Los actuadores son un componente vital en una amplia gama de sistemas utilizados en el agua, la energía y otras industrias. Pero ¿qué es exactamente? is un actuador? Los recién llegados al tema a menudo se contentan con pensar en este componente como simplemente una especie de interruptor: la parte de un sistema basado en válvulas que lleva la válvula a una posición abierta o cerrada. Pero el valor de tales piezas va cada vez más allá de la simple funcionalidad de “abrir y cerrar” y llegar a un ámbito donde todo tipo de control sofisticado se hace posible, como Envirotec descubierto en una conversación con AUMA Actuators UK, la rama británica de Grupo AUMA, que emplea a más de 2,800 personas en 30 ubicaciones en todo el mundo.
Las válvulas desempeñan un papel vital en sistemas donde es necesario controlar el flujo de fluido (o gas). En aplicaciones donde el agua fluye a través de tuberías, por ejemplo, puede ser necesario detener, iniciar, desacelerar el flujo o cambiar su dirección. En algunos sistemas, se utilizarán válvulas para regular la presión en diferentes lugares.
La industria del agua es un destino principal para estos componentes, aunque aparecen en una amplia gama de tecnologías de procesos y otros sistemas, incluida la generación de energía, ya sea a partir de petróleo, gas, biomasa, energía a partir de residuos o energía nuclear. Los actuadores desempeñan un papel vital en el proceso de control.
Los actuadores eléctricos actuales pueden controlarse de forma remota y recibir comandos para abrir o cerrar desde sistemas de control industrial como SCADA o DCS. De manera similar, cuando el actuador haya alcanzado una parada particular o una posición intermedia, señalará este estado al sistema de control.
Este tipo de funcionalidad es la base (y será suficiente para muchos usuarios), pero es posible un control mucho más sofisticado y la oferta de AUMA incorpora cada vez más varios tipos de funcionalidad "inteligente". Aquí es donde la evolución de la tecnología en torno a válvulas y actuadores es más visible, sugiere el director general de AUMA en el Reino Unido, Paul Hopkins, quien ofreció una idea de las posibilidades que se vislumbran con un subsistema que, dijo, "es en realidad una pieza de ingeniería apasionante". .
¿Qué hacer?
Los actuadores eléctricos de AUMA cuentan con una combinación de motor eléctrico y caja de cambios, especialmente desarrollada para la automatización de válvulas. Los actuadores proporcionan el torque necesario para operar las partes móviles de la válvula, ya sea de compuerta, mariposa, globo o cualquier otro tipo de válvula. Como dice la web de AUMA, los actuadores de la firma abordan todo el abanico de posibilidades, desde una válvula de bola de 2 pulgadas hasta compuertas desviadoras de muchos metros de altura (ver “Válvulas: lo básico”, al final del artículo, para más información sobre válvulas).
El par se transmite desde el actuador al vástago o eje de la válvula a través de una interfaz mecánica estandarizada. Por lo tanto, el tipo de válvula determina la elección del actuador, con actuadores disponibles como dispositivos de “parte de vuelta” o “varias vueltas”.
Los actuadores de parte de vuelta solo requieren una pequeña cantidad de movimiento de rotación (menos de 90 grados) para abrir o cerrar la válvula y tienden a usarse para válvulas que funcionan de manera rápida. Los actuadores multivueltas aplican múltiples rotaciones al vástago de la válvula para abrir o cerrar completamente la válvula y se utilizan cuando el posicionamiento de la válvula debe controlarse con precisión, como con válvulas de compuerta, de globo o de vástago ascendente.
A veces es importante controlar cuidadosamente el par aplicado al abrir o cerrar una válvula, para evitar dañar la válvula o el proceso que controla, explicó Hopkins. Los actuadores también proporcionan la interfaz entre la válvula y los sistemas de control (y la inteligencia integrada dentro del sistema más amplio), y este aspecto se está volviendo cada vez más importante con tendencias como IIoT e Industria 4.0.
AUMA proporciona el nivel básico de funcionalidad de control en su gama AM de controles de actuador, y se dice que estas piezas son la elección perfecta cuando simplemente desea poder informar la posición final del actuador y las señales de fallo (que también se muestran visiblemente mediante luces). en la unidad). Son posibles funciones de control adicionales con la gama de controles AC de la empresa, que se dice que es una opción adecuada cuando necesita registro de datos o funciones de control autoadaptativas, o cuando el actuador de válvula está integrado dentro de un sistema equipado para cosas como gestión de activos y mantenimiento remoto. La pieza incorpora control por microprocesador, lo que proporciona una funcionalidad mucho más completa, dice Hopkins, así como la opción de conectarla a la automatización de procesos a través de Fieldbus (la interfaz paralela también está disponible, al igual que con los controles AM).
La unidad de aire acondicionado también proporciona funciones como derivación de par para quitar el asiento de válvulas que están bien asentadas y funciones para ayudar a evitar golpes de ariete en las tuberías. Hopkins sitúa partes como estas dentro del paradigma de la Industria 4.0 y las tres capas del sistema de control: los sensores (“para decirle qué está pasando”), el controlador de procesos (“para decirle al sistema lo que debería estar haciendo”) y la capa física o los dispositivos de salida. Los actuadores encajan en este último nivel del sistema.
El aire acondicionado proporciona varias funciones de diagnóstico, incluido un informe de eventos con marca de tiempo y el registro de las características del par, así como el número de arranques y tiempos de funcionamiento del motor. El monitoreo continuo de la temperatura y la vibración es una característica que puede ayudar a los usuarios finales a mantener sus plantas funcionando de manera confiable, sugiere Hopkins, lo que se adapta a las aspiraciones de la industria del agua moderna de “no haber cortes”, etc.
Cómo combatir el golpe de ariete
En la actualidad, en la industria del agua se habla mucho del tema de las fugas, y en 1/2021 se perdieron más de 22 billón de litros de agua potable a través de tuberías con fugas en Inglaterra y Gales, como explica un vídeo reciente de AUMA. En la misma presentación se explica cómo se pueden programar actuadores de velocidad variable para ayudar a calmar la red de agua, evitando los daños causados a las tuberías por sobretensiones transitorias repentinas. Este efecto de “golpe de ariete” surge cuando las válvulas se cierran repentinamente o a alta velocidad, produciendo una onda de alta presión que se propaga a través de la red, ejerciendo presión sobre las válvulas, sellos y componentes mecánicos, y a veces también dañando las tuberías.
Una solución es variar la velocidad a la que estas válvulas se abren o cierran, de forma inteligente, teniendo en cuenta el efecto general sobre la dinámica de cambio de presión en toda la red. Los actuadores de velocidad variable de AUMA son programables y el recorrido de la válvula (tanto en sentido de apertura como de cierre) se puede dividir en diez tramos diferentes, pudiendo especificar diferentes velocidades para cada uno de ellos.
Este tipo de solución se puede utilizar dentro de una red de agua equipada para monitorear, analizar y actuar sobre los transitorios de presión, reduciendo la probabilidad de daños a los activos.
Juntando piezas
En el mundo real, los sistemas de actuador de válvula parecen abarcar un espectro de sofisticación y complejidad, y la gama de productos AUMA se construye utilizando una filosofía de diseño modular, que está útilmente orientada a abordar los requisitos únicos de usuarios específicos.
En un nivel, dice la empresa, el diseño modular del producto admite cosas como una fácil adaptación y reparación, y los sistemas se pueden actualizar fácilmente de controles AM a AC, por ejemplo (y también se conserva la compatibilidad con versiones anteriores). Este enfoque también facilita proporcionar combinaciones óptimas de componentes dentro del actuador (como cajas de engranajes y varillajes), adaptadas a la situación, y las mejores formas de acoplarlos. Las posibilidades incluyen más cerca
acoplamiento de válvula y actuador (en lugar de usar solo juntas universales) y tener piezas como la caja de cambios y el motor ubicadas por separado de los controles, por ejemplo, en altura, en un pozo o incluso bajo el agua. Un ejemplo de dónde esto resultó útil fue con una aplicación de control de turbina hidroeléctrica submarina en la central hidroeléctrica de Sauerbrunn cerca de Graz, Austria, en otoño de 2022, lo que resultó en una solución que proporcionó mejor control y retroalimentación a un costo mucho menor.
El sistema requería un actuador capaz de funcionar continuamente bajo el agua, para proporcionar un posicionamiento preciso de la turbina y controlar de manera óptima el suministro de agua que recibía. Anteriormente, la única opción había sido un actuador hidráulico, pero AUMA pudo sugerir un actuador eléctrico adecuado para uso bajo el agua (el AUMA SARV-UW), en combinación con controles del actuador montados sobre el eje y por separado del actuador (y sobre el agua). .
Diferentes ambientes
Una solución modular puede seleccionar entre piezas especificadas para hacer frente a entornos particulares. Si bien se utilizan tecnologías muy similares en sectores como el petróleo y el gas, EfW y la energía nuclear (en términos de válvulas y actuadores utilizados con calderas, por ejemplo), algunos sectores presentan demandas específicas. Las plantas de petróleo, gas natural o EfW requerirán que las piezas sean a prueba de explosiones, por ejemplo (los productos AM y AC están disponibles en este formato).
La certificación es de suma importancia en el sector nuclear, dijo Hopkins, y las piezas se distinguen por aspectos como el nivel de certificación, el origen de los materiales y la maquinaria o carcasa utilizada con el producto.
AUMA tiene interés tanto en el campo emergente de los pequeños reactores modulares (SMR) como en proyectos más grandes como Hinkley Point C. La protección contra la corrosión es importante en sectores como el del agua, donde los equipos pueden necesitar permanecer al aire libre, en presencia de aguas salinas, costeras. aire. AUMA ha desarrollado aquí su propia solución, que se suministra de serie, por ejemplo, con sus actuadores PROFOX, utilizados recientemente en combinación con válvulas de mariposa en la planta de tratamiento de agua de Penybont, en la costa central de Gales. La protección contra la corrosión cumple con los más altos requisitos C5-M/C5-I de EN ISO 12944-6.
Aliviando la carga
La filosofía del diseño modular parece ser la clave que sustenta numerosas cosas que pueden hacer la vida más fácil al usuario final. Por ejemplo, en situaciones en las que tiene mucho más sentido llevar una solución mayoritariamente prefabricada a un sitio, en lugar de ensamblarla toda in situ. Realizar trabajos fuera del sitio también ayuda a mantener la seguridad, dice Hopkins, por lo que el trabajo eléctrico se puede realizar por separado y en un momento diferente del resto de una instalación, por ejemplo.
Sugiere que hay mucha flexibilidad disponible para detectar oportunidades de mejorar o actualizar el equipo de un usuario final. Uno de los mayores puntos de falla en la industria del agua, según su propio análisis, surge cuando el eje de una válvula de compuerta no está adecuadamente engrasado.
Dijo que los ingenieros de AUMA se centraron en este punto con un cliente de una empresa de servicios de agua, proporcionando un autoengrasador que no sólo engrasa los rodamientos sino que también alimenta la base de transmisión y engrasa el eje. Un cambio como este, dice Hopkins, “es simple, pero potencialmente ahorra cientos de miles de libras en la tubería forzada” y reduce en gran medida la cantidad de veces que será necesario realizarle mantenimiento.
Este tipo de “venta consultiva” parece clave para la forma en que trabaja la empresa y depende de la experiencia en ingeniería. La empresa matriz, AUMA, desarrolla y fabrica desde hace 60 años actuadores eléctricos y reductores de válvulas. La gran red de oficinas en todo el mundo significa que los ingenieros del Reino Unido pueden aprovechar la experiencia de otros, que pueden tener experiencia en la resolución de un tipo particular de problema.
Los últimos años también han sido testigos de una gran agitación con los materiales, la producción y los problemas de la cadena de suministro, dice Hopkins, y navegar por este territorio se ha visto favorecido por la "integración muy vertical" de AUMA, con sitios como la oficina de Clevedon de AUMA Actuators. Limitado a realizar su propio mecanizado, montaje, prueba y reparación.
Las piezas en sí se fabrican en Alemania, con fábricas que operan en un sistema "kanban", lo que satisface la demanda en lugar de mantener las existencias. En lo que respecta a la capacidad, Hopkins dice que la empresa fabrica más de 500 actuadores eléctricos por encargo todos los días.
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Válvulas: conceptos básicos
Las válvulas vienen en todas las formas y tamaños, con diferentes enfoques disponibles para satisfacer necesidades específicas, en términos de costo, velocidad, confiabilidad, etc. Algunas aplicaciones requieren que la válvula simplemente se abra o cierre, mientras que en otras es posible que desee mantenerla en varias posiciones intermedias para regular el flujo de fluido.
Una práctica común es dividir el mundo de las válvulas de control en partes basadas en movimiento lineal (válvulas de compuerta, globo y diafragma), frente a aquellas basadas en movimiento giratorio (válvulas de bola, obturador y mariposa, por ejemplo). Las válvulas de compuerta son las más comunes en la actualidad, dada su relativa simplicidad y bajo costo. Estos pueden usarse para iniciar y detener el flujo de fluido, pero no para estrangularlo. Las válvulas de compuerta no son adecuadas para estrangular el flujo y pueden estar sujetas a vibraciones cuando se dejan en una posición parcialmente abierta. También tienen más probabilidades de sufrir desgaste del asiento y del disco, y de fugas, en comparación con las válvulas de globo, por ejemplo.
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- Fuente: https://envirotecmagazine.com/2024/03/14/making-sense-of-the-flow/
