Control electrónico de válvulas en redes presurizadas. Análisis comparativo de válvulas de mariposa y válvulas

hidráulicas tipo globo controladas mediante PLC’s. Santi Singla Font (santisingla@regaber.com)

Product Manager Regaber e Hidroglobal - Consultor técnico Dorot Control Valves

Introducción

La importancia que van adquiriendo las soluciones de control automático en redes de distribución y transporte de agua va en aumento por el incremento de valor que se está produciendo en este recurso y por la tecnología disponible. Por poner un ejemplo, hoy día, los operadores de las redes se auto exigen que los depósitos o las arquetas de carga no desborden o vacíen nunca, que las redes no se desestabilicen provocando roturas o que las presiones en los sectores sean las óptimas para evitar fugas y roturas innecesarias.

El contenido de la presente ponencia pretende abordar de forma sintética los elementos principales que son necesarios para desarrollar funciones de control en sistemas hidráulicos. Para acotar aun más el contenido del texto nos centraremos en las funciones de control habituales para redes de distribución de agua presurizada, dejando de lado las aplicaciones relacionadas con descargas de embalses, control de fluidos diferentes al agua, gases o aplicaciones industriales especiales.

Los elementos principales que estructuran una solución de control automático en redes de agua presurizadas podemos clasificarlos como:

- Controladores y señales asociadas - Actuadores - Válvulas

Las válvulas, con su control y posicionamiento asociados, merecen una atención muy importante ya que de ellas depende la seguridad y la estabilidad de los sistemas hidráulicos. Especialmente importante es este ámbito cuando la realidad pone de relieve que en los proyectos de instalaciones de transporte y distribución de agua se dedica la mayor parte de la atención en las partidas económicamente más importantes (bombas, tuberías, etc.) pero no a los elementos de seguridad y control.

Analogía de un sistema de control automático. Controlador/Actuador/válvula

Cada uno de estos elementos podría analizarse de forma muy extensa respecto a su clasificación, aplicaciones, criterios de selección y principio de funcionamiento. En la presente ponencia, con el ánimo

de aportar una visión práctica a la selección y diseño de estos elementos, hemos decidido que tras una breve introducción de estos elementos nos centraríamos en aportar criterios prácticos de selección presentando finalmente ejemplos reales.

Para simplificar la función de estos tres elementos que intervienen en una función de regulación automática podemos hacer una analogía probablemente no muy acertada pero que creemos ayudará a los neófitos a tener una visión simple de las funciones de cada elemento.

Imaginemos que la función en cuestión es la apertura de la puerta de nuestra casa.

El controlador sería nuestro cerebro con sus señales y receptores asociados (timbre/oído y vista/escena tras la mirilla). El actuador sería el brazo y la válvula, la puerta. El sonido nos indica que iniciemos el procedimiento de control. La vista nos aporta datos para el control (verificar por la mirilla si es conveniente o no abrir).

Controladores lógicos Definir lo que es un controlador de forma genérica resulta un poco complicado dada la cantidad de matices que podrían aportarse en cualquier definición concreta. Nos arriesgaremos no obstante, inspirándonos en la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) con la siguiente definición:

Un controlador es un aparato electrónico que integra una memoria programable que almacena instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos.

Un controlador es desde el sencillo programador de riego que se usa en jardines particulares o el temporizador que podemos usar en casa para encender la calefacción hasta un complejo sistema de autómatas programables que gobiernan los procesos en las centrales nucleares.

Podemos hallar muchos tipos de clasificaciones según la energía utilizada, su arquitectura interna, según la capacidad de cálculo o los procesos lógicos que almacena y procesa en su memoria. Nos decantamos por una clasificación según las características del controlador las exigencias del proceso a controlar:

Caso específico de los PLC’s

De estos controladores, los que más nos interesan para las aplicaciones que debemos implementar en sistemas hidráulicos presurizados son los autómatas programables o más comúnmente conocidos como PLC’s.

Un Programable Logic Controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, dis eñado para controlar en tiempo real y en ambiente exigente, procesos secuenciales. Integran como vemos en la clasificación anterior una unidad operativa, aritmética y lógica.

Un PLC trabaja en base a la información recibida por los sensores y el programa lógico interno, actuando sobre los actuadores de la instalación.

Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automáticos en que puede ser programado para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros muchos que, solamente pueden controlar un tipo específico de aparato.

Estos autómatas poseen un gran número de funciones internas que ayudan a identificar problemas, se trata de la capacidad de diagnósticos avanzados (autodiagnosis). Es el propio autómata el que, a través de su propia estructura y software interno, nos informa de su estado, lo que evita pérdidas de tiempo en búsquedas infructuosas o muy costosas (fallos de interruptores, pilas agotadas, etc.)

Los miembros de la familia de los PLC’s pueden incluir diferentes tipos de acciones:

• Proporcionales (Acción proporcional al error) • Integrales (Acción proporcional al error acumulado) • Derivativos (Acción proporcional a la velocidad del error anticipando la tendencia) • Proporcionales-integrales • Proporcionales-derivativos • Proporcionales-integrales-derivativos

El control electrónico comparado con el control hidromecánico en válvulas presenta importantes diferencias.

El control electrónico permite una mayor precisión y tiene más flexibilidad en prestaciones. Por ejemplo permite un control remoto a distancia o bien una función específica que varíe su consigna respecto al tiempo o a cualquier otro parámetro no hidráulico. Su limitación es que necesitan alimentación eléctrica (placa solar o alimentación de red) aunque algunos fabricantes ofrecemos al mercado controladores de bajo consumo eléctrico que pueden trabajar con baterías.

Es muy utilizado por ejemplo un modelo específico como el Condor en aplicaciones de reducción de presión en función del caudal permitiendo así optimizar la presión de las redes aumentando mucho su rendimiento (reducción de fugas y frecuencia de rotura). También es muy utilizado en mezcla de agua de diferente salinidad o en limitación de caudal con valores variables (entrada a una ETAP, EDAR, etc.) o el control de niveles en valores variables en el tiempo entros cientos de aplicaciones.

Su funcionamiento se basa en un controlador diseñado exclusivamente para gobernar válvulas hidráulicas. Este controlador, de acuerdo a los programas preestablecidos emite pulsos de longitud variable a dos solenoides (uno de ellos produce una maniobra de cierre y el otro de apertura). Dependiendo de las funciones necesitará más o menos señales de entrada y salida. Un controlador que desempeñe una función de limitación de caudal mediante consigna remota necesitará al menos una señal 4-20 mA o de pulsos de un caudalímetro y una señal 4-20 mA de señal remota de consigna.

Esquema simplificado de una válvula hidráulica controlada por un PLC Condor. Y esquema de control con circuito de control hidromecánico de seguridad.

Actuadores Un actuador es un dispositivo o mecanismo que transforma una señal en un movimiento, controlando la posición del mecanismo de regulación interna (elemento de cierre) de la válvula de control. La señal o energía motriz puede ser neumática, eléctrica, hidráulica o una combinación de ambas.

La función básica de los actuadores es responder a una señal externa para generar un movimiento en el elemento de cierre de la válvula, a fin de abrir o cerrar la válvula, o bien posicionarla a lo largo de su carrera para modular el flujo o presión que pasa a través de la misma.

La fuerza que provoca el actuador puede provenir de diversas fuentes de energía:

• Manual: Palancas, llaves, volantes y reductores. • Presión neumática: actuadores neumáticos. • Presión hidráulica: actuadores hidráulicos. • Fuerza motriz eléctrica: actuadores eléctricos. • Combinaciones de ambos (muy común es el caso de los electro hidráulicos –solenoides-)

En función de la dirección en la que se genera la fuerza:

• Actuadores lineales • Actuadores rotativos ( giro parcial o multi-giro )

Esquema de actuadores rotativos multi-giro, giro parcial y lineales todo/nada.

Actuador neumático Actuador eléctrico Actuador hidráulico

Fuerza generadora Presión aire Energía eléctrica Presión hidráulica

Elemento motriz Embolo, pistón Motor eléctrico Embolo, pistón

Transmisión fuerza /par Eje o cremallera Reductor Eje

Conversión mecánica Yugo o piñón No hay Yugo o piñón

Cuadro comparativo de diferentes tipos de actuadores

Neumáticos

Convierten la energía de un fluido (aire comprimido) en trabajo mecánico. Se pueden clasificar en:

• Fuelles o diafragmas

Se trata de una cámara de presurización aislada del muelle por un diafragma o membrana que trasmite la presión neumática al sistema mecánico.

• Cilindros neumáticos

Según la posición de reposo (posición en fallo o de emergencia) o el control de velocidad que se requiera se seleccionará uno de los diferentes tipos de actuadores neumáticos:

Eléctricos

Convierten la energía eléctrica en trabajo mecánico

Se pueden clasificar en:

• Motores de corriente continua • Motores de corriente alterna

Esquema de un actuador eléctrico acoplado a una válvula de compuerta de huso ascendiente

Elementos principales de un actuador eléctrico

Actuadores electro hidráulicos

Este sería el caso de los llamados solenoides, muy utilizados en control de válvulas hidráulicas. La excitación de la bobina del solenoide provoca una fuerza electromagnética que desplaza un obturador compuesto por un núcleo ferro magnético. La excitación de la bobina permite el paso o lo impide. Se trata de un interruptor que convierte una señal de baja potencia en un paso de agua o gas. La longitud del pulso de excitación permitirá el llenado controlado de cámaras de actuación de válvulas con cámara de control tipo cilindro o membrana como se ha visto en el capítulo de controladores electrónicos.

Esquematización de un solenoide acoplado a una válvula hidráulica

Criterios de selección y dimensionado de actuadores

Presentamos a continuación un cuadro orientativo de cuando escoger uno u otro actuador.

Utilizaremos Generalmente cuando …

Actuadores eléctricos Precisión requerida y en aplicaciones donde se disponga de cierta potencia eléctrica.

Actuadores neumáticos Alta velocidad. No se requiere ni precisión ni potencia.

Actuadores hidráulicos Se requiere potencia muy elevada y condicionales ambientales duras.

Actuadores electrohidráulicos

Precisión requerida y disponibilidad de energía eléctrica de poca potencia. No se exige alta velocidad de reacción.

Concepto de curva de par

Para dimensionar un actuador debemos determinar el par que se necesita para generar el movimiento o el empuje en el caso de las válvulas con movimiento lineal. Normalmente, el par de maniobra necesario para accionar una válvula no es constante durante toda la carrera.

En esta representación observamos que los pares máximos se generan en el cierre (ETC – End to close) y en el inicio de la apertura (BTO: Break to open); puntos que determinarán la potencia de los actuadores (potencia eléctrica, presión neumática o hidráulica).

Es necesario también establecer el porcentaje de sobredimensionamiento (FACTOR DE SEGURIDAD). Usualmente y dependiendo del tamaño y diseño de la válvula, entre 10% y 50%.

Para los actuadores eléctricos concretamente

Se debe conseguir la presión máxima esperada, y compararla con la presión máxima que soporta el actuador y con el torque máximo que soporta el eje de la válvula.

Si es multi vuelta, determinar el número de vueltas necesarias para cubrir el total de la carrera de la válvula.

Con los pares ya determinados, y recurriendo a las tablas de torque de los diferentes modelos, se puede escoger un modelo adecuado para la aplicación considerando todo lo anterior. Verificar que el acoplamiento de la válvula y el diámetro máximo del eje son compatibles.

Verificar que el acoplamiento de la válvula y el diámetro máximo del eje son compatibles con la selección.

Al escoger el actuador con su motor, tomar los datos de consumo y factor de potencia. Los actuadores eléctricos tienen tiempos de funcionamiento más largos que los actuadores neumáticos, por lo que es un dato a considerar. Dependiendo del tamaño de la válvula, estos tiempos fluctúan normalmente entre 20 segundos hasta 90 segundos o más.

Para los actuadores neumáticos concretamente

Considerar la presión mínima de aire disponible en el punto. Es en esta situación en la que el actuador está en su situación más desfavorable. La válvula debe ser actuada aún cuando la presión de aire caiga al mínimo.

También se debe determinar la presión máxima esperada, y compararla con la presión máxima que soporta el actuador y con el torque máximo que soporta el eje de la válvula.

Actuadores simple efecto Fallo cierra – Seleccionar primero el modelo el muelle capaz de cumplir con el valor de ETC.

Actuadores simple efecto Fallo abre – Seleccionar primero el modelo el muelle capaz de cumplir con el valor de BTO.

En el caso de doble efecto dimensionar teniendo en cuenta primero el BTO.

Si el torque máximo a máxima presión de aire supera el torque máximo admisible del vástago de la válvula, debe considerar instalar un regulador de presión para limitar la presión máxima de aire

Válvulas Las válvulas son dispositivos mecánicos con los cuales se puede detener, liberar o regular la circulación de líquidos o gases mediante una pieza móvil que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios.

Existen gran variedad tipológica que se adapta a los requerimientos de la gran cantidad de aplicaciones en que se requieren estos elementos. Podemos hacer una primera clasificación usando un criterio de función. Estaríamos hablando de válvulas de corte o seccionamiento, válvulas de regulación y finalmente válvulas de seguridad. En el contexto de esta ponencia nos centraremos en las válvulas de regulación ya que son las que se usan para funciones de control automático avanzado.

En realidad, si hablamos de aplicaciones para distribución y transporte de agua potable o de riego nos encontraremos con dos grandes tipos:

• Válvulas de mariposa • Válvulas hidráulicas automáticas

El resto de grandes familias como las tipo bola, compuerta o guillotina no se usan por varios motivos que se han desarrollado en otros artículos. Fundamentalmente se descartan por: baja resistencia a la cavitación, gran fuerza necesaria para su desplazamiento o pérdida de carga en posición abierta demasiado alta.

Por eso creemos interesante discutir sobre ambas tipologías de válvulas comúnmente utilizadas en estas funciones.

Tipos principales de válvulas utilizadas para funciones de regulación hidráulica automática. Una buena válvula de control debe ser capaz de crear la pérdida de energía requerida de una forma controlada. Una válvula que presente grandes cambios de resistencia tras pequeños modificaciones en su posición podemos decir que es una válvula inadecuada para regular. Dicha válvula presenta una gran probabilidad de ser inestable en la regulación, provocando oscilaciones permanentes en el sistema de presión y caudal.

Válvula de mariposa

Este tipo de válvula ejerce el cierre mediante un desplazamiento giratorio de un cuarto de vuelta. El obturador consiste en un disco o lenteja circular que gira sobre un eje diametral y que encaja en la sección circular del cuerpo de la válvula. Deben actuarse mediante energía externa (tampoco se puede usar la presión de la propia red), ya sea neumática, hidráulica o eléctrica. Son válvulas que presentan muy poca pérdida de carga. Presentan una resistencia a la cavitación bastante baja por lo que no se recomiendan en absoluto para regulaciones en saltos de presión considerables. Son muy utilizadas en funciones apertura/cierre total y en regulación en aplicaciones muy específicas (grandes diámetros de tubería en que no hay disponibles otras tecnologías o bien muy bajas presiones).

Curva de regulación de una válvula de mariposa: Relación entre el porcentaje de apertura de la válvula y el cociente resistencia Kv/Resistencia mínima Kv0.

Existen muchas variantes según materiales del cuerpo, materiales asiento/ obrurador y también según la simetría del eje de la lenteja.

Habitualmente nos encontramos válvula de eje centrado aunque también las hay excéntricas y doble excéntricas. Hay dos tipos de excentricidades: el disco está conectado al cuerpo mediante un eje posicionado excéntricamente respecto a su baricentro (excentricidad primaria “e1”) y respecto al eje del carrete (excentricidad secundaria “e2”).

Obviamente las excéntricas o doble excéntricas presentan la desventaja del coste cuando la aplicación no requiere este tipo de características.

Excentricidad Ventajas

e1

Junta del disco en una pieza única Facilidad de cambiar la junta sin tener que desmontar el obturador Reducción de la fricción en el disco de asiento Mejor estabilidad del eje

e2 Mejor estanqueidad en el cierre Menor posibilidad de cierre rápido y por tanto de generación de golpe de ariete

Válvulas hidráulicas automáticas

Las válvulas hidráulicas no necesitan energía externa sino que aprovechan la presión de la red para modificar su posición. Su gran ventaja suplementaria es que están diseñadas para regular (alta resistencia a la cavitación) y presentan bajas pérdidas de carga cuando están completamente abiertas.

Apertura de la válvula

De forma simplificada -consideraremos P2=0 aunque en cualquier caso si consideramos P2 diferente de 0, siempre P2 < P1 y por tanto las afirmaciones continuarían siendo ciertas- podemos decir que la fuerza que lleva a la válvula a abrir (cuando comunicamos la cámara de control con la atmósfera) es:

Esquema simplificado del balance de fuerzas en una válvula abriendo

F apertura = P1 × a F cierre= P atm x A + Peso del dispositivo = 0 x A + Peso

La válvula abrirá si (P1 × a) > Peso del dispositivo

Cada válvula hidráulica tendrá una presión mínima P1 necesaria para vencer el peso del dispositivo. Dependerá lógicamente del peso del dispositivo de cierre y de la superficie del asiento y de las resistencias mecánicas al movimiento.

En el caso de la S300 de Dorot -para que tengamos un orden de magnitud- es de 0,2 bares aproximadamente para todos los diámetros.

Cierre de la válvula

De forma simplificada (consideremos P2=0) podemos decir que la fuerza que lleva a la válvula a cerrar (cuando comunicamos la cámara de control con la presión de entrada) es:

F apertura=P1 × a Fcierre= P1 x A + Peso del dispositivo

Como A > a, independientemente del peso del dispositivo, la válvula cerrará herméticamente.

Esquema simplificado del balance de fuerzas en una válvula cerrando.

Cuando la válvula desarrolla una función de regulación, esta se posiciona aumentando o disminuyendo el volumen en la cámara de control. Si llenamos la cámara de control al máximo la válvula está cerrada, si vaciamos completamente la cámara de control, la válvula estará completamente abierta.

El control del volumen de la cámara de control lo realizará el circuito de control que como hemos visto puede tener varios principios de actuación. En cualquier caso estos dispositivos de control comunican la cámara de control con la atmósfera (cuando quieren aumentar el porcentaje de apertura de la válvula), comunican la cámara de control con la presión de entrada (cuando quieren disminuir el porcentaje de apertura de la válvula) o aíslan la cámara (mantienen la última posición de la válvula).

Tomemos un ejemplo para entender cómo actúan los circuitos de control, es decir, los elementos que dan “inteligencia” a la válvula hidráulica.

Supongamos una válvula reductora que ha sido tarada a 5 bar. Es decir que independientemente de la presión de entrada y del caudal circulante la válvula mantendrá una presión igual o inferior (inferior cuando la presión de entrada sea inferior a la consigna.

Relación entre el porcentaje de apertura de la válvula hidráulica y el cociente resistencia Kn/Resistencia mínima Kv.

Pues bien, supongamos que la presión de entrada es de 7 bar, el caudal es 200 m3/h y la válvula es DN 150 mm.

La válvula se encontrará en la siguiente situación (utilizaremos las características de la válvula S300 de Dorot/Regaber).

Porcentaje de apertura 42%. Así que aproximadamente el volumen de cámara será del 42% del total.

Si de repente disminuye la demanda a 100 m3/h nos encontraremos en la siguiente situación:

Porcentaje de apertura 21%.

Por tanto el dispositivo de control, frente a este cambio, ha llenado la cámara de control para alcanzar un volumen de un 21% respecto al total; momento en que ha bloqueado el volumen de cámara para mantener la válvula en esa posición, que es la adecuada para mantener 5 bar aguas abajo de la válvula en las condiciones que hemos establecido.

La resistencia Kn puede tomar desde su valor máximo determinado en laboratorio (Kv) hasta el infinito (válvula cerrada).

Análisis comparativo de válvulas de mariposa motorizadas y válvulas hidráulicas tipo globo

Vamos a presentar un ejemplo concreto para comprender el fenómeno de la inestabilidad en la regulación de forma numérica.

Asumamos un sistema hidráulico con las siguientes características:

- Tubería DN 800 mm / Caudal = 400 l/s / V=0.8 m/s - Pérdida de carga requerida en la válvula: de 10 a 50 mca con escalones de 5 mca.

Se analiza el comportamiento de dos válvulas:

• Válvula de mariposa modelo B2, D = 600 mm, Kv = 4800 (l/s a 1 bar) • Válvula hidráulica tipo Globo modelo S300 de Dorot D=600 mm, Kv = 1805 (l/s a 1 bar)

Los cálculos se realizan de acuerdo a las siguientes ecuaciones:

?P (Válvula 100% abierta) = K*Q2/2gA2 = C*Q2 donde ?P (Válvula regulando) = Cn*Q^2 Cn = C / (An / Ao)^2

An / Ao = ratio entre el área de paso abierta de una válvula en regulación y el área de la válvula completamente abierta.

Para la válvula de mariposa: An/Ao = 1-cos ? (? = grados de apertura)

Para la válvula tipo globo: An/A0 = Zn/Zo (Z=posición del disco, movimiento lineal)

• C para la válvula de mariposa ?P / Kv^2 = 10 / 4800^2 = 4.34E-7 • C para la válvula hidráulica tipo Globo ?P / Kv^2 = 10 / 1805^2 = 3.07E-6

Resultados de los cálculos – Posiciones esperadas de la válvula a un caudal fijo cambiando las condiciones de presión diferencial:

?P (m) Mariposa grados de apertura An/Ao % de recorrido Tipo Globo An/Ao % de recorrido 1 42.567 0.264 47.297 0.701 70.086 5 28.097 0.118 31.218 0.313 31.343 10 23.556 0.083 26.173 0.222 22.163 15 21.257 0.068 23.619 0.181 18.096 20 19.77 0.059 21.963 0.157 15.672 25 18.684 0.053 20.761 0.14 14.017 30 17.845 0.048 19.828 0.128 12.796 35 17.165 0.045 19.072 0.118 11.847 40 16.598 0.042 18.442 0.111 11.082 45 16.113 0.04 17.903 0.104 10.448 50 15.691 0.037 17.435 0.099 9.9117

Comparativo de cambios de Kn para válvulas regulando a un diferencial de presión fijo (30 mca) cambiando la demanda del sistema.

Caudal (l/s) Mariposa grados de apertura % de recorrido Tipo Globo An/Ao % de recorrido 1 1.17 0.013 0.001 0.055 5 2.615 0.029 0.003 0.277

10 3.699 0.041 0.006 0.554 20 5.232 0.058 0.011 1.108 40 7.402 0.082 0.022 2.216 60 9.069 0.101 0.033 3.324 80 10.48 0.116 0.044 4.433

100 11.72 0.13 0.055 5.541 120 12.84 0.143 0.066 6.649 140 13.87 0.154 0.078 7.757 160 14.83 0.165 0.089 8.865 180 15.74 0.175 0.01 9.973 200 16.6 0.184 0.111 11.082

Podemos observar como la válvula de mariposa va a trabajar a un porcentaje de recorrido muy pequeño y que pequeñas variaciones en la posición generarán grandes cambios de resistencia (especialmente en situaciones de caudal bajo).

Este hecho provoca considerables dificultades para una regulación fiable. La selección de una válvula de mariposa para funciones de regulación debe ser estudiada con atención para evitar problemas graves de inestabilidad y problemas en los actuadores.

Conclusiones y ejemplos prácticos Solo cuando haya alguna razones técnicas que lo justifiquen como diámetros de válvulas superiores 1-1,5 m, situaciones de muy baja presión y alto caudal es recomendable utilizar válvulas de mariposa para regular. La solución más recomendable es el uso de válvulas hidráulicas tipo S300 (Globo) para poder garantizar estabilidad y precisión en la regulación.

Debe considerarse también que una válvula mariposa no puede ser inspeccionada internamente sin ser desmontada de la tubería y que su resistencia a la cavitación es baja. Como contrapartida tienen una pérdida de carga muy pequeña y resultan económicamente más competitivas que las válvulas hidráulicas automáticas tipo Serie 300 de Dorot.

Los más de 30 años de experiencia en el mundo de la ingeniería hidráulica nos han permitido participar en muchos proyectos aportando soluciones de regulación a requerimientos muy diversos. Es cada vez más frecuente el uso de funciones de control en redes presurizadas. Aportamos a continuación algunas experiencias muy recientes que ilustran parte de la casuística comentada durante diversas partes del documento.

Canal de Terreu

En este caso particular la función de control es simple: derivación de un caudal predeterminado mediante señal remota. Los grandes caudales de manejo –más de 2 m3/s- (y por tanto los grandes diámetros de las válvulas) sumado a las bajas presiones de trabajo (menos de 1 bar) decantó una solución basada en control electrónico mediante PLC Condor, actuación mediante motor eléctrico y válvulas de mariposa. 7 tomas de la tubería principal deben derivar de forma remota caudales variables a balsas de regulación propiedad de diferentes comunidades de regantes.

Ubicación del proyecto y principales características

Detalles de la tubería principal paralela al canal y de una de las 7 casetas de derivación

Detalle interior de la caseta donde se aprecia el contador electromagnético, la válvula con su actuador y el armario del controlador electrónico.

Detalle del cuadro del controlador y de la entrada de una de las balsas de regulación

En el vídeo que se presentará durante la ponencia se puede apreciar la precisión en la regulación mediante ajuste del controlador Condor con PID ajustable en campo.

Canal de Aragón y Cataluña

Aquí la función de control es la de mantener estable un arqueta de carga que se llena a través de las máscaras de un canal. Esto se consigue derivando caudal a través de unas válvulas de descarga a varios kilómetros de distancia (compensando la demanda que no se produce en la red).

Detalles de las derivaciones y de la arqueta de carga y ubicación de las dos descargas y de la arqueta de carga

Canal de Isabel II / Aguas del Puerto de Santa María / Aguas del Huesna / Aguas de Barcelona / etc.

Regulación dinámica de la presión en los sectores de agua potable en función del caudal. Posibilidad de control remoto, circuito hidráulico de seguridad. Basado en control electrónico mediante PLC Condor, actuación mediante solenoides de dos vías 12 VDC y válvulas hidráulicas S300. Esta es la solución estándar en la mayoría de aplicaciones.

Aguas de Sevilla (Emasesa). Control on/off para sectorización

La solución consiste en un sistema flexible compuesto por programador horario, solenoide y válvulas hidráulicas S300 Dorot.

Riegos de Levante

Sustitución de válvulas de mariposa motorizadas por inestabilidad de la red y rotura de motores (presiones de trabajo de más de 5 bar).

Solución consistente en PLC condor, actuación mediante solenoides y válvulas hidráulicas tipo Globo Serie 300 Hidroglobal Dorot.

Referencias

INGENIERÍA DE CONTROL MODERNA. Katsuhiko Ogata. Ed. Pearson.

NEUMÁTICA E HIDRÁULICA. Antonio Solé Creus. Amv edidciones.

HYDRAULICS OF PIPELINES. PUMPS, VALVES, CAVITATION, TRANSIENTS. J. Paul Tullis.

PRESSURE LOSS AND CAVITATION OF A 6 INCH DOROT, DIAPHRAGM ACTIVATED, DISC SEAL GLOBE VALVE. William Rahmeyer. Utah State University.

HIDRÁULICA PARA INGENIEROS. Domingo Escribá Bonafé.

HIDRÁULICA PRÁCTICA. Simon.