Válvula de control
Teniendo en cuenta la eficiencia de la válvula de control Estrategias para la optimización de la energía necesaria para válvulas de control en sistemas vegetales Por José Dufresne , Jörg Kiesbauer, Ph.D. , Jimmy Tsiantopoulos , y Domagoj Vnucec
23 DE JULIO 2014
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Las discusiones giran en torno a la escasez Descargar PDF de este artículo, ya que apareció en el control de de combustibles fósiles y el aumento de los precios de la energía han vuelto a centrar en flujo revista: la acción más eficaz a largo plazo, es decir, la reducción del consumo de energía. La tecnología de automatización de procesos de derecho puede contribuir a lograr un considerable ahorro de energía.
Fluid System consta de bomba, válvula de control y una Planta
En las plantas de procesamiento, medios de comunicación o los líquidos fluyen a través de equipos de procesamiento. Estos flujos se controlan para llegar a ciertas temperaturas o presiones de reacción en diferentes lugares en la planta. La configuración más simple de un sistema de fluido incluye una bomba (o compresor), una válvula de control, y componentes de la planta, tales como tuberías, instrumentos, tanques, etc. (Figura 1). Debido a las presiones de reacción y las pérdidas de plantas, una bomba (o compresor) es necesario para obtener el flujo de moverse a través de la planta mediante la creación de un
diferencial de presión. La válvula de control actúa como un elemento final que influye en las variables de proceso como la presión, temperatura y caudal. Está controlado por el sistema de control de procesos para la tarea de control a la mano y interviene cambiando el flujo de fluido en el sistema. Se cierra la brecha entre el caudal Q, que se cambió por la bomba, y la presión de la planta (p 1 y p 2 ). Sin una válvula de control, el caudal (Q Planta ) sería como se indica por el punto A en la Figura 2.
Figura 1. El sistema de fluido que consiste en la bomba, válvula de control, y una planta Las presiones p 1 y p 2 difieren cuando el caudal es menor que Q Planta . En un cierto caudal Q, p 1 está determinada por la característica de la bomba y p 2 por la característica de la planta. Efecto de estrangulamiento de la válvula debe ser adaptado utilizando el coeficiente Cv variable, que expresa la capacidad de flujo, y por lo tanto la apertura de la válvula asociada.
Figura 2. característica planta Bomba
A menudo se dice que las válvulas de control derrochador gastan energía, pero esto no es cierto. Modernos métodos de diseño de válvula de control y de tamaño permiten el uso de bombas con presiones de cabeza de menor tamaño, lo que resulta en menos absorción de energía a través de la caída de presión a través de una válvula de control (Figura 2). Una característica de la bomba más adecuada, con una disminución de la presión p 1 a una disminución de caudal Q significaría una caída de presión menor (p 1 -p 2 ) a través de la velocidad de flujo. Idealmente, la caída de presión sería constante a través de toda la gama. Los fabricantes de bombas sólo pueden contrarrestar esta desventaja provocada por una "inadecuada" característica de la bomba mediante el uso de una pantalla VFD (Variable Frequency Drive) o VSD (accionamiento de velocidad variable) para reducir la velocidad de la bomba. La inclusión de una unidad variable para reducir la velocidad de una bomba accionada por motor eléctrico no es una solución totalmente eficiente, ya que el ahorro de energía se convierte en calor en el motor de la bomba y el convertidor de frecuencia / voltaje variable. Cuanto mayor sea la variación de la velocidad del motor 100 por ciento, mayor será la cantidad de energía gastada para lograr la modificación. utilizando Sistemas de diseño de control VFD / VSD es eficiente en comparación con una válvula de control cuando la bomba es más de 30 por ciento de gran tamaño. Cualquier dispositivo que es extremadamente de gran tamaño representa un diseño de sistema de control de proceso pobre y es un diseño ineficiente en sí mismo. Una representación más exacta de la válvula de control es como un elemento del sistema de control "pasivo" que sólo disipa la energía de presión proporcionada por la bomba y de la planta. En cierto modo, la válvula de control se puede ver como un chivo expiatorio para el diseño del sistema de control ineficiente.
Figura 3. actuador neumático con posición de seguridad ("fail-close") Energía y Equilibrio de Válvulas de Control
Las válvulas de control utilizados en los procesos industriales modernos suelen consistir en una válvula de globo, mariposa, tapón rotativo u otro estilo; un actuador neumático con posición de seguridad en caso de que falle el suministro de aire; y un posicionador electrónico inteligente. En las válvulas de activación / desactivación, el posicionador a menudo se sustituye por una válvula de solenoide. Cada vez más, los posicionadores digitales también se utilizan para la EDS (parada de emergencia) aplicaciones. Normalmente, el posicionador es alimentado por una de 4 a 20 mA o señal de bus de campo. El punto de ajuste w expresa la apertura de la válvula deseada que el posicionador hace que la válvula se mueva a mediante la adaptación de la presión de la señal en el actuador. Para ello, el posicionador utiliza la energía disponible en la red de aire comprimido instrumento, que por lo general se hace funcionar a presiones entre 45 PSI y 90 PSI. El bucle de control, por ejemplo, para la presión o la temperatura, que se adapta constantemente el punto de ajuste para el posicionador se ejecuta en un nivel más alto en el sistema de control de procesos. Como resultado, las siguientes fuentes de energía se utilizan en la válvula de control:
La
energía eléctrica para el posicionador o válvula de solenoide Energía neumática de la red de aire comprimido La energía de alivio de presión del flujo de fluido Ahora vamos a mirar a estas energías con más detalle.
Consumo de energía eléctrica
El consumo de energía es muy bajo. Debido a los requisitos de protección contra explosiones, la corriente eléctrica en dispositivos HART y de bus de campo es limitada y por lo tanto insignificante. Por lo general, el consumo de energía es inferior a 0,15 W.
Neumática Consumo de Energía
La Figura 3 muestra un ejemplo típico de un actuador neumático. El actuador está lleno de aire para comprimir los resortes y levanta el vástago del actuador. Como resultado, el actuador toma de aire de la red de aire comprimido que debe ser repuesto por el compresor cuando el aire está irreversiblemente ventila a la atmósfera por el posicionador la próxima vez que el vástago del actuador se extiende. Si el punto de ajuste se cambia y w la posición de la válvula sigue este preset exactamente, el volumen de aire que proporciona la red de aire comprimido instrumento en caso de un cambio de paso de w comienzo a w Fin se calcula como se muestra en la siguiente ecuación. Esto es teniendo en cuenta una carrera de la válvula nominal H Calificación y un actuador con un rango de presión de banco de p A0 a p A100 , un área efectiva del diafragma Un EFF y un volumen muerto V A0 (densidad de aire normal r N y presión de referencia p N = 1,0132 bar): N SZ significa el número de ciclos de conmutación al año (1 / a): La disipación de energía durante 1 scfm es de aproximadamente 0,1275 kWh. 1 Esto se traduciría en costos anuales de $ 76.80 (640 kWh). La figura 4 muestra los costos anuales que se esperan para los tres valores de rango de resorte pA100-PA0 vs H Calificación · Un Ef . Se supuso que el volumen muerto V A0 representa aproximadamente el 10 por ciento de este volumen. El producto de la tasa anual de ciclismo (N SZ ) y longitud de carrera (| w Inicio -w End |) fue seleccionado para ser 100.000.
Figura 4. Los costos de consumo de aire en (Wend-wStart) NSZ = 100000 Este valor se seleccionó porque representaba 100.000 ciclos con 100 por ciento de la longitud de carrera, así como 10.000.000 ciclos con 1 por ciento de la longitud de carrera. El consumo de aire de posicionadores modernos es insignificante, pero se requiere para la seguridad operacional. Un valor típico sería 3,53 scfh, que corresponde a aproximadamente 2,10 dólares (17,5 kWh) por año. En, el consumo general de aire al llenar el actuador con aire aumenta con: Gran
carrera nominal H Calificación
Mayor
amplitud del cambio de paso w Fin -w Inicio Una mayor área efectiva Un actuador EFF
Mayor
volumen muerto V A0 Mayor rigidez actuador expresa como p El aumento de valor inferior rango p A0
A100
-p A0
El valor del rango de p inferiores A0 aumenta con: Mayor
fuerza de flujo en la válvula Fuerza de cierre obligatorio más alto en el tapón de la válvula (clase de fuga) Fuerzas de fricción más alto El flujo de aire utilizada es considerablemente superior a altas presiones en la red y con un gran número de ciclos. El aire se incrementa durante los ciclos cuando el actuador está completamente ventilado en su posición cerrada porque el llenado de los muertos volumen V A0 no fue tomada en cuenta en la ecuación mencionada anteriormente. ANTERIOR 1 2 SIGUIENTE
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