Notas Técnicas

Selección de Actuadores para la Industria

Selección de Actuadores para la Industria
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La automatización en la industria delega básicamente la intervención humana para dar paso a la operación remota de los procesos, de manera de optimizar costos, incrementar la calidad, la productividad, y la seguridad de las condiciones de trabajo. Por eso en esta 2da parte de la nota les damos a conocer las características de cada tipo de actuador, ya sea Neumáticos e Hidráulicos, Eléctricos o Electrohidráulicos, sus mecanismos, funciones y configuraciones más características.

La automatización de válvulas mejora drásticamente el control, la precisión y la eficiencia. Si bien estas ventajas deben compararse con los costos de capital y operativos más altos, los actuadores se encuentran con frecuencia como una inversión rentable para la mayoría de las aplicaciones de petróleo y gas.

Una vez que se ha tomado la decisión de automatizar, existe una amplia, ya menudo confusa, variedad de actuadores entre los que elegir.

Este documento está diseñado para facilitar todas estas decisiones al proporcionar una descripción general de lectura rápida de:

• Los factores clave a considerar al tomar la decisión de automatizar.

• Los tipos de actuadores más comunes y las aplicaciones para lo que cada uno es más adecuado. (Para ayudar al lector, las clasificaciones principales de actuadores están organizadas en la misma jerarquía en cascada que se usa tradicionalmente para el análisis de costo / beneficio por la industria del petróleo y el gas).

• Actuadores híbridos y especializados que se utilizan para determinadas aplicaciones (como el control de cañerías).

• Tendencias emergentes en tecnología y regulación que pueden influir en el proceso de toma de decisiones.

¿Es la automatización adecuada para su aplicación?

Normalmente, tres factores fomentan la decisión de automatizar:

• Frecuencia de operación: válvulas que deben realizar un gran número de operaciones o realizar funciones de modulación con regularidad, son buenas candidatas para la automatización.

• Facilidad de acceso: la automatización aumenta la eficiencia de las válvulas en áreas remotas, instalaciones sin personal, entornos peligrosos, la ejecución de procesos con poco mantenimiento y el uso de válvulas grandes que requieren un tiempo o esfuerzo significativo para operar manualmente.

• Funciones críticas: los actuadores ofrecen ventajas significativas para servicios de shutdown o blowdown, aplicaciones de protección, aplicaciones que requieren alta precisión o velocidad, rendimiento confiable o monitoreo de procesos.

La jerarquía del actuador

Cada tipo de actuador tiene ventajas y limitaciones únicas.

Si bien ningún tipo es apropiado para cada trabajo, es relativamente fácil de determinar qué categoría es la más adecuada para su solicitud.

 

ACTUADORES ELÉCTRICOS

Los actuadores eléctricos utilizan energía eléctrica para accionar una válvula.

Si bien la mayor parte de la tecnología básica utilizada en los actuadores eléctricos existe desde la década de 1930, décadas de mejoras incrementales han aumentado significativamente su funcionalidad y han reducido drásticamente su costo. En los últimos años, estos avances han alcanzado un punto de inflexión que convierte a los actuadores eléctricos en la primera opción para una amplia variedad de aplicaciones.

Pros

• La energía eléctrica es relativamente barata, fácil de administrar y normalmente disponible para la mayoría de las aplicaciones industriales. El costo de capital de los actuadores eléctricos suele ser más barato por unidad equivalente de salida de par / empuje. También son más limpios y seguros de operar.

• Los actuadores eléctricos pueden proporcionar una precisión de posicionamiento superior para las funciones de válvulas de control o modulación, que pueden incluir disposiciones para un alto grado de monitoreo de procesos, registro de datos y retroalimentación de información.

• Todas las funciones de control necesarias son parte integral de los actuadores eléctricos, lo que reduce los costos de capital.

• Los actuadores eléctricos reducen significativamente los costos de cableado de control al permitir el control distribuido. Simplifican la lógica de control al integrar comandos de control y retroalimentación en los sistemas SCADA o DCS del cliente. (Los sistemas de control electromecánicos tradicionales requieren un cable dedicado para cada señal de comando y retroalimentación, lo que conduce a haces de cables con siete o más núcleos como mínimo para cada actuador. Por el contrario, un sistema de bus típico puede usar un cable de par trenzado en una configuración de cadena tipo margarita para llevar toda la información requerida y señales de salida.)

• A medida que aumentan los requisitos de torque y empuje, los actuadores eléctricos pesan menos y ocupan menos espacio en comparación con los actuadores neumáticos.

• Los actuadores eléctricos se pueden combinar con cajas de engranajes externas para producir valores de torque y empuje de salida extremadamente altos.

 Contras

• Con la excepción de algunas configuraciones específicas, los actuadores eléctricos no pueden garantizar una carrera a prueba de fallas, pero "fallarán en la última posición". (La carrera a prueba de fallas se refiere a la capacidad de un actuador para mover una válvula a una posición segura predefinida cuando falla la energía).

• Los actuadores eléctricos tienen componentes más complejos y sensibles que las piezas mecánicas utilizadas en otros tipos de actuadores. La tecnología electrónica también requiere una actualización periódica para mantenerse al día con los cambios y mejoras de los componentes.

• Más allá de un cierto tamaño / rango de par, los actuadores eléctricos son menos rentables y generalmente tienen limitaciones en la velocidad de funcionamiento, en comparación con los actuadores neumáticos e hidráulicos.

• En áreas peligrosas con exposición potencial a medios de proceso explosivos, los actuadores eléctricos requieren certificaciones y características de construcción más específicas para ser considerados seguros para su uso.

Aplicaciones recomendadas

La actuación eléctrica es la primera opción para la mayoría de las aplicaciones de petróleo y gas. Son ideales para la automatización de válvulas de proceso general, aplicaciones no críticas y aplicaciones de modulación de trabajo ligero (generalmente hasta 1200 arranques por hora), aunque algunos pueden modular continuamente hasta 3600 arranques por hora.

ACTUADORES ELECTROHIDRÁULICOS (EH)

En su forma básica, un actuador electrohidráulico (EH) combina un motor eléctrico y un conjunto de bomba para presurizar una reserva de fluido hidráulico, un grupo de control hidráulico para manejar la funcionalidad de apertura / cierre y un actuador hidráulico para operar la válvula. Este diseño básico puede ampliarse para incluir una amplia gama de componentes de control eléctricos o electrónicos, lo que permite capacidades de comando y retroalimentación equivalentes a las de los actuadores eléctricos.

Pros

• Los actuadores EH combinan la simplicidad de la infraestructura de la energía eléctrica con las ventajas de los actuadores de pistón, incluida la acción mecánica a prueba de fallas, altas velocidades de operación y altos pares de operación. También ofrecen ventajas clave de los actuadores hidráulicos, tales como espacio reducido al automatizar válvulas muy grandes y capacidad de posicionamiento y modulación de alta precisión.

• Los actuadores electrohidráulicos ya se utilizan ampliamente en el sector de la energía y se están volviendo más populares para el petróleo y el gas aplicaciones, principalmente en los segmentos medio y aguas abajo o aguas arriba en tierra.

• En los otros segmentos, la electrohidráulica se está volviendo cada vez más popular para aplicaciones de modernización. EH ofrece una alternativa viable a las válvulas manuales donde las fuentes de alimentación industriales están fácilmente disponibles, pero donde las unidades de compresores de aire o aceite y la infraestructura de distribución relevante crearían diseños intrusivos o barreras de costos de capital.

• En válvulas pequeñas y medianas en ubicaciones remotas, la mejora de las tecnologías de paneles solares está haciendo que la electrohidráulica con energía solar sea una opción viable. Australia lidera el camino en las aplicaciones de gas de vetas de carbón.

• Europa occidental está liderando la conversión gradual de actuadores de tuberías de motores a gas a electrohidráulicos por razones medioambientales. Sin embargo, en muchos casos, el suministro de energía eléctrica a EH es industrial en lugar de solar, tanto por razones climáticas como de consumo de energía. Esto es posible debido a las redes de tuberías más pequeñas (tanto en términos de longitud como de diámetro), infraestructura de apoyo madura y distribuida en los territorios afectados y el mayor valor social que se les da a los factores ambientales que impulsan las decisiones políticas y regulatorias en la dirección de lo "verde". soluciones, incluso a costos generales más altos.

Contras

• El principal inconveniente de EH son los mayores costos de capital y operativos, que resultan de la complejidad de los sistemas y los riesgos asociados con el fluido hidráulico de alta presión (como en el caso de la hidráulica estándar).

• Los modelos EH de baja presión están disponibles, pero solo son viables en válvulas más pequeñas (hasta aproximadamente 12–16 pulgadas, dependiendo de la clasificación de presión de la válvula). Por esta razón, las tasas de adopción son más bajas en la industria del petróleo y el gas (donde con frecuencia se necesitan válvulas más grandes) que en la industria de la energía (que generalmente utiliza válvulas más pequeñas).

• El uso extensivo de sistemas hidráulicos estándar hace que el caso comercial de EH sea menos convincente en aplicaciones upstream offshore de petróleo y gas, donde es más conveniente centralizar la unidad de potencia hidráulica para el suministro a varios actuadores hidráulicos estándar que proporcionar a cada actuador un motor / bomba integrado dedicado / conjunto de reserva de aceite.

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