PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR DICHO MANTENIMIENTO

D E S C R I P C I O N

CAMPO TECNICO DE LA INVENCION

La invención se refiere tanto a un sistema como a un procedimiento para llevar a cabo el mantenimiento predictivo de válvulas del tipo de las utilizadas para regular el paso de un fluido.

Más concretamente, la invención tiene por objeto el detectar posibles fallos en las válvulas mientras estas todavía son maniobrables, permitiendo así programar las acciones necesarias para su reparación o substitución, evitando paradas no programadas en las instalaciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de la técnica son sobradamente conocidas las válvulas o dispositivos mecánicos para el control de fluidos, empleándose para una multitud de usos tales como abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar dichos fluidos, etc., dando lugar a las denominadas de control de flujo, control de presión, control direccional o combinaciones de varias de ellas.

A nivel industrial es donde las válvulas encuentran su mayor ámbito de aplicación, siendo imprescindibles y estando presentes en infinidad de sistemas, prácticamente en todos aquellos que trabajen con fluidos, sin importar la naturaleza de estos, sin son tóxicos o no, o si son líquidos o gases. Asimismo, dependiendo de la aplicación, el fluido y las condiciones del mismo, las válvulas presentan multitud de tamaños, que van desde los pocos milímetros hasta varios metros de diámetro.

Igualmente, en función del sector de la Industria y la aplicación y condiciones del fluido que regulan, pueden estar sometidas a rangos de presiones que van desde el vacío a más de 100 MPa, o a rangos de temperaturas desde las criogénicas hasta de más de 1000 °K.

De esto se deriva la importancia que tiene el buen funcionamiento de estas válvulas, muchas de las cuales además se encuentran instaladas en lugares críticos tanto por su peligrosidad como por la importancia del fluido que suministren de cara al abastecimiento de personas o instalaciones.

Más concretamente, en las válvulas de control de flujo, entre las que se encuentran las denominadas tipo bola, tipo compuerta, tipo globo, tipo mariposa, etc., uno de los fallos más graves que pueden producirse es el de la pérdida de maniobrabilidad de la misma, lo que puede ser debido, entre otros motivos, a los siguientes:

Mal funcionamiento del actuador,

- Mal funcionamiento del reductor,

- Asientos dañados,

Bola dañada,

Impurezas del fluido que pasa a través de la válvula,

Fractura mecánica.

Resulta por lo tanto fundamental en este tipo de dispositivos que se realice un mantenimiento adecuado, con el fin de minimizar el impacto que se deriva de la rotura o mal funcionamiento de una de estas válvulas. Así, actualmente, una vez se produce una avería, se procura realizar un mantenimiento correctivo lo más rápido y eficaz posible, lo cual redunda en un ahorro económico y en una mejor gestión del servicio de suministro del sistema dentro del cual se encuentre instalada la válvula averiada. Simultáneamente, se lleva a cabo un mantenimiento preventivo consistente en la inspección periódica de estas válvulas, así como su limpieza o substitución al cabo de un número estipulado de horas de funcionamiento, evitando así la avería, es decir, anticipándose a problemas derivados del desgaste sufrido por su uso, cercano ya al fin de su vida útil estimada. Estos sistemas, sin embargo, no dejan de adolecer de una serie de inconvenientes como son el que, dependiendo del nivel de seguridad y los requerimientos del sistema, los costos de mantenimiento son elevados debido bien a la programación de las revisiones o bien al cambio o substitución de piezas todavía en buen estado relativo.

A esto hay que sumar el hecho de que, aún realizando un mantenimiento preventivo, en ocasiones la avería se produce igualmente debido a factores externos propios del fluido conducido, a inclemencias meteorológicas u otros/as derivados/as del lugar de instalación de dichas válvulas.

Por último, pero no menos importante, el mayor problema de estos tipos de mantenimiento es el hecho de que no ofrecen información demasiado fiable de las causas que han producido un fallo ni permiten establecer una casuística ni realizar un análisis que permita predecir fallos futuros.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema para el mantenimiento predictivo de válvulas de la presente invención resuelve los inconvenientes del estado de la técnica antes citados por cuanto permite, por un lado, anticiparse a un posible fallo de la válvula antes de que este ocurra y, por otro, reconocer patrones de comportamiento que sirven para predecir futuros fallos.

De esta forma, el sistema de la invención permite incrementar la durabilidad de las válvulas, reducir los costes de mantenimiento, obtener criterios de mejora de dichas válvulas o de su modo de operación, permitiendo además enviar informes y alarmas sobre el funcionamiento de las válvulas de forma automática como se verá más adelante.

Para ello, el sistema de la invención comprende dos tipos diferentes de sensores, de par y de posición, así como medios de procesado de las señales obtenidas a través de dichos sensores capaces de obtener las curvas par-posición para poder deducir a partir de la evolución de dichas curvas posibles defectos que puedan hacer necesaria una reparación.

Por otro lado, el procedimiento de la invención comprende las etapas de: - Fijar medios de señalización de la posición detectables por el sensor de posición de forma que dicho sensor pueda establecer la posición del husillo de la válvula, incluyendo el principio y final de carrera para detectar, respectivamente, el principio y el final de maniobra de la válvula;

- Adquisición y registro de las señales de posición y par desde un tiempo antes de que el principio de carrera que señala el principio de maniobra cambie de estado, es decir, que el sistema está adquiriendo datos de forma continua y cuando se detecta un movimiento se guardan los segundos anteriores al mismo, todo ello sin interferencia con el control del actuador y/o reductor.

- Adquisición y registro de las señales de posición y par durante el giro de la válvula;

- Adquisición y registro de las señales de posición y par hasta un tiempo después de que el final de carrera señale el fin de la maniobra;

- Procesado de las señales obtenidas y, cuando procede,

- Envío de los datos a una estación remota para su análisis.

Dicho de forma esquemática, el sistema de la invención obtiene de los sensores de par y posición la información relevante, los registra en una tarjeta de memoria y, si es necesario, envía al centro de control dichos datos.

Esto, además, lo realiza de forma que se registre cada maniobra, incluso en aquellas maniobras de carreras parciales, sin interferir en el control y maniobra de las válvulas por ser un sistema independiente del sistema de actuación. De esta forma, el sistema y procedimiento de la invención permiten registrar primero y reconocer después patrones de comportamiento de las curvas par- posición que tienen como resultado el poder anticiparse a los fallos de las válvulas antes de que estos ocurran, realizando un efectivo y eficaz mantenimiento predictivo de las mismas. Por último, y tal y como se verá más adelante en el ejemplo de realización práctica, debido a su independencia del actuador y/o reductor de la válvula, bien sea éste manual o automático, el sistema de la invención permite su instalación en válvulas ya existentes. Esto supone una evidente ventaja económica para aquellas instalaciones en las que se desea empezar a monitorizar el funcionamiento, especialmente en aplicaciones críticas como son, entre otras, las válvulas de minería o las válvulas para sistemas de seguridad, como por ejemplo las válvulas contra presión de alta integridad denominadas HIPPS (del inglés High Integrity Pressure Protection System).

Esta independencia de las propias válvulas permite a su vez una amplia versatilidad, pues el sistema podrá adecuarse, por ejemplo, dependiendo de las características de la instalación o de los deseos de los clientes. En el caso de válvulas aisladas donde no exista una fuente de electricidad disponible, el sistema está preparado para que los operarios de mantenimiento puedan conectar un ordenador portátil u otro dispositivo externo al sistema, realizar maniobras de prueba y guardar los datos de par-posición en el ordenador de forma que se puedan analizar los patrones de comportamiento y detectar funcionamientos anómalos.

En el caso en el que la válvula se encuentre en un emplazamiento remoto pero que sí cuente con suministro eléctrico pero no con conexión a internet, los datos de las maniobras de las válvulas se registran en una tarjeta de almacenamiento tipo SD o similar de forma que los operarios de mantenimiento puedan ir a volcar la información de dicha tarjeta cuando se desee o bien directamente substituir la tarjeta por otra vacía.

Por último, en el caso de que la válvula o válvulas a monitorizar se encuentren en un lugar remoto pero con suministro eléctrico y conexión a internet, el sistema de la invención podrá ser instalado incluyendo los medios necesarios para el envío de los datos a un puesto de control remoto. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una vista en sección del alzado de una posible válvula a la que se le ha acoplado el sistema de la invención.

La figura 2.- Muestra una vista en perspectiva del tubo colocado sobre la extensión intercalada entre el actuador y el husillo de la válvula que contiene la protección de las galgas extensiométricas y sobre el que se sitúan los imanes.

La figura 3.- Muestra otra vista en perspectiva del tubo de la figura anterior en donde se aprecian más claramente los imanes y en donde además aparece una posible realización práctica del sensor de posición. La figura 4.- Muestra una vista esquemática de cómo realiza la lectura el sensor de posición.

La figura 5.- Muestra, finalmente, una vista en perspectiva del conjunto de válvula de la figura 1 en donde aparecen incorporados los elementos principales del sistema de la presente invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse un modo preferente de realización del sistema para el mantenimiento predictivo de válvulas como, por ejemplo, la mostrada en la figura 1 , que reproduce una vista en alzado de una válvula de tipo bola convencional a la que se ha aplicado un corte de forma que puedan apreciarse los elementos fundamentales de la misma, así como algunos de los elementos de la invención. Concretamente, en dicha Figura 1 básicamente se muestra un montaje convencional de válvula en donde se aprecia el cuerpo (1) de la válvula, el soporte (2), el actuador (3) en este caso automatizado pero que en otros ejemplos de realización podrá ser manual tipo volante o similar, así como también un reductor o ambos, actuador y reductor, el husillo (4) y, montado sobre este último o bien formando parte del mismo en otra posible realización, una extensión (5) sobre la que los diferentes sensores tomarán las medidas de par y posición, así como un suplemento (6) sobre el que se montarán algunos de elementos del sistema de la invención.

Más concretamente, el sistema de la invención comprende al menos un sensor de par que, según una realización preferente de la invención está constituido por galgas extensiométricas (7) conectadas por un lado a la extensión (5) y por el otro a una placa de sensores (no representada).

Dichas galgas extensiométricas (7), son elementos ampliamente probados que como es conocido se basan en el piezorresistivo o piezorresistividad, que es la propiedad que tienen algunos materiales, conductores y semiconductores, por la cual su resistencia eléctrica cambia cuando se les somete a un esfuerzo o estrés mecánico, bien sea de tracción o compresión que los deforma.

Así, en la realización de la invención descrita, las galgas extensiométricas (7) se colocan sobre la extensión (5) con la que cuenta el husillo (4) de la válvula, de forma que el par necesario para accionar la válvula que debe de aplicarse al husillo (4) a través del actuador (3) pasa a través de dichas galgas, las cuales proporcionan una señal eléctrica proporcional a dicho par que es entregada a la placa de sensores.

Por otro lado, la medición de la posición se realiza a través de al menos un sensor de posición (8) que según una realización preferente de la invención será del tipo magnetorresistivo, es decir, del tipo de los que se basan en la propiedad de un material que cambia su resistividad ante la presencia de un campo magnético externo, de especial aplicación para la medición de la velocidad angular y/o rotacional. Para ello podrán utilizarse sensores de tipo magnetorresistivo convencionales, no obstante, ante la imposibilidad de situar los mismos en posición axial respecto al husillo (4) debido a la propia estructura de la válvula, la presente invención utiliza una disposición radial que se comenta a continuación.

Así, según una posible realización de la invención mostrada esquemáticamente en la Figura 3, el sensor se sitúa en posición radial respecto al husillo (4) de la válvula y, por consiguiente, a la extensión (5), la cual contará en su superficie con una serie de imanes (9) de polaridad alterna equiángulamente distribuidos de forma que se cubra la distancia angular deseada, por ejemplo cada 35°.

De esta forma, al accionar el actuador (3), éste hará girar el husillo (4) un ángulo determinado y por lo tanto también la extensión (5) sobre la que se sitúan solidariamente los imanes (9), los cuales pasarán por delante del sensor de posición (8), situado a su misma altura, el cual medirá la dirección del campo magnético creado por los imanes (9) en movimiento y transformará en una señal eléctrica que posteriormente transferirá a la placa de sensores, que según una posible realización mostrada en la figura 3, se sitúa en disposición radial respecto al husillo (4).

Adicionalmente, según otra posible realización práctica, el sistema puede comprender imanes adicionales encargados de marcar los finales de carrera, como por ejemplo dos interruptores tipo "reed", concretamente un principio y final de carrera que marquen el principio y fin de maniobra de la válvula respectivamente.

Por otro lado, según una posible realización de la invención, mostrada especialmente en las Figuras 2 y 3, la extensión (5) cuenta con un recubrimiento tubular (10) fijado a su superficie, que la cubre al menos parcialmente, y sobre el cual se monta al menos un codo (1 1) hueco de protección y una manguera para el guiado de los cables de las galgas extensiométricas (7), los cuales discurren por su interior quedando así protegidos hasta su conexión a la extensión (5).

Sobre dicho recubrimiento tubular (10), además, son susceptibles de colocarse los imanes (9), bien atornillados, insertados en orificios o mediante cualquier otro método conocido que asegure que no sufren desplazamientos indeseados.

Según una posible realización, el mencionado recubrimiento tubular (10) presenta dos partes en forma de medio tubo, donde cada una de las cuales presenta agujeros pasantes (12) en sus esquinas para poder fijarlo mediante tornillos o similares a la extensión (5).

Huelga decir, que tanto el recubrimiento tubular (10) como el codo (1 1) tienen una estructura y disposición tales que no impidan ni interfieran en el movimiento angular de la extensión (5) y, por ende, del husillo (4).

Por otro lado, y tal y como se aprecia en las figuras, especialmente en las números 3 y 5, el sensor de posición (8) se encuentra protegido dentro de una caja (13) la cual se sujeta a través de un soporte (14) al suplemento (6) de forma que quede perfectamente enfrentado a los imanes (9) para una correcta lectura. A tal efecto, el citado soporte cuenta con una pletina (no representada), sobre la cual se fijará la parte inferior de la caja (13) a través de medios ajustables que permitirán variar la posición de anclado de dicha caja (13) con el fin de regular la distancia del sensor de posición (8) a los imanes.

Asimismo, el sistema de la invención comprende una placa base la cual podrá encontrarse protegida dentro de una segunda caja (15), la cual se unirá por medios removibles al suplemento (6) de forma que sea posible soltar dicha segunda caja (15) sin necesidad de que el suplemento (6) sea separado del actuador (3) o del resto del conjunto, permitiendo por lo tanto la retirada, substitución o mantenimiento de dicha placa base sin interferir en ningún elemento de la válvula.

Por otro lado, esta placa base estará conectada bien por cable o bien de forma inalámbrica a una placa Ethernet de comunicaciones (no representada) que podrá recoger los datos de una o varias válvulas y almacenar la información en un soporte adecuado como por ejemplo una tarjeta SD, y/ o enviar la información al centro de control, según sea el caso.

Por último, según una posible realización práctica, el sistema de la invención comprenderá también un sensor de temperatura que permita corregir las variaciones que debido a los valores extremos de esta pudieran sufrir las medidas de los sensores de par (galgas extensiométricas (7)) y posición (8) y que se encontrará conectada a la placa de sensores.

De la gestión de todos estos elementos se encargarán, como ya se ha mencionado, la placa de sensores, la placa base, una placa de comunicaciones tipo Ethernet y, opcionalmente, una placa l/O de entradas/salidas. Más concretamente, estas placas contarán con las siguientes funciones:

Placa de Sensores:

Identificación de la placa y trazabilidad: Guarda en memoria el número de identificación y las fechas de fabricación y calibración.

Adquisición y acondicionamiento de datos:

o Digitaliza las señales que vienen de los sensores. Para un ejemplo de realización se estima que la velocidad de adquisición es configurable entre 5 y 200 muestras por segundo,

o Escala las señales eléctricas recibidas de los sensores a unidades de ingeniería (Newton*m, °C y % de giro de válvula), o A partir de los datos obtenidos del sensor de posición (8) determina a través de un algoritmo implementado en el software adecuado la posición del husillo (4) en cada momento a partir de la maniobra, idealmente con una precisión mejor que 1 ^o .

o Envía a la placa base los valores medidos de temperatura, par y posición, donde dicho cálculo de posición se realiza una vez terminada la maniobra.

Placa Base:

• Detecta cuándo se ha iniciado una maniobra y guarda los datos correspondientes en su memoria hasta que sean leídos por USB, Ethernet o radio.

• Registra el momento en el que se ha realizado la maniobra (año/mes/día/hora/minutos/segundos). Placa Ι/Ο: · Opcionalmente se puede conectar a la placa base y proporciona la posibilidad de que ésta tenga entradas (digitales y analógicas) y salidas (digitales).

Placa Ethernet:

Se conecta a las placas base asociadas, extrae de ellas los datos de maniobra y los almacena o los envía a un PC utilizando el puerto Ethernet. Realiza la sincronización de fecha y hora enviando periódicamente este dato a las placas base asociadas.

Por otro lado, según una realización preferente de la invención, un procedimiento para la realización de un mantenimiento preventivo en válvulas comprende las etapas de:

- Asociar al husillo (4) de la válvula al menos un sensor de par de forma que éste detecte el par necesario para accionar dicha válvula a través del actuador y proporcione una señal eléctrica proporcional a dicho par.

- Asociar al husillo (4) de la válvula al menos un sensor de posición (8) de tal forma que se detecten tanto la posición de inicio y final de carrera de dicho husillo (4) como posiciones intermedias del mismo.

- Adquisición y registro de las señales de posición y par desde un tiempo antes de que el principio de carrera que señala el principio de maniobra cambie de estado.

- Adquisición y registro de las señales de posición y par durante el giro de la válvula;

- Adquisición y registro de las señales de posición y par hasta un tiempo después de que el final de carrera señale el fin de la maniobra; - Una vez terminada la maniobra, procesado de las señales obtenidas y cálculo mediante un algoritmo adecuado de la posición en cada momento a partir de las señales de los dos sensores y el estado de inicio y final de carrera y, si procede

- Envío de los datos a una estación remota para su análisis.

Según una realización preferente, el tiempo antes durante el cual se adquieren y registran las señales de par y posición previo a la maniobra es de 5 segundos, Asimismo, el tiempo que transcurre después de que finalice la maniobra durante el cual se adquieren y registran las señales de par y posición es también de 5 segundos. Este tiempo, ajustable, es el estimado como suficiente para asegurar que el sistema registra tanto el par máximo como el mínimo una vez se haya señalado el final de maniobra, pues dicho par no tiene lugar en el tiempo exactamente en el momento indicado por el sensor debido al cambio que las propias posiciones tienen según el par aplicado y a otros factores externos como la temperatura, etc.

Por otro lado, los datos enviados para su análisis consistirán en un fichero que, para cada maniobra de la válvula, contendrán los siguientes datos:

Identificación de la válvula (número de serie o similar).

Fecha y hora de la maniobra.

Tipo de maniobra (completa o incompleta si no se ha llegado a la posición límite y se ha superado el número máximo de muestras).

- Datos par-posición.

Este fichero tendrá un nombre identificativo, por ejemplo, el número de serie de la válvula + la fecha y hora de la maniobra.

Posteriormente, mediante el software correspondiente, se podrá:

Extraer los datos de maniobra para cada una de las válvulas de una planta, o bien sólo para una muestra o para aquellas cuyo funcionamiento es crítico. Guardar estos datos en diferentes bases de datos, - Visualizar la evolución en el tiempo de las curvas de par y posición de cada una de las válvulas, y

- Analizar si la evolución de dichas curvas es la correcta y, en caso de que no lo sea, generar la correspondiente señal de aviso con el fin de detectar una posible futura avería.