Con la instrumentación adecuada, las plantas de proceso pueden funcionar de manera efectiva, eficiente, económica y segura mediante la integración de señales de alarma.

¿Qué es la instrumentación de procesos y por qué es necesaria?

En las industrias de petróleo y gas, la instrumentación se usa para monitorear y controlar las condiciones de operación de la instalación, lo que ayuda a cumplir con la seguridad, las regulaciones ambientales, la calidad y la productividad, la operación rentable y los objetivos estables de operación de la planta. 

Se puede clasificar en dos funciones principales: 

1. Dispositivos de entrada, que son instrumentos de medición que se centran principalmente en las diferentes variables del proceso. 

2. Dispositivos de salida del sistema de control, que se denominan elementos de control final. Estos actúan en relación con los parámetros medidos para instituir la acción de control requerida.

Los dispositivos de entrada (instrumentación) miden cuatro parámetros operativos importantes: presión, temperatura, flujo y nivel. 

Los analizadores avanzados en línea que miden la composición del proceso también se consideran un elemento de la instrumentación del proceso.

Componentes de la instrumentación en la industria del Oil&Gas

La instrumentación consta de tres componentes principales:

1. Un sensor, que a veces se denomina elemento de medición primario, para medir las propiedades físicas requeridas.

2. Un transductor, que convierte la señal del sensor en una forma de señal estándar que se adapta al sistema de control, como una señal neumática (3-15 psi), una señal eléctrica (4-20 mA), una señal digital de Foundation Fieldbus, etc.

3. Un transmisor, que prepara la señal del transductor para la transmisión sin pérdida y luego la transmite. Los transmisores inteligentes también envían datos significativos sobre el estado del instrumento de medición en su conjunto.

La instrumentación del proceso incluye el elemento de control más común, la válvula de control, que consiste en un actuador que convierte la señal de salida del sistema de control en una señal que puede permitir que la válvula responda, el posicionador para adaptar la respuesta y la válvula. 

Los posicionadores inteligentes actualmente pueden enviar y recibir datos útiles hacia y desde el sistema de control con fines de mantenimiento predictivo.

Las válvulas en la industria del Oil&Gas

Las válvulas son una parte vital de cualquier sistema de tuberías, lo que significa que juegan un papel clave en la industria del petróleo y el gas. 

Se pueden usar para controlar los caudales, aislar y proteger equipos, y guiar y dirigir el proceso de refinación del petróleo crudo.

Podemos hacer una revisión de las válvulas que se usan comúnmente en la industria:

• Válvulas de control: Las válvulas de control son válvulas que proporcionan control de proceso sobre el caudal, la presión y la temperatura en la industria del petróleo y el gas. 

Funcionan variando el tamaño del paso del flujo según lo indicado por una señal hidráulica, neumática o eléctrica enviada desde un controlador. 

La operación automática de estas válvulas les da la capacidad de ser operadas de forma remota, en lugar de tener un operador constantemente monitoreando y ajustando.

• Válvulas de mariposa: Las válvulas de mariposa se utilizan para aislar y modular una variedad de medios con baja pérdida de presión. La válvula generalmente viene equipada con un actuador. 

Su pequeño grosor les permite caber en casi cualquier lugar, mientras que su facilidad de disponibilidad en diámetros mayores significa que pueden usarse en tuberías grandes. 

Cuando se accionan, se abren y cierran rápidamente y proporcionan una alta fiabilidad con poco mantenimiento.

• Válvulas de bola: Las válvulas de bola están diseñadas para controlar el flujo de líquidos y gases a alta presión con una caída de presión mínima. 

Se abren y cierran rápidamente, y tienen un sello hermético con bajo par. Su facilidad de operación, reparación y versatilidad le permite ser utilizado en una variedad de ubicaciones.

• Válvulas de retención: Las válvulas de retención se utilizan para evitar el flujo inverso a través de las tuberías. 

Su servicio ayuda a proteger las bombas y los equipos que podrían dañarse por el flujo de retorno, reduciendo el mantenimiento y el tiempo de inactividad del sistema. 

Estas válvulas tienen una baja caída de presión, lo que aumenta el ahorro de energía. También ayudan a reducir la vibración dentro de las tuberías.

• Válvulas de globo: Las válvulas de globo a menudo se usan para servicios de aislamiento y estrangulamiento. La instalación es simple debido a sus asientos de válvula fácilmente mecanizados. 

Ofrecen una capacidad de cierre hermético, y el movimiento lineal simple permite una rápida apertura y cierre de la válvula.

La demanda de petróleo y gas está en constante aumento, y las expectativas de rendimiento son ahora más altas que nunca. 

Una buena sinergia entre la instrumentación y control de procesos y las prestaciones que prestan los diferentes tipos de válvulas resultan en una importancia operacional de importancia fundamental.

Desarrollos tecnológicos recientes en la instrumentación de la industria

Los desarrollos recientes incluyen modificaciones y adaptaciones para adaptarse a una gama más amplia de aplicaciones con nuevos niveles de precisión, confiabilidad, integridad y mejor precio.

Por ejemplo, debido a la importancia de las mediciones de flujo, los fabricantes desarrollan continuamente nuevas características para aplicaciones duras y severas. 

Un tipo de medidor de flujo utilizado en una amplia gama de sectores industriales es el medidor de flujo másico Coriolis. 

Múltiples variables del proceso, como el flujo másico, la densidad y la temperatura, se miden simultáneamente, lo que genera información precisa sobre otros parámetros del proceso, como el flujo volumétrico, la concentración, etc. Los medidores de flujo de Coriolis pueden medir hasta 12 pulgadas.

Los medidores de flujo ultrasónicos con abrazadera con transductores unidos al exterior de una tubería se consideran efectivos como medidores de flujo portátiles. Aunque este tipo se encontró hace muchos años, las mejoras tecnológicas recientes los hacen más precisos y confiables.

Las nuevas tecnologías en válvulas de control para aplicaciones severas dan como resultado una mayor confiabilidad y operatividad. Sin embargo, la nueva tecnología más efectiva son los posicionadores inteligentes, que proporcionan nuevas características sobre la capacidad de autodiagnóstico y análisis.

El desafío es obtener los mayores beneficios de los datos mediante la aplicación de técnicas de análisis utilizando herramientas de software especiales para respaldar la toma de decisiones con respecto a costos optimizados, reducción de desperdicios y mayor productividad.

En conclusión

Los usuarios finales deben prestar atención a la integración entre la capa empresarial y la capa operativa de sus plantas de proceso. 

La instrumentación del proceso es la columna vertebral de estos sistemas y debe seleccionarse adecuadamente, especialmente en lo que respecta a la fiabilidad. 

Los datos suministrados por la nueva instrumentación de proceso digital deben tratarse como información valiosa para ser utilizada en la mejora de la calidad y la productividad dentro de una instalación. 

Creo que la instrumentación inalámbrica tendrá un papel increíble en el mercado en los próximos años.

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A medida que las aplicaciones se vuelven más específicas y complicadas, las válvulas se han convertido en diferentes tipos principales para adaptarse a diferentes requisitos. 

La categorización de la válvula depende de varias consideraciones. 

Para este artículo, las válvulas se clasifican según las funciones. Algunos toman solo uno, mientras que la mayoría tiene dos, dependiendo del diseño de la válvula.

Válvulas de control de proceso 

¿Qué es el control de procesos?

El «control de proceso» es una disciplina de ingeniería que se ocupa del uso de un medio, componentes de control, sensores de retroalimentación, controladores mecánicos y / o computarizados, y a veces actividad humana para producir una salida específica. 

Estos procesos van desde el de un sistema de calefacción simple donde se usa un termostato para controlar un horno, hasta plantas grandes y complejas que producen productos químicos de alta tecnología. 

En un día determinado, utilizará muchos productos que se han fabricado utilizando una variedad de procesos diferentes que se controlan mediante válvulas automáticas. 

Esta amplia gama de implementaciones de control de procesos requiere una amplia gama de tipos de válvulas, tamaños, materiales y métodos de actuación. 

A continuación se muestra una descripción general de las válvulas de control de proceso más comunes.

Válvula de pellizco

También llamada válvula de sujeción, la válvula de presión es otra válvula para detener / iniciar y estrangular. 

La válvula de pellizco pertenece a la familia de válvulas de movimiento lineal. El movimiento lineal permite un flujo sin obstrucciones de los medios. 

El mecanismo de presión del tubo de presión dentro de la válvula actúa para controlar el flujo de fluido.

Ventajas

● Diseño simple sin partes móviles internas.

● Ideal para lodos y medios más gruesos, incluso corrosivos.

● Útil para prevenir la contaminación de los medios.

● Bajo costo de mantenimiento.

Desventajas

● No apto para aplicaciones de alta presión.

● No es ideal para usar con gas.

Aplicaciones

Las válvulas de pellizco se utilizan principalmente para el flujo sin restricciones. 

Son más adecuados para aplicaciones de lodos. 

Las válvulas de pellizco son excelentes para aplicaciones que necesitan un aislamiento completo de las piezas de la válvula, así como de contaminantes ambientales.

Otras aplicaciones que emplean válvulas de pellizco incluyen el tratamiento de aguas residuales, procesamiento químico, manejo de cemento, entre otros.

Válvula de cuchilla

La válvula de compuerta de cuchilla proporciona un cierre confiable tanto para fluidos de línea secos como húmedos. 

La válvula sin capó está equipada con una compuerta de servicio pesado para cortar a través de fluidos tanto de línea seca como húmeda. 

Los sedimentos de la válvula sin capó son ideales para lodos abrasivos, material de pulpa, semisólidos, cenizas secas, astillas, etc.

Las válvulas encuentran aplicación en papel y pulpa, minerales y metales, plantas de acero, centrales térmicas e industrias químicas / petroquímicas. 

Los versátiles asientos metálicos y elásticos para el rango bidireccional están disponibles en configuraciones de obleas, con lengüetas y bridas.

Características sobresalientes:

• El filo de cuchilla de alta resistencia en la parte inferior de la puerta corta sedimentos sólidos y garantiza un cierre confiable
• Puerta ofrecida con recubrimientos de superficie revestimiento duro, nitruración, Cromado.
• Asientos reemplazables: fácil mantenimiento en el sitio. Mayor vida útil.
• Par de funcionamiento bajo: facilita el uso de actuadores de menor tamaño.
• Menor inversión inicial.

Válvula de bola

La válvula de bola es parte de la familia de válvulas de cuarto de vuelta. 

La característica distintiva de una válvula de bola es su disco hueco en forma de bola que actúa para detener o iniciar el flujo de medios. 

El disco de bola es una de las válvulas más rápidas porque solo necesita un cuarto de vuelta para abrirse o cerrarse.

Ventajas

• Gran capacidad de encendido / apagado.
• Mínima fuga por desgaste si se usa correctamente.
• Bajo costo de mantenimiento.
• Mínima caída de presión.
• Tiempo y trabajo efectivos para operar.

Desventajas

• No apto como válvula de control o de estrangulamiento.
• No es adecuado para medios más gruesos, ya que podría producirse sedimentación y dañar el disco y el asiento de la válvula.
• Podría producirse una sobretensión debido al cierre y apertura rápidos.

Aplicaciones

Las válvulas de bola son adecuadas para aplicaciones de fluidos, gases y vapores que necesitan un cierre hermético. 

Aunque principalmente para usos de baja presión, las aplicaciones de alta presión y alta temperatura se aplican a válvulas de bola con asientos de metal.

Válvula de mariposa

La válvula de mariposa también es parte de la familia de válvulas de cuarto de vuelta. 

Lo que distingue a la válvula de mariposa de las otras válvulas es el disco plano a cóncavo que se une al vástago de la válvula.

Colocado en el medio de la válvula con el vástago perforado o unido a un lado, el disco bloquea el flujo de medios cuando la válvula está cerrada. El vástago agrega soporte al disco. 

Este diseño permite que la válvula de mariposa se acelere cuando hay una apertura incremental de la válvula.

Ventajas

• Diseño compacto.
• Ligero.
• Mínima caída de presión.
• Fácil de instalar.

Desventajas

• Limitaciones limitadas.
• Una presión fuerte puede afectar el movimiento del disco.

Aplicaciones

Las válvulas de mariposa a menudo se usan en aplicaciones de agua y gas donde existe la necesidad de aislar o interrumpir el flujo de medios. 

Las válvulas de mariposa son excelentes para procesos que utilizan tuberías de gran diámetro. También son adecuados para lodos, criogenia y servicios de vacío.

Válvula de alivio de presión

La válvula de alivio de presión se refiere a una válvula que libera o limita la presión de las tuberías para mantener el equilibrio de presión y evitar la acumulación. 

A veces se le llama erróneamente válvula de seguridad de presión .

Su objetivo principal es proteger el equipo en un evento de sobrepresión, o aumentar la presión cuando hay una caída. 

Hay un nivel de presión predeterminado en el que la válvula liberaría presión adicional si esta última supera el nivel preestablecido.

Ventajas

• Se puede utilizar en todo tipo de aplicaciones de gas y líquido.
• También se puede utilizar en aplicaciones de alta presión y temperatura.
• Rentable.

Desventajas

• El mecanismo de resorte y el material corrosivo no se mezclan bien.
• La contrapresión podría afectar las funciones de la válvula.

Aplicaciones

Las válvulas de alivio de presión son efectivas cuando la contrapresión no es una consideración importante. 

Las válvulas de alivio de presión se pueden ver en aplicaciones de calderas y recipientes a presión.

Válvulas de pistón

La válvula de pistón es una válvula de movimiento lineal en la que un pistón de acero inoxidable viaja entre el anillo de asiento ascendente y el inferior. 

Conocidas por su extraordinario rendimiento, las válvulas de pistón pueden manejar una gran variedad de flujos como vapor, fluido térmico, muchos otros líquidos y gases. 

Se pueden usar en aplicaciones de encendido.

Conclusiones sobre válvulas de proceso

Hemos presentado diferentes tipos de válvulas utilizadas en el mundo industrial actual. 

Algunos actúan como una protección estricta contra fugas, mientras que otros son excelentes reguladores. 

Al comprender cada válvula, aprender a aplicarlas en la industria se vuelve mucho más fácil.

La entrada Tipos de Válvulas para procesos industriales se publicó primero en TechFlow.

Se utilizan ampliamente en todo tipo de industrias. La función principal de una válvula es facilitar el flujo controlado de diferentes sustancias. 

Una válvula contiene una capa interna que se puede abrir y cerrar. 

Con la introducción de nuevas tecnologías mecánicas, las válvulas industriales también han evolucionado. 

En este momento, la eficiencia de las válvulas industriales es mejor que nunca.

Se están introduciendo muchos tipos nuevos de válvulas industriales , que varían en funcionalidad. 

En el pasado, el acero era el material predominantemente utilizado para la fabricación de válvulas, pero ahora también se utilizan otros materiales. 

La elección del material se elige de acuerdo con la aplicación de la válvula.

Funciones principales de una válvula industrial

Las funciones de las válvulas son:

• Parar o iniciar un flujo
• Reducir o aumentar un flujo
• direccionar un flujo.
• Regular un flujo o presión.
• Aliviar un sistema de tuberias de presion de flujo.

Cuerpo de la válvula

El cuerpo de la válvula, a veces llamado carcasa, es el límite primario de una válvula de presión. 

Sirve como el elemento principal de un conjunto de válvula porque es el marco que mantiene todas las partes juntas.

El cuerpo, resiste las cargas de presión de fluido de las tuberías de conexión. Recibe tuberías de entrada y salida a través de juntas que pueden ser de rosca o de soldadura.

Los extremos del cuerpo de la válvula están diseñados para conectar la válvula a la tubería o a la boquilla del equipo mediante diferentes tipos de conexiones finales, como soldadura a tope o con casquillo, roscada o bridada.

Los cuerpos de las válvulas están fundidos o forjados en una variedad de formas y cada componente tiene una función específica y está construido en un material adecuado para esa función.

Cubierta de la válvula

La cubierta para la abertura en el cuerpo es el capó, y es el segundo límite más importante de una válvula de presión. 

Al igual que los cuerpos de las válvulas, las cubiertas están disponibles en muchos diseños y modelos.

Un capó actúa como una tapa en el cuerpo de la válvula, está fundido o forjado del mismo material que el cuerpo. 

Comúnmente está conectado al cuerpo por una unión roscada, atornillada o soldada. 

Durante la fabricación de la válvula, los componentes internos, como el vástago, el disco, etc., se colocan en el cuerpo y luego se une el bonete para mantener todas las partes juntas en el interior.

En todos los casos, la fijación del capó al cuerpo se considera un límite de presión. 

Esto significa que la junta de soldadura o los pernos que conectan el bonete al cuerpo son piezas que retienen la presión. 

Los bonetes de las válvulas, aunque son necesarios para la mayoría de las válvulas, representan un motivo de preocupación. 

Los bonetes pueden complicar la fabricación de válvulas, aumentar el tamaño de la válvula, representar una parte significativa del costo del costo de la válvula y son una fuente de posibles fugas.

Ajuste de la válvula

Las partes internas de la válvula extraíble y reemplazable que entran en contacto con el medio de flujo se denominan colectivamente como guarnición de la válvula . 

Estas partes incluyen asiento (s) de válvula, disco, prensaestopas, espaciadores, guías, bujes y resortes internos. 

El cuerpo de la válvula, el bonete, el empaque, etc., que también entran en contacto con el medio de flujo no se consideran molduras de válvula.

El rendimiento del ajuste de una válvula está determinado por la interfaz del disco y el asiento y la relación de la posición del disco con el asiento. 

Debido al ajuste, son posibles movimientos básicos y control de flujo. 

En los diseños de ajuste de movimiento giratorio, el disco se desliza muy cerca del asiento para producir un cambio en la apertura del flujo. 

En los diseños de molduras de movimiento lineal, el disco se levanta perpendicularmente del asiento para que aparezca un orificio anular.

Las piezas de ajuste de la válvula pueden construirse con una variedad de materiales debido a las diferentes propiedades necesarias para soportar diferentes fuerzas y condiciones. 

Los casquillos y los prensaestopas no experimentan las mismas fuerzas y condiciones que el disco de válvula y los asientos.

Disco de válvula y asiento

El disco es la parte que permite, estrangula o detiene el flujo, dependiendo de su posición. En el caso de un tapón o una válvula de bola, el disco se llama tapón o bola. 

El disco es el tercer límite de presión primaria más importante. 

Con la válvula cerrada, la presión total del sistema se aplica a través del disco y, por esta razón, el disco es un componente relacionado con la presión.

Los discos generalmente son forjados y, en algunos diseños, de superficie dura para proporcionar buenas propiedades de desgaste. 

La mayoría de las válvulas llevan el nombre del diseño de sus discos.

El asiento o los anillos de sellado proporcionan la superficie de asiento para el disco. 

Una válvula puede tener uno o más asientos. 

En el caso de un globo o una válvula de retención de oscilación, generalmente hay un asiento, que forma un sello con el disco para detener el flujo. 

En el caso de una válvula de compuerta, hay dos asientos; uno en el lado aguas arriba y el otro en el lado aguas abajo. 

Un disco de válvula de compuerta tiene dos superficies de asiento que entran en contacto con los asientos de la válvula para formar un sello para detener el flujo.

Para mejorar la resistencia al desgaste de los anillos de sellado, la superficie a menudo se endurece soldando y luego mecanizando la superficie de contacto del anillo de sellado. 

Es necesario un acabado superficial fino del área de asiento para un buen sellado cuando la válvula está cerrada. 

Los anillos de sellado generalmente no se consideran partes de límite de presión porque el cuerpo tiene suficiente espesor de pared para soportar la presión de diseño sin depender del grosor de los anillos de sellado.

Actuador de válvula

Las válvulas manuales generalmente están equipadas con un volante conectado al vástago de la válvula o la tuerca de yugo que se gira en sentido horario o antihorario para cerrar o abrir una válvula. 

Las válvulas de globo y compuerta se abren y cierran de esta manera.

Las válvulas manuales de cuarto de vuelta, como la bola, el tapón o la mariposa, tienen una palanca para accionar la válvula.

Hay aplicaciones en las que no es posible o deseable accionar la válvula manualmente con el volante o la palanca. 

Estas aplicaciones incluyen:

• Válvulas grandes que deben funcionar contra alta presión hidrostática.
• Las válvulas deben ser operadas desde una ubicación remota
• Cuando el tiempo de apertura, cierre, aceleración o control manual de la válvula es mayor que el requerido por los criterios de diseño del sistema

Estas válvulas suelen estar equipadas con un actuador.

Un actuador en la definición más amplia es un dispositivo que produce un movimiento lineal y giratorio de una fuente de energía bajo la acción de una fuente de control.

Los actuadores básicos se utilizan para abrir o cerrar completamente una válvula. 

Los actuadores para controlar o regular las válvulas reciben una señal de posicionamiento para moverse a cualquier posición intermedia. 

Existen muchos tipos diferentes de actuadores, pero los siguientes son algunos de los actuadores de válvula utilizados comúnmente:

• Actuadores de engranajes
• Actuadores de motores eléctricos
• Actuadores Neumáticos
• Actuadores Hidráulicos
• Actuadores solenoides

Clasificación de válvulas

Las siguientes son algunas de las clasificaciones de válvulas comúnmente utilizadas, basadas en el movimiento mecánico:

• Válvulas de movimiento lineal. Las válvulas en las cuales el miembro de cierre, como en la compuerta, globo, diafragma, pellizca y levanta las válvulas de retención, se mueve en línea recta para permitir, detener o regular el flujo.
• Válvulas de movimiento rotativo. Cuando el miembro de cierre de la válvula viaja a lo largo de una trayectoria angular o circular, como en las válvulas de retención de mariposa, bola, obturador, excéntricas y oscilantes, las válvulas se denominan válvulas de movimiento giratorio.
• Válvulas de cuarto de vuelta. Algunas válvulas de movimiento giratorio requieren aproximadamente un cuarto de vuelta, 0 a 90 °, movimiento del vástago para abrirse completamente desde una posición completamente cerrada o viceversa.

Conclusiones sobre ¿Cómo funciona una válvula?

Las propiedades del medio de flujo, la composición química, la presión, la temperatura, la velocidad de flujo, la velocidad y la viscosidad son algunas de las consideraciones importantes al seleccionar materiales de acabado adecuados. 

Los materiales de acabado pueden o no ser el mismo material que el cuerpo de la válvula o el bonete.

Ayudará a una aplicación adecuada de cada tipo de válvula durante el diseño y al uso adecuado de cada tipo de válvula durante la operación.

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