POSICIONADOR DE VÁLVULAS

¿QUÉ ES UN POSICIONADOR DE VÁLVULAS?

Un accesorio de uso común en las válvulas de control, el posicionador suministra aire presurizado al actuador para que la posición del vastago o eje de la válvula coincida con el punto de ajuste del sistema de control. Típicamente neumático o analógico de corriente/presión, el posicionador se utiliza cuando la válvula requiere una acción de control. Requiere retroalimentación de la posición de la válvula o de la eyección de la válvula y proporciona presión neumática al actuador para permitir que la válvula se desgaste y apriete.

Los posicionadores garantizan una posición muy precisa de la válvula (variable regulada) correspondiente a la señal de control (punto de consigna). Comparan la señal de control de un dispositivo de automatización neumático o eléctrico (controlador, estación de control, sistema de control de procesos) con la carrera o el ángulo de apertura de la válvula y, a cambio, proporcionan un control neumático de presión como valor de salida. Los posicionadores generalmente asumen la función de servoamplificadores, ya que convierten la baja energía de la señal de control en una poderosa presión de control proporcional hasta que se alcanza la presión de suministro máxima (6 bar/90 psi). Se pueden utilizar tanto para el funcionamiento estándar como para el funcionamiento en cascada (rango dividido).

Los posicionadores digitales son dispositivos de simple o doble efecto para montar en actuadores neumáticos lineales o rotativos. Gracias al procesamiento digital de la señal, ofrecen las siguientes ventajas frente a los posicionadores tradicionales:

Fácil de usar

Pantalla con dirección de lectura giratoria

Ajuste automático del punto cero y del intervalo durante el procedimiento de inicialización

Detección automática de errores de servo

Sentido de acción independiente de la posición de montaje

Supervisión continua del punto cero

Minimización del consumo de aire propio

COMO FUNCIONA UN POSICIONADOR DE VALVULA

Un posicionador de válvula es básicamente un dispositivo que sensa tanto la señal de un instrumento (controlador) como la posición del vastago de una válvula. Su función principal es la de asegurar que la posición de este vastago corresponda a la señal de salida del controlador o regulador.

Por ejemplo, si el posicionador recibe una señal neumática de 35%, debe dar la suficiente presión de aire al actuador para hacer que el recorrido del vastago sea de 35% de todo su rango. Puede efectivamente ser descrito como un controlador de lazo cerrado, que tiene como señal de entrada a la del instrumento, su salida que va al diafragma del actuador y su señal de realimentación proveniente del vastago de la válvula.

Los posicionadores se pueden dividir neumáticos y electroneumáticos.

Con respecto a los primeros, a su vez se subdividen en aquellos accionados por un sistema de balance de movimientos. Consiste básicamente de un fuelle que recibe la señal del controlador, una barra fija al fuelle por un lado y un relé neumático cuya tobera forma un sistema tobena-actuador con la barra.

Mientras el fuelle se mueve respondiendo al cambio de la señal del instrumento, el arreglo tobera-obturador se mueve, admitiendo aire al diafragma o expulsando aire del mismo, hasta que la posición del vastago corresponda a la señal enviada por el controlador. En ese momento el posicionador estará nuevamente en equilibrio con la señal de control.

Los posicionadores electroneumáticos surgieron por el uso cada vez mayor de sistemas de control electrónicos que actúan sobre válvulas de control neumáticas. Básicamente, consisten en una combinación de un conversor de corriente a presión (I/P) y un posicionador. Es un dispositivo de balance de fuerzas y se puede utilizar con acción directa o acción inversa.

NECESIDAD DEL POSICIONADOR

Principio de regulación de válvula con posicionador: posicionador, valor nominal, valor real, realimentación de posición.

La presión aleatoria del fluido ejerce una fuerza de apertura sobre la válvula y desestabiliza su posición de ajuste, de ahí la necesidad de medir la posición del vástago, valor real [3], que es devuelto al posicionador.

El posicionador actuará sobre la presión de control, para el auto mantenimiento del control. El sistema a menudo requiere retroalimentación de posición.

VENTAJAS DEL POSICIONADOR

Realiza la posición del servo

Cambia la dirección de acción de la válvula.

Convierte la señal de control (convertidor I/P)

Cambia la ley intrínseca de la válvula (posicionador de leva)

Amplifica la presión enviada al servomotor

Cambio de escala en caso de regulación de rango partido

Disminución del tiempo de respuesta de la válvula.

TIPO DE PERTURBACIONES

El posicionador debe permitir gestionar las diversas perturbaciones vinculadas al fluido:

Acción de desequilibrio de fluidos debido a la caída de presión

Fricción de la válvula debido a líquidos viscosos

Y a la inercia del sistema:

Fricción del vástago de la válvula

Agarrotamiento de la válvula o su faldón

Secuestro de guías.

Efectos de inercia.

¿DÓNDE SE ENCUENTRA UN POSICIONADOR DE VÁLVULA?

Los posicionadores de válvula se instalan con una válvula de control para regular la posición de una válvula en función de datos preestablecidos para una variable de proceso que puede ser caudal, presión o temperatura.

Dependiendo del tipo de actuador de válvula, se determina la posición del posicionador de válvula. Normalmente, la ubicación de un posicionador en el caso de un actuador de tipo neumático para una válvula de control lineal es la carcasa amarilla o superior. En una válvula de control rotativa, el posicionador está ubicado cerca del extremo del eje.

Ya sea rotativa o lineal, en ambos tipos de válvula de control, el posicionador se asienta y se mueve con el vástago de la válvula. Mide la distancia recorrida en caso de válvula lineal y el grado de rotación para válvulas rotativas y controla la válvula según los puntos definidos por el controlador.

¿CUÁL ES LA NECESIDAD DE UN POSICIONADOR DE VÁLVULA?

El posicionador de válvula ayuda a que una válvula de control reaccione rápidamente a los cambios en la variable del proceso. Son ventajosos para un sistema donde las fluctuaciones son los principales obstáculos para la eficiencia y la calidad.

LOS REQUISITOS DE UN POSICIONADOR DE VÁLVULA:

Velocidad: el posicionador de la válvula minimiza el tiempo de respuesta del sistema, ya sea que opere por encima o por debajo del punto de referencia

Precisión: un posicionador ofrece una mejor resolución y más precisión que la que puede proporcionar un actuador por sí solo. El controlador envía la señal de entrada directamente al posicionador de válvula. El mecanismo de retroalimentación provisto en el posicionador permite verificar la posición de la válvula y reajustar la necesidad/presión de aire para reposicionar el vástago de acuerdo con la señal proporcionada por el controlador. Reducción de la fricción: reduce el efecto de la fricción del empaque del vástago de la válvula, lo que es especialmente beneficioso para materiales de empaque de alta temperatura como el grafito.

Rango: Los posicionadores de válvulas también ayudan a controlar un amplio rango de aceleración.

Rango dividido: Usando un posicionador de válvula, podemos operar dos válvulas con un controlador (4-12mA y 12-20mA) sin ningún error.

Fricción de asiento: ayuda a superar la fricción de asiento en el caso de una válvula rotativa.

Mayor flexibilidad: el uso de un actuador posicionador de válvula permite hacer frente a una alta presión de suministro de aire al dispositivo.

Configuración flexible: el uso de un posicionador elimina la limitación de la distancia entre el controlador y la válvula de control porque la señal de control puede enviarse electrónicamente y convertirse en una señal neumática en el punto de entrada del posicionador. Por otro lado, si un actuador se acciona neumáticamente a lo largo de una gran distancia, el control se vuelve errático.

TIPOS DE POSICIONADORES DE VÁLVULAS

Un posicionador de válvula puede recibir o transmitir tanto señales eléctricas como neumáticas. La clasificación del posicionador de válvula se basa en el tipo de señal que puede recibir y transmitir o una combinación de ambos.

Los diferentes tipos de posicionadores de válvulas son:

Posicionador de válvula neumático: este tipo de posicionador recibe una señal neumática del controlador y también transmite una señal neumática al actuador. Proporcionan alta presión de aire para cambiar la posición del actuador y su uso es completamente seguro.

Posicionadores eléctricos de válvulas: Transmiten y aceptan señales eléctricas.

Posicionadores electroneumáticos de válvulas: también denominados «posicionadores analógicos» porque las entradas eléctricas recibidas tienen la forma de señales analógicas. El controlador proporciona una señal eléctrica, pero, a cambio, el posicionador envía una señal neumática correspondiente al actuador de la válvula neumática.

Posicionadores de válvulas digitales o “inteligentes”: comúnmente denominados “posicionadores de válvulas inteligentes”. Este tipo de posicionador utiliza un microprocesador para controlar el actuador de la válvula y registrar y monitorear datos. La entrada eléctrica es en forma de señal digital y la salida correspondiente es una señal neumática.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL POSICIONADOR DE VÁLVULA

Un posicionador de válvula neumático es un dispositivo mecánico que se utiliza para ajustar con precisión el movimiento del vástago de una válvula de control.

El posicionador neumático cuenta con un mecanismo de retroalimentación para identificar con precisión la posición del vástago de la válvula de control y compararla con la señal de entrada. Con base en la señal de retroalimentación, el posicionador varía el suministro de aire al vástago del actuador para llevar el vástago a la posición dictada por la señal enviada al posicionador por el controlador.

Hay dos filosofías sobre cómo se implementa un posicionador. Uno es donde se usa aire para abrir un vástago de válvula y el otro es donde se usa aire para cerrar un vástago de válvula. La descripción del mecanismo que se indica a continuación es para el segundo caso, es decir, se usa aire para cerrar el vástago de una válvula. Esto también se llama posicionador de válvula de acción directa.

El posicionador normalmente se instala en la yema o pilares del actuador. Es accionado por una presión de aire de entrada de 0,2 bar a 1,1 bar (3-15 psi); a medida que el controlador proporciona la señal para abrir el vástago de la válvula, aumenta la presión del aire de entrada al instrumento de entrada. La presión de entrada actúa sobre el diafragma de la señal de entrada, que acciona el diafragma con la biela de la válvula. El vástago de conexión de la válvula abre la válvula de suministro permitiendo que el aire de suministro actúe sobre el diafragma del vástago del actuador.

Durante este tiempo, la válvula de escape está en posición cerrada porque la biela de la válvula está desviada hacia la derecha. A medida que aumenta la presión de aire, fuerza el vástago de la válvula hacia abajo. Como se muestra en la figura anterior, la palanca del posicionador se mueve en el sentido de las agujas del reloj a medida que el vástago de la válvula se mueve hacia abajo.

Debido a esta rotación en el sentido de las agujas del reloj de la palanca del posicionador, el resorte de rango experimenta compresión a través de la leva. Tan pronto como el vástago de la válvula alcanza la posición según el punto de ajuste proporcionado por el controlador, el resorte de rango ejerce una fuerza de equilibrio cerrando tanto la válvula de escape como la de suministro y se obtiene la acción de control deseada.

Por otro lado, si el controlador envía una señal para abrir la válvula, la presión de la señal disminuye. A medida que disminuye la presión de la señal, la fuerza del resorte de rango empuja la varilla de conexión de la izquierda. Como resultado, la válvula de escape se abre. La fuerza que actúa sobre el diafragma del actuador también disminuye, provocando un movimiento ascendente del vástago de la válvula hasta que se logra un equilibrio de fuerzas.

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