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Un nuovo processo di test per le valvole di controllo

20 Agosto 2020 | Calibrazione

Il test della valvole automatizzato verifica rapidamente l'eventuale presenza di problemi senza necessità di rimozione delle apparecchiature

Le valvole di controllo proporzionali intelligenti svolgono funzioni di importanza cruciale nelle industrie di processo. Tuttavia, la valutazione accurata delle prestazioni delle valvole può essere una procedura scomoda che spesso comporta tempi di inattività alquanto prolungati, nonché la rimozione delle valvole dalla linea.

Calibratore di loop mA e tester per valvole Fluke 710 mentre esegue una ricerca guasti su una valvola di controllo HART in uno stabilimento di produzione per processo

Le valvole si aprono e si chiudono in modo proporzionale e variano l'entità della corsa in funzione di un segnale variabile da 4 a 20 mA applicato al loro ingresso. Molte valvole dispongono di un segnale di feedback che indica la posizione effettiva sotto forma di percentuale di apertura o chiusura. L'uscita può essere rappresentata da un segnale da 4 a 20 mA o da una variabile HART digitale che rappresenta l'intervallo operativo in valore percentuale da 0 a 100 della valvola di controllo.

Un altro indicatore chiave delle prestazioni di una valvola è la pressione necessaria per fare spostare la valvola nella posizione desiderata. Ad esempio, una valvola può essere programmata in modo che applicandovi 12 mA debba risultare aperta al 50%. L'elettronica intelligente controllerà ciò che essenzialmente è un regolatore di pressione intelligente in modo da aumentare o diminuire la pressione di quanto necessario a spostare l'elemento di comando nella posizione desiderata.

L'applicazione di un segnale in mA variabile unitamente al contestuale monitoraggio dei milliampere in uscita o del segnale relativo alla percentuale di corsa indicherà se una valvola di controllo funziona correttamente entro il intervallo operativo. Analogamente, il monitoraggio e la registrazione della pressione applicata all'elemento di controllo finale mentre si varia il segnale da 4 a 20 mA all'ingresso della valvola sono un test fondamentale per individuare se una valvola si blocca. Normalmente, se la valvola funziona correttamente, la relazione tra la pressione e il valore in mA o la posizione della valvola è lineare. L'eventuale necessità di un incremento di pressione è spesso ascrivibile all'inceppamento della valvola e sarà visibile se le misurazioni sono registrate e riportate su un grafico. Registrando tali segnali è possibile documentare le prestazioni della valvola. Questa prova documentata e corredata dei relativi risultati viene spesso definita "firma” di una valvola

Generalmente, le valvole sono dotate di semplici indicatori manuali che forniscono un valore approssimativo della percentuale di corsa per una determinata posizione durante il funzionamento. Tuttavia, tali indicatori non indicano come la valvola funziona in condizioni dinamiche e mutevoli e la loro precisione non è garantita.

Di seguito è riportata una guida al funzionamento tipico previsto di una valvola quando viene applicato un segnale in milliampere:

  • 3,8 mA - la valvola dovrebbe essere definitivamente chiusa
  • 4,0 mA - la valvola dovrebbe rimanere chiusa
  • 4,2 mA - la valvola dovrebbe spostarsi leggermente dalla propria sede
  • 12 mA -la valvola dovrebbe essere al 50% della propria corsa
  • 19,8 mA - la valvola dovrebbe essere prossima alla completa apertura
  • 20,0 mA - la valvola dovrebbe essere completamente aperta
  • 20,2 mA - la valvola dovrebbe essere definitivamente aperta (in posizione di riposo sul finecorsa)

Gli indicatori sulla valvola offrono una misurazione approssimativa

“L'indicatore sul lato della valvola potrebbe indicare che si trova al 50% della corsa, ma siamo davvero certi che non sia al 51% o al 49%? Non possiamo dirlo con certezza", afferma Jim Shields, Product Manager di Fluke Process Tools. “E in molti processi può fare la differenza".

I test di prestazione delle valvole più sofisticati richiedono che le valvole siano rimosse e testate su un "provavalvole". Si tratta di dispositivi sofisticati e costosi che non sono alla portata di molti stabilimenti e officine. È possibile eseguire altri test con strumenti di prova special HART, ma tali strumenti possono essere difficili da configurare e utilizzare.

Infatti, secondo un istruttore di strumentazioni di processo, un tecnico coadiuvato da un assistente per un giorno intero può testare accuratamente circa otto valvole, una all'ora. La procedura prevede che l'assistente rimuova la valvola, la porti al tecnico al banco e quest'ultimo esegua i test mentre l'assistente si occupa di tutti gli aspetti meccanici. Ciò vuol dire che per testare una valvola sono necessarie circa due ore uomo.

Calibratore di loop mA e tester per valvole Fluke 710 mentre esegue un test di firma su una valvola di controllo HART in uno stabilimento di produzione per processo

Automatizzazione del processo di test

Fluke ha recentemente introdotto uno strumento calibratore di loop che analizza rapidamente le valvole per stabilire se funzionano correttamente. Lo strumento consente di risparmiare tempo e aiuta ad evitare la rimozione inutile delle valvole di controllo che funzionano correttamente dai rispettivi processi. Il calibratore di loop mA e testerperi valvole Fluke 710 è il modello più recente di una generazione di strumenti progettati per rendere i flussi di lavoro complessi più accessibili a qualunque tecnico, indipendentemente dal suo livello di competenza, offrendo comunque la gamma di funzionalità che ci si aspetta da uno strumento calibratore di loop di processo.

Il modello 710 include diversi test completamente automatizzati, compreso il test di firma, che valuta facilmente le prestazioni di una valvola proporzionale intelligente. Spesso il test può essere svolto in soli cinque minuti. Il test di firma fornisce una verifica dello stato delle valvole facilmente comprensibile: buono, marginale o cattivo.

“Quindi è possibile inviare il tecnico addetto alla strumentazione meno esperto per testare la valvole e stabilire se chiamare o meno uno specialista", continua Shields. "Non sarà necessario procedere allo smontaggio della valvola, che, come lo smontaggio di un motore, richiede parecchio lavoro".

Dopo la rimozione dei cavi di controllo e il collegamento dei puntali del tester 710, il test di firma aumenta il segnale in mA da 4 a 20 mA riportandolo poi nuovamente a 4 mA e registra il feedback della valvola per stabilire se quest'ultima si muove correttamente. Il test registra anche la pressione applicata all'elemento di controllo della valvola da 4 a 20 e poi di nuovo 4 milliampere aspettandosi variazioni di pressione lineari uniformi lungo l'intera banda, in salita e in discesa.

Esamina se lo stato della valvola è buono, marginale o cattivo

“La profilazione della pressione utilizzata per spostare la valvola consente di osservare i picchi fisici della quantità di pressione richiesta per spostare la valvola in un punto, anche laddove tale posizione fosse abbastanza vicina al punto previsto" afferma Shields.

Una volta completato il test si ottiene una valutazione della prestazione della valvola in questi termini: buona, marginale o cattiva. Inoltre il tester 710 registrerà i dati in modo da poterli caricare nel software applicativo con cui è possibile effettuare ulteriori analisi.

Shields afferma quanto segue: “Una volta che il tecnico ha acquisito dimestichezza con lo strumento ed è in grado di eseguire le prove, può stabilire se chiamare o meno uno specialista".

Calibratore di loop mA e tester per valvole Fluke 710 accanto allo schermo di un computer in cui è visualizzato il Software ValveTrack

Prassi ottimale: Valori di base e tendenza

Una prassi ottimale per mantenere le valvole in perfette condizioni consiste nell'acquisire le misure di riferimento delle sue prestazioni quando è noto che la valvola è in buono stato. Poiché la maggior parte delle valvole utilizza un segnale in ingresso di 4-20 mA, uno strumento di misura con segnale di uscita in mA è in grado di fornire il segnale in ingresso in mA per azionare la valvola di controllo lungo l'intero intervallo operativo di quest'ultima. Il tester 710 è la soluzione ideale per questa prassi.

L'ideale sarebbe che la documentazione venisse acquisita al momento della messa in servizio o dopo una revisione della valvola. Il tecnico registra la "firma" della valvola nelle sue condizioni ideali, riportando il valore in mA o il segnale relativo alla percentuale dell'intervallo della corsa ottenuti in uscita in funzione del segnale applicato in ingresso. Le informazioni vengono memorizzate insieme all'ora, al numero identificativo della valvola e alla data di esecuzione del test. Per gestire ulteriormente queste informazioni si può utilizzare un software di gestione della calibrazione.

Una volta registrate le firme delle prestazioni di base delle valvole, si deve stabilire un intervallo di manutenzione per la verifica di tali prestazioni. L'intervallo dipende dal servizio richiesto dall'applicazione che può essere di tipo gravoso o leggero. Ad esempio, alcuni dispositivi installati in sistemi di sicurezza e spegnimento dovrebbero essere controllati ogni tre mesi.

Quando rimuovere una valvola

Se i dati rappresentati nel grafico indicano che la firma della valvola è diventata non lineare o che la valvola presenta delle deviazioni nelle curve, la valvola potrebbe presentare problemi che possono ridurne le prestazioni e la longevità, con conseguente necessità di rimuoverla per sottoporla a manutenzione. L'indicazione sul tester 710 che lo stato di una valvola è "marginale" o "cattivo" indica anche che è necessario eseguire una regolazione sul controller della valvola e/o fare intervenire uno specialista per stabilire se è necessario effettuare prove più estese al di fuori del processo.

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