Solución de problemas y eliminación de dolores de cabeza relacionados con las válvulas de control

Una válvula de control oscilante puede parecer ser la fuente de inestabilidad del control y los esfuerzos de reparación generalmente se concentran solo allí. Cuando esto no resuelve el problema, una investigación más profunda a menudo demuestra que el comportamiento de la válvula fue simplemente un síntoma de alguna otra condición. Este artículo analiza técnicas de resolución de problemas para ayudar al personal de la planta a superar lo obvio y descubrir la verdadera causa de los problemas de control.

"¡Esa nueva válvula de control está funcionando otra vez!" Miles de operadores de salas de control de todo el mundo han pronunciado palabras similares. La planta no está funcionando bien y los operadores identifican rápidamente al culpable: una válvula de control instalada recientemente y que se comporta mal. Puede que esté ciclando, puede que esté chirriando, puede parecer que tiene piedras atravesándolo, pero definitivamente es la causa.

¿O es eso? Al solucionar problemas de control, es importante mantener la mente abierta y mirar más allá de lo obvio. Es parte de la naturaleza humana culpar a “lo último que cambió” por cualquier problema nuevo que ocurra. Si bien el comportamiento errático de la válvula de control puede ser la fuente aparente de preocupación, la verdadera causa generalmente se encuentra en otra parte.

Los siguientes ejemplos de aplicación ilustran este punto.

Válvula de control de gritos. Una válvula de pulverización de alta presión chirriaba después de unos meses de servicio. La válvula fue retirada, revisada y parecía funcionar normalmente. Cuando volvió al servicio, los chirridos se reanudaron y la planta exigió que se reemplazara la “válvula defectuosa”.

El vendedor fue llamado para investigar. Una pequeña revisión indicó que el sistema de control estaba cerrando la válvula entre 0% y 10% a un ritmo de 250,000 veces al año. La muy alta tasa de ciclo con flujos tan bajos y una caída de presión tan alta estaba creando el problema. El ajuste de la sintonización del bucle y la aplicación de un poco de contrapresión en la válvula detuvieron el ciclo y eliminaron los chirridos.

1. La válvula de reciclaje de la bomba de agua de alimentación de una caldera saltaría entre un 15% y un 20% (como se muestra con la línea verde) cuando se abrió por primera vez. Esto creó importantes problemas de control debido al aumento de los flujos. Cortesía: Emerson

Respuesta nerviosa de la válvula. Una válvula de reciclaje de la bomba de agua de alimentación de la caldera estaba atascada en el asiento al arrancar. Cuando la válvula se salía del asiento por primera vez, se abría de golpe, creando alteraciones en el control debido al flujo incontrolado (Figura 1).

Se llamó al proveedor de válvulas para diagnosticar la válvula. Se realizaron diagnósticos y se encontró que la presión del suministro de aire estaba muy por encima de las especificaciones y cuatro veces más de lo necesario para un asiento adecuado. Cuando se extrajo la válvula para su inspección, los técnicos descubrieron daños en el asiento y los anillos del asiento debido a la fuerza excesiva del actuador, lo que provocó que el obturador de la válvula colgara. Se reemplazaron esos componentes, se redujo la presión del suministro de aire y la válvula se volvió a poner en servicio donde funcionó como se esperaba.

2. La válvula de control de nivel/agua de alimentación de la caldera oscilaba constantemente. En esta captura de pantalla, la línea naranja representa el nivel de la caldera, el magenta muestra el flujo de agua de alimentación, el verde es el punto de ajuste del agua de alimentación y el azul indica la señal de la válvula de agua de alimentación. Cortesía: Emerson

Nivel de caldera insatisfecho. Recientemente se actualizó el sistema de control de la caldera. Después de un corto tiempo en servicio, el control de nivel se volvió cada vez más errático (Figura 2). Se llamó al integrador de sistemas para reajustar el controlador de nivel de la caldera.

La oscilación repetitiva del flujo de agua de alimentación sugería fuertemente que la válvula de agua de alimentación estaba atascada, por lo que el ingeniero sugirió que la planta revisara la válvula de control de agua de alimentación. La válvula se puso en derivación, se acarició y se probó, pero no se encontró ningún atasco. El ingeniero y el técnico de automatización volvieron a salir y volvieron a probar la válvula, acariciándola muy lentamente. El vástago de la válvula colgó un pequeño porcentaje y luego saltó de repente. Al final, se descubrió que la causa del ciclo era un componente desgastado en el posicionador. La verificación original no pudo encontrar la causa porque la válvula se movió en incrementos del 10%.

Comportamiento extraño de la válvula de control. Una nueva válvula de control actuaría de manera errática mientras estuviera en funcionamiento, con flujos repentinos y la válvula oscilando violentamente en respuesta. Se ejecutaron diagnósticos en línea en la válvula y se realizaron ajustes en el ajuste del posicionador, la presión del aire de suministro y los relés neumáticos. Estas correcciones ayudaron, pero aún así persistieron las oscilaciones de las válvulas.

En última instancia, se descubrió que la fuente del comportamiento era una válvula de derivación con fugas, que pasaba un flujo excesivo cuando la presión diferencial a través de la válvula alcanzaba un cierto nivel. Cuando el bypass estaba completamente cerrado, la válvula de control funcionó normalmente.

Al solucionar un problema de control, el equipo debe comenzar por comprender e identificar completamente el problema. A menudo, los operadores se concentran en un solo efecto (como un control de flujo errático, un comportamiento extraño de la válvula de control o un equipo ruidoso) y se quejan de ello. Sin embargo, al plantear las preguntas correctas, los investigadores pueden obtener una visión más completa del problema. ¿Esto sucede todo el tiempo o sólo de vez en cuando? ¿Existen determinadas situaciones en las que esto sucede siempre o nunca sucede? ¿Qué más estaba pasando en aquellos tiempos? Estas preguntas a menudo exponen condiciones contribuyentes y pueden llevar la investigación en una dirección completamente diferente.

Herramientas de solución de problemas. Las conversaciones con el personal de operaciones, mantenimiento e ingeniería son invaluables, pero es aconsejable utilizar otras herramientas de resolución de problemas, si están disponibles. Los datos históricos pueden definir mejor la situación e indicar cuándo ocurre. Otras tendencias de procesos del mismo período podrían exponer condiciones ascendentes o descendentes que son factores contribuyentes. Presiones repentinas, flujos oscilantes u otras variaciones del proceso podrían estar causando el problema.

3. Se pueden realizar diagnósticos en las válvulas para identificar problemas. Cortesía: Emerson

Las herramientas de diagnóstico de los posicionadores digitales también pueden arrojar algo de luz sobre el funcionamiento de la válvula (Figura 3). Esto puede confirmar (o eliminar) problemas causados ​​por la presión del aire de suministro, el ajuste del posicionador o el bloqueo mecánico.

Analice los datos cuidadosamente. Desafortunadamente, los datos pueden ser muy engañosos. Los tiempos deficientes de resolución o actualización de una tendencia histórica pueden enmascarar problemas o implicar problemas que tal vez no estén ocurriendo en realidad. Si los datos históricos se muestrean con poca frecuencia, es posible que los datos pasen por alto un pico por completo y muestren una línea plana porque muchas tendencias históricas “rellenan” curvas suaves entre los puntos de datos capturados. Si la resolución de los datos históricos es baja, la tendencia puede parecer escalones cuando el proceso real fue fluido.

Las tendencias actuales suelen tener una resolución completa a medida que se dibujan y suelen proporcionar una visión mucho más precisa del proceso. Usarlos durante las pruebas puede ser mucho más esclarecedor que invocar una tendencia histórica después del hecho.

4. Los componentes de conexión desgastados pueden crear problemas para el posicionador de válvula. El acoplador de válvula desgastado a la izquierda engañará al posicionador haciéndole indicar que la válvula se está moviendo cuando no es así. Cortesía: Emerson

El diagnóstico de válvulas también tiene sus limitaciones. Los datos del posicionador son tan buenos como la información de posición que recibe. Si el varillaje está flojo o desgastado, la posición indicada no coincidirá con lo que realmente está haciendo la válvula (Figura 4). Si una válvula rotativa está atascada, el posicionador puede ver el movimiento del eje causado por torsión o deslizamiento cuando la bola de la válvula no se ha movido en absoluto.

Cuando se cuenta con una comprensión completa del problema y los datos relevantes, se puede comenzar a rastrear la causa raíz identificando a todos los posibles culpables y eliminándolos sistemáticamente mediante pruebas adicionales. Es importante ser diligente en estas pruebas: una válvula pegajosa solo puede atascarse en condiciones de proceso específicas y cuando se mueve en pequeñas cantidades. Acariciar una válvula en incrementos del 25% no prueba prácticamente nada. Puede ocurrir un cortocircuito eléctrico en un dispositivo instalado en el campo, pero podría funcionar perfectamente si se coloca sobre una alfombra de goma aislada en el taller de mantenimiento.

Si es posible, trate de aislar el problema utilizando el enfoque de “divide y vencerás”. Por ejemplo, si se lee una señal sólida de 4 a 20 mA desde el sistema de control mientras la válvula conectada continúa funcionando inesperadamente, es probable que se eliminen el cableado, la tarjeta de entrada y salida (E/S) y el sistema de control como causas fundamentales.

Una vez que la lista de posibles causas se haya refinado al máximo, comience a atacar el problema implementando soluciones fáciles y económicas. Ajustar la afinación es más fácil que reemplazar un posicionador. Reemplazar un posicionador es más económico que reemplazar una válvula. Incluso si las soluciones fáciles y baratas parecen poco probables, a menudo tiene sentido comenzar con ellas, ya que probarlas requiere poco costo o esfuerzo.

Cuando te enfrentes a un problema de control, acércate con los ojos y la mente abiertos. Mire más allá de la fuente obvia del problema. Como dijo Sherlock Holmes: “Es un error capital teorizar antes de tener datos. Insensiblemente uno comienza a tergiversar los hechos para adaptarlos a las teorías, en lugar de que las teorías se adapten a los hechos”.

Una larga conversación con el personal operativo y un puñado de preguntas de sondeo a menudo expondrán nueva información y ayudarán a identificar mejor lo que podría estar sucediendo. Ese esfuerzo, combinado con cierta recopilación de datos y un análisis cuidadoso, generalmente permitirá que el equipo de investigación elimine rápidamente a los sospechosos y, en última instancia, descubra la causa raíz.

—Sean Raymond es el gerente de marketing técnico de Fisher Instrumentation con Emerson Automation Solutions en Marshalltown, Iowa. También es el gerente de marketing de integración de software ValveLink y dirige el Centro de soluciones de Marshalltown.

Comparte este artículo

Más noticias sobre instrumentación y controles