Válvulas de Control Neumáticas para Intercambiadores de Calor

Updated: Jul 29

por: Mario Franceschini-Salom, C.E.M. & Jaime Suarez, MSME


Un intercambiador de calor se define como un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

En la mayoría de los procesos industriales y algunos comerciales existe la necesidad de calentar agua para uso doméstico o procesos de manufactura. Para estos propósitos se utilizan intercambiadores de calor, los cuales pueden utilizar como fuentes de calor, energía eléctrica, vapor o agua precalentada.


Para propósitos de este blog hablaremos de Intercambiadores de Calor utilizando vapor como fuente de energía térmica. Aplicaciones típicas tienden a ser calentadores de agua y/o fluidos usados en múltiples procesos de manufactura, procesos de esterilización y lavandería, entre otros. Debido a las propiedades físicas del vapor, utilizar este fluido en aplicaciones de esta índole brinda múltiples beneficios tales como ahorros en costos de utilidades y eficiencia térmica.



Dentro de los componentes típicamente envueltos en el proceso de calentamiento tenemos a las válvulas de control, el controlador, el intercambiador de calor y los componentes para el manejo del condensado producido. La válvula de control de alimentación de vapor modula utilizando como variable de control la temperatura de salida del agua o fluido a ser calentado. El controlador idealmente tipo PID (Proporcional, Integral y Derivado) ayuda a mantener la temperatura de salida del fluido a ser calentado lo más cerca posible del punto de control (setpoint). En la Figura 1 se muestra una representación de un intercambiador de calor que utiliza una válvula de control.


Figura 1. Intercambiador de Calor con Válvula de Control.

Al optimizar el control de la presión y temperatura de los fluidos de calentamiento y enfriamiento en un intercambiador de calor por medio de una válvula de control automatizada, se puede llegar a tener una transferencia de calor más eficiente, optimizando los tiempos y los costos asociados con el proceso.


El funcionamiento de una válvula de control implica posicionar un obturador (plug) relativo a un asiento (seat) dentro de la válvula. Un actuador está directamente acoplado al plug de la válvula a través de un vástago y mueve el plug de la válvula a la posición de control deseada. Normalmente se utiliza un actuador neumático o eléctrico para controlar esta posición del plug de la válvula.


Los intercambiadores de calor son un tipo común de aplicación donde se pueden usar válvulas de control accionadas neumática o eléctricamente para regular el agua (lado secundario), el vapor (lado primario) y el condensado. Los beneficios de utilizar control automático de temperatura o presión incluyen mejorar la velocidad de respuesta y un control más exacto del proceso. Estos beneficios le brindan al usuario mejor calidad del producto manufacturado, ahorros en vapor y combustible, y en casos un ambiente de trabajo más seguro.

Figura 2. Válvula de Control Spira-trol™

Hoy en día es común utilizar un Posicionador en una válvula de control accionada neumáticamente para ajustar la posición de la válvula en función de un punto de ajuste (setpoint) deseado para una variable de proceso, ya sea presión, temperatura o flujo. Los tipos de posicionadores de válvulas incluyen neumáticos, electroneumáticos y digitales.



Algunas de las ventajas de usar posicionadores de válvula incluyen las siguientes características:


Mayor velocidad de respuesta: respuesta rápida a los cambios de temperatura provocados por los cambios / alteraciones de la carga del proceso en el sistema de vapor.


Control de presiones diferenciales altas o variables a través de la válvula: Si se tienen presiones diferenciales altas o variables a través del obturador (plug) de la válvula y hacen que cambie la posición de la válvula, el posicionador ajusta automáticamente la presión de aire al actuador para "reposicionar" el obturador (plug) de acuerdo con la señal de control. El posicionador tiene su propia fuente de aire de alta presión, ideal para estos propósitos.


Control de actuadores de diafragma/pistón de gran tamaño: Las válvulas de control de diafragma o de pistón grandes pueden requerir mayores volúmenes de aire, mayores flujos de avance y retroceso, y mayores presiones de aire que no generan los convertidores tradicionales (I / P o E / P). Como mencionamos anteriormente, el posicionador le puede proveer al actuador presiones más altas que las de un controlador neumático


Capacidad de rango dividido: Muchos intercambiadores de calor de agua caliente sanitaria tienen dos válvulas de control de diferentes tamaños instaladas en el mismo circuito de control para manejar los cambios de demanda de flujo del sistema. Una configuración de rango dividido de esas válvulas es un método común de calibración y configuración donde los posicionadores lo hacen posible. El posicionador de rango dividido permite que la válvula más pequeña controle a una menor demanda del sistema, mientras que la válvula más grande controla cuando la demanda del sistema es mayor.


Cambio de la característica de flujo de la válvula de control: Las características de diseño de flujo de una válvula de control están determinadas por el tipo de plug, asiento, jaula, etc. que se utiliza. A veces es necesario cambiar o ajustar el perfil de flujo para ajustar la precisión del control y mejorar el rendimiento de una válvula. Utilizar un posicionador para cambiar la característica de flujo puede ser una solución más rentable que instalar una válvula nueva o cambiar el ajuste de la válvula.


Comunicaciones digitales / capacidad de diagnóstico: Los diseños de posicionadores de válvula electroneumáticos basados ​​en microprocesador ofrecen la capacidad de integrar inteligencia y comunicaciones significativas en la electrónica. Esto puede ser muy ventajoso cuando se conecta el posicionador para controlar sistemas que utilizan comunicaciones digitales como los protocolos HART, BACnet, Modbus o LonWorks. Los diagnósticos y alertas son comunes en los posicionadores digitales de válvulas junto con el registro histórico de datos de eventos anormales de rendimiento de la válvula.



En resumen, el uso de un posicionador de válvula puede resolver problemas de válvula de control simples y complejos, además de ofrecer mejoras significativas en el rendimiento y la precisión de un sistema de control. Nuestro equipo técnico está disponible para ayudarlos con la selección de todos estos componentes incluyendo la válvula de control, actuador y el posicionador.



En M. R. Franceschini, Inc., llevamos comprometidos con el sector industrial del caribe por los últimos 59 años. Trabajamos muy de cerca con un sin número de componentes críticos que ayudan a la industria y a nuestros clientes a trabajar a un nivel mas alto de seguridad. En MRF estamos listos para apoyarlos en la selección de la estrategia de manejo de combustible más adecuada para cada trabajo.


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