, en el flash no ocurre esto, sobre todo cuanto mayor sea el porcentaje de líquido vaporizado.

Las soluciones frente al flash pasan por una adecuada selección del tipo de válvula en cuanto a su diseño y  tratar de calcular y limitar la velocidad en el cuerpo; elegir materiales duros en el trim y también en el cuerpo donde se mejora su resistencia con aceros aleado al Cr. Mo tipo WC6, WC9, etc. más duros que el Ac. Corbono.

Las velocidades aceptables dependen de varios factores y su combinación: porcentaje de flash, tamaño, tipo de válvula, sentido de circulación, material del cuerpo, paso pleno o reducido, presión diferencial, etc.  Además existe la dificultad de calcular bien esta velocidad; en la práctica y se asume que es la misma para el líquido y su vapor, dentro de la válvula,  cosa que no es del todo cierto.

Se recomiendan cuerpos de paso recto y cortos que faciliten la salida, como los diseños rotary-plug con sentido fluido tendiendo a cerrar. En aplicaciones severas, (no se define un servicio severo sólo por la delta-p, pero por indicar un valor, la experiencia los sitúa por encima de los 35-40 kg/cm2), serán más recomendables los cuerpos angulares con fluido tiende a cerrar. En plantas de energía con flash de alta presión: 50-150 kg/cm2., las válvulas deberán ser angulares y llevarán camisa de protección de inoxidable en la salida, ver figura 4.

Figura 4. Diseños para el flash

Se evitarán conos reductores; los cuerpos serán iguales a la tubería y en algunos casos la salida mayor que la entrada. Tramos de tubería recta aguas abajo, lo más cortos posible, sin codos. En flash severo la válvula deberá situarse en la entrada al tanque flash o recipiente de descarga.

Un caso peculiar de servicio severo es el outgassing que no debe confundirse con el flash, ni en el cálculo ni en la selección de válvulas; es mucho más dañino que la vaporización parcial de un líquido y requiere un análisis y cálculo particular. Se da con altas presiones diferenciales, superiores a 60 kg/cm2, y suele requerir cuerpos angulares de alto rating.

En gases y vapor de agua, un derrame crítico por alta presión diferencial se manifiesta en forma de ruido. El coeficiente asociado es xT Pressure drop ratio factor, especifico de cada válvula, siendo “Pressure drop ratio” x = ∆p / P1.

El ruido se atenúa con válvulas de diseños especiales del trim que reducen la velocidad y buscan más altas frecuencias no audibles. Son las válvulas multihole y otras combinaciones multi-stage / multi-path. Cada fabricante ofrece varios tipos eligiéndose el que se requiera en cada aplicación.

Un problema patológico en estos diseños es su mal comportamiento cuando el fluido tiene partículas ya que por los pasos estrechos y la forma laberíntica de su construcción, tienden a obstruirse produciendo también desgastes y agarrotamientos sobre todo, en los trims guiados por jaula.

Todo ruido lleva asociado un nivel de vibraciones que además de afectar a la válvula se transmiten por la tubería a equipos adyacentes. Se están analizando con más detalle la influencia de las vibraciones sobre todo en válvulas para servicios severos, pues producen fatiga de materiales del trim. Por tanto, el ruido no es sólo un problema por sí mismo; obliga a buscar el diseño adecuado que permita paso de partículas y además hay que poner más atención en el punto de instalación de la válvula en la tubería y el diseño de piping.

Fugas internas. Pérdida de estanqueidad

Esta es una de las características técnicas de las válvulas que más cuesta mantener. La pérdida de calidad de cierre depende de los desgastes que se produzcan por alguna de las causas que se han visto anteriormente. Lo importante es que el aumento de fuga produzca una degradación de los internos y vaya en aumento.

Las válvulas de control se fabrican con una determinada fuga, previamente especificada, respecto a unas normas ANSI/FCI 70.2 /IEC 534-4, que son las dos normas más usadas. Las fugas en el proceso serán distintas, con el fluido real a la presión y temperatura de trabajo. Lo que se especifica y se compra es una determinada “calidad constructiva de cierre” para unas condiciones de prueba.

La fuga también puede depender del actuador, del posicionador, defectos de alineación y centrado del trim por mal montaje durante operaciones de mantenimiento, presencia de partículas, etc.

Los cierres tienen diferente configuración según sea el tipo de válvula: globo simple asiento, equilibradas guiadas por jaula: sin o con piloto, rotativas, mariposas, etc. Siendo el trim el corazón de la válvula, sus materiales y calidad de mecanizado, así como la buena selección del actuador, son los puntos más importantes a cuidar.

Una válvula no cierra mejor aumentando la presión de aire (cuando sea “aire cierra”). Esto puede provocar un exceso de asentamiento que deteriore el trim o doble el vástago. Tan malo es un actuador insuficiente como otro excesivamente sobredimensionado.

La detección de fugas peligrosas en el trim, que pasen de un valor, no es un asunto sencillo. Podría detectarse pero no cuantificarse. En este sentido se han intentado procedimientos mediante ultrasonidos y termografía, pero cada fluido, industria y entorno de proceso son diferentes, requiriendo unos análisis comparativos que normalmente no dan resultados satisfactorios.

Fugas al exterior

Los puntos típicos de fugas al exterior son la unión tapa-cuerpo en todas las válvulas de globo y en la zona del vástago por la estopada, en válvulas alternativas como en las rotativas: mariposa, bola, macho, etc.

El mantenimiento de la estanquidad en la empaquetadura, depende que haya sido bien seleccionada y montada, también de la frecuencia de maniobras y de su apriete. Ahora, para minimizar intervenciones, se añaden resortes de apriete controlado y constante en los tornillos apriete de estopada. También hay diseños que incorporan juntas tóricas que refuerzan a la estopada, siempre que sean compatibles con la naturaleza del fluido. Hay que indicar el mejor comportamiento de las válvulas rotativas por su menor fricción y mayor capacidad de cierre-estanqueidad  en las estopadas, ver figura 5.

Figura 5. Cierres para el vástago

Las fugas entre tapa-cuerpo normalmente se deben a un deterioro de la junta usada así como del diseño mecánico de la unión tapa-cuerpo, que pueden ser varios. También se producen fugas por defecto de alineación en el montaje o deficiente apriete de los tornillos de cierre de la tapa-cuerpo. Esta tortillería debe ser del material adecuado y apretados con el par que recomiende el fabricante mediante llave dinamométrica. Se dispone ahora de equipos hidráulicos que aportan pares de apriete controlados y uniformes en todo el perímetro de la tapa.

Actualmente hay la posibilidad de detectar las fugas y transmitir esta información mediante técnica wireless, si la severidad de la aplicación lo justifica, por ejemplo en fluidos peligrosos.

  1. AGRESIONES EXTERNAS EN LA PLANTA

Los equipos de un lazo de control que van instalados en el propio proceso son básicamente dos: los medidores y transmisores de la variable a controlar (caudal, presión, nivel, temperatura, etc.) y el elemento final que, en nuestro caso es la válvula de control. Estos transmisores, aunque instalados en las tuberías o sobre los equipos, no producen perdida de presión en el fluido, por lo que no suelen sufrir desgastes internos, salvo corrosión. Sólo hay que considerar el ataque externo de un medio ambiente agresivo por vapores, fugas, inclemencias atmosféricas, que son fácilmente solucionables mediante elementos de protección: bolsas, cubiertas de plástico, armarios de inoxidable, etc.

Muchas válvulas de control están situadas a cubierto pero otras muchas no. Es por esto que la válvula sufre todos los efectos del medio ambiente, tanto las condiciones atmosféricas, moderadas o extremas, como la combinación de estas condiciones climáticas asociadas a gases y polvos que pueden producir un ataque corrosivo sobre, cuerpo, actuador, posicionador, accesorios y tuberías neumáticas de señal.

Algunos procesos químicos industriales son especialmente agresivos como fertilizantes, siderurgia, papel, etc. También en países con climas extremos por altas o bajas temperaturas, tormentas de arena en zonas desérticas, oleoductos y gaseoductos, torres de explotación off-shore o plantas próximas al mar, etc.

Cada aplicación particular, se debe analizar previamente, en fase proyecto, buscando experiencias de situaciones similares; se adoptarán medidas constructivas en cuanto a materiales de cuerpo y actuador así como elementos de protección para que la válvula y sus accesorios resistan esas situaciones y mantenga sus prestaciones de control con una alta disponibilidad.

Se cuidará el procedimiento y tipo de pintura más adecuado a cada caso, así como las juntas de cierre y sellado, sobre todo en los accesorios, como el posicionador, electroválvulas, etc. En situaciones límite se deberá proteger, sobre todo el conjunto actuador y accesorios, con forros, bolsas o armarios metálicos específicamente diseñados para cada válvula. Hay empresas dedicadas a solucionar estas situaciones.

  1. OTRAS CAUSAS

Fallos de especificación durante la ingeniería. Errores de cálculo y selección

Cada vez son mejores los programas de cálculo para definir el tamaño del trim de las válvulas de control. Sin embargo se constatan muchas deficiencias en el proceso de selección.

El éxito de una válvula, en el contexto de un lazo de control, depende de:

  • Haber definido bien sus condiciones de operación: regímenes de caudal, presiones, variaciones de carga, etc.
  • Que se haya hecho una buena selección del tipo y tamaño, del trim para esa aplicación en concreto.
  • Que se hayan elegido los materiales adecuados que componen el trim.

“El coste de una válvula de control no es su precio de compra, si no: precio de compra + puesta en marcha + mantenimiento en los primeros 5 años”


Los problemas más frecuentes surgen del sobredimensionamiento, o cuando se aplican criterios generales sin haberse preguntado en concreto y con rigor, por ejemplo: ¿Qué se espera de esta válvula?; ¿Cómo se la va a operar? ; ¿Cuáles van a ser las variaciones del proceso?; ¿Cuántas veces tiene que cerrar?, ¿Con que estanqueidad debe hacerlo?, etc.

Otros problemas proceden de hacer por separado la selección y compra  de la válvula sin conocer ni tener en cuenta el diseño de las tuberías. Según sea el fluido y las condiciones del derrame, ambas cosas pueden afectar al diseño del piping y a la ubicación de la válvula en un lugar más idóneo.


“El mantenimiento empieza en el proyecto”.

Esta frase es conocida pero generalmente olvidada durante el desarrollo de la ingeniería el montaje y la puesta en marcha.


Problemas derivados del montaje y diseño de tuberías, y de la puesta en marcha

La válvula de control se instalará en aquel punto del proceso donde se obtenga el mejor control y más rápida respuesta sobre la variable controlada, según sea el fluido.

El diseño de las tuberías puede afectar a la válvula. Esto ocurrirá, sobre todo, en derrames críticos, tanto con líquidos como con gases o vapor. Se evitarán diseños de líneas y codos que produzcan fuertes turbulencias o vibraciones que puedan afectar a la estabilidad, bien de los órganos internos de las válvulas o a sus instrumentos asociados, sobre todo el posicionador.

En el caso de líquidos, se procurará dejar un tramo de tubería, aguas arriba pero, sobre todo, aguas abajo. Habrá procesos y fluidos que requieran unas distancias mínimas, sobre todo en cuanto a alejar los codos aguas abajo. Un codo próximo a la salida es perjudicial en un régimen de cavitación pero mucho más cuando hay flash o partículas abrasivas. Por eso las válvulas con posibilidad de vaporización se colocarán lo más cerca posible del depósito o recipiente de descarga.

Desde el punto de vista del montaje, lo mejor es que las tuberías sean horizontales o ligeramente inclinadas. Pueden montarse las válvulas en tuberías verticales, según diseños, y tamaños, pero siguiendo recomendaciones de cada fabricante; esta posición paralela al suelo, aunque no impide su trabajo, si puede ser un inconveniente posterior para el mantenimiento, sobre todo si la válvula es grande o va soldada a la tubería.

Mantenimiento inadecuado en las primeras intervenciones

Una válvula de control debe durar muchos años y como instrumento requerirá verificaciones y mantenimiento en cuerpo, actuador y accesorios localmente. Por tanto la accesibilidad para un mínimo tiempo de reparación debe ser un objetivo. Por tanto se estudiará el acceso para su maniobra, montaje y desmontaje con el mínimo de elementos auxiliares: plataformas, polipastos, etc. pensando en poder acceder a los internos de la válvula: obturador-asiento y actuador de la forma más fácil posible.


“Cada diseño de válvula tiene su mantenimiento especifico”.

“En los servicios severos se precisa personal con experiencia y conocimiento del equipo a intervenir”


No se han mencionado en este artículo los problemas y averías en actuador y accesorios. Por su naturaleza entran ya en el terreno propio de la instrumentación. Se ha mencionado que las condiciones ambientales pueden afectar al actuador como equipo mecánico; también tienen sus averías propias según sea de diafragma, de pistón o eléctricos. Los accesorios y fundamentalmente aquellos que están en la línea de transmisión de la señal de control, son particularmente sensibles y deben ser adecuadamente protegidos frente al medio ambiente y por altas o bajas temperaturas: posicionador electroneumático, transmisores de posición, electroválvulas, relés de bloqueo, etc.

CONCLUSIONES FINALES

  • La vida de la válvula y su fiabilidad de control depende de una selección y cálculo, en este orden. Lo más importante es la selección, no el cálculo.
  • Tan importante como su duración es que mantengan sus “prestaciones dinámicas”, como instrumento, en el contexto del lazo de control. Ref.1 Cap. 4 y 9
  • El ingeniero de instrumentación debe conocer todos los efectos (patologías) que pueden afectar al funcionamiento de la válvula, para poder hacer una buena selección de tipo y materiales.

REFERENCIAS

[1] A. Campo López Válvulas de Control: Selección y Cálculo. Edición Revisada 2018.

ACERCA DEL AUTOR

Antonio Campo López, Profesor-coordinador en el Master de Instrumentación y Control que organiza de ISA-España / Repsol. Amplia experiencia, durante más de 39 años, en la selección y aplicación de válvulas de control en todos los sectores industriales, principalmente, Energía, Químico, Petroquímico, Papel, Tratamiento de Agua, y otros servicios en general. Ha publicado artículos sobre válvulas de control en revistas técnicas y participado en cursos y reuniones técnicas de ISA-España. Es autor del libro VALVULAS DE CONTROL, Selección y Cálculo publicado en ISA-España en 2ª edición revisada.

 

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