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ELEMENTOS FINALES DE CONTROL [Subtítulo del documento]

ELEMENTOS DE CONTROL FINAL

POR: VICTOR DANIEL ORTEGA

DOCENTE: JOSE POSADA

OPERACIONES DE PROCESOS INDUSTRIALES III

UNIORIENTE BARRANCABERMEJA 2013

ELEMENTOS FINALES DE CONTROL.

VALVULAS DE CONTROL Generalidades En el control automático de los procesos industriales la válvula de control juega un papel muy importante en el bucle de la regulación. Realiza la función de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el caudal de la variable medida comportándose como un orificio de área continuamente variable. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador. El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y está provisto de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Esta unido a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el servomotor.

TIPOS DE VALVULAS. Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador. Las válvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje se clasifican como se especifica a continuación.

Válvula de globo. Puede ser de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presión del fluido es baja y se precisa que las fugas en posición de cierre sean mínimas. El cierre estanco se logra con obturadores provistos de una arandela de teflón. En la válvula de doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es menor que en la válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.

Válvula en Angulo. Esta válvula permite tener un flujo de caudal regular si excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosión cuando esta es considerable por las características del fluido o bien por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión. Este tipo de válvulas se emplea generalmente para mezclar fluidos o bien para derivar de un flujo de entrada dos de salida, las válvulas de tres vías intervienen típicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.

Valvulas de tres vías Se emplean generalmente para mezclar fluidos o bien para derivar de un flujo de entrada dos de salida.

Válvula de jaula. Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Se caracterizan por el fácil desmontaje del obturador y porque este puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad y el funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. Como el obturador esta contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones o al desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de teflón que, con la válvula en posición cerrada, asientan contra la jaula y permiten así un cierre hermético.

Válvula de compuerta. Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposición es adecuada generalmente para el control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo del fluido cuando está en posición de apertura total.

Válvula en “Y”. Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de auto drenaje cuando está instalada inclinada con un cierto Angulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.

Válvula de cuerpo partido. Esta válvula es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales está presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria.

Válvula saunders. En esta válvula, el obturadores una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. La válvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o plástico para trabajar con fluidos agresivos. Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesos químicos difíciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendo sólidos en suspensión.

Válvulas de compresión. Funciona mediante el pensamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las válvulas de diafragma se caracteriza por que proporciona un óptimo control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros o corrosivos, viscosos o conteniendo sólidos en suspensión.

Válvulas de obturador excéntrico rotativo. Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento excéntrico rotativo y que está unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles. El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por un vástago conectado a un servomotor. El par de este es reducido gracias al movimiento excéntrico de la cara esférica del obturador. La válvula puede tener un cierre estanco mediante aros de teflón dispuestos en el asiento y se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a las válvulas mariposa y de bola y por su elevada perdida de carga admisible.

Válvula de obturador cilíndrico excéntrico. Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. El cierre hermético se logra con un revestimiento de goma o teflón en la cara del cuerpo donde asienta el obturador. La válvula es de bajo coste y tiene una capacidad relativamente alta. Es adecuada para fluidos corrosivos, y líquidos viscosos o conteniendo sólidos en suspensión.

Válvula de mariposa. El cuerpo está formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma empotrado en el cuerpo. Un servomotor exterior acciona el eje del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula está totalmente abierta, siempre que la presión permanezca constante. En la selección de la válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una gran fuerza del actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada. Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a baja presión.

Válvulas de bola. El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola. La válvula tiene un corte adecuado que fija la curva característica de la válvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre hermético se logra mediante un aro de teflón incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la válvula está cerrada. En posición de apertura total, la válvula equivale aproximadamente en tamaño a 75% del tamaño de la tubería.

La válvula de bola se emplea principalmente en control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión.

Válvula de orificio ajustable. El obturado de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que esta perforada con dos orificios, uno de nitrada y uno de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. El giro del obturador tapa parcial o totalmente las entradas y salidas de la válvula controlando así el caudal. La válvula incorpora además una tejedera cilíndrica que puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento exterior. La tejedera puede así fijarse manualmente en una posición determinada para limitar el caudal máximo. La válvula es adecuada en los casos en que hay que ajustar manualmente el caudal máximo del fluido, cuando el caudal puede variar entre límites amplios de forma intermitente o continua y cuando no se requiere un cierre hermético. Se utiliza para combustibles ganosos o líquidos, vapor, aire comprimido y líquidos en general.

Válvulas de macho Consiste en un cilindro con un orificio transversal igual al diámetro interior de la tubería. Se utiliza generalmente en el control manual todo o nada de líquidos o gases y en la regulación de caudal.

Válvula de flujo axial. Consisten en un diafragma accionado reumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. De este modo el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo de válvulas se emplea para gases y es especialmente silencioso. Otra variedad de la válvula de flujo axial es la válvula de manguito, que es accionada por conexión exterior del manguito a través de un fluido auxiliar a una presión superior a la del propio fluido. Se utiliza también para gases.

Válvula de manguito elástico válvula de seguridad válvula de retención

Válvula reductora de presión. CUERPO DE LA VALVULA. El cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin perdidas, tener un tamaño adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente a la erosión o a la corrosión producida por el fluido. El cuerpo y las conexiones a la tubería están normalizados de acuerdo con las presiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI. Cabe señalar los puntos siguientes:  Las conexiones roscadas se utilizan hasta 2”  Las bridas pueden ser planas, con resalte, machihembradas, machihembradas con junta de anillo.  Las conexiones soldadas pueden ser con encaje o con soldadura a tope. Las primeras se emplean para tamaños de válvulas hasta 2” y las segundas desde 2 ½” hasta tamaños mayores.

El cuerpo suele ser de hierro, acero y acero inoxidable y en casos especiales los materiales pueden ser de Money, hastelloy B oC etc. Todos los tipos de accesorios de hierro fundido y hierro dúctil y cuerpos de válvulas para agua, drenaje y otros usos se producen en la Fundición de Hierro. Además, se fabrica fundición especial para diversas aplicaciones. Los accesorios de tuberías se vacían en moldes estáticos, en diámetros de 4" a 64" y de 100mm a 1600mm. Varias naves de producción equipadas con maquinaria para fabricar moldes proporcionan los medios de producción. Un taller de modelos está completamente equipado para la fabricación de modelos de madera y de metal. El proceso de vaciado se inicia con modelos fabricados de acuerdo con la configuración del objeto deseado. La arena de molde mezclada con arcilla o aglutinantes químicos se

compacta alrededor del modelo con equipo especial de apisonado. El modelo se dibuja dejando una cavidad con la forma del modelo. Se insertan núcleos moldeados para la forma interna. Dos mitades de molde se cierran y se vierte hierro fundido dentro de la cavidad del molde. Después de que haya tomado lugar la solidificación, la pieza vaciada se separa de la arena, se limpia y se maquina según se requiera. El hierro para los accesorios puede ser fundido en frío en tres hornos de inducción de 22 toneladas métricas sin núcleo o puede entregarse líquido a la fundición. Este hierro se controla químicamente para satisfacer los varios niveles de resistencia que exigen las normas actuales de fabricación.

Vaciado de hierro para fabricación Accesorios de válvulas de válvulas en moldes de arena.

CUERPO DE LA VALVULA En Cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin perdidas, tener un tamaño adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente a la erosión o la corrosión.

Material Bronce Hierro fundido

Presión nominal lb 150 300 125 250

Acero Inoxidable 18/8: C 0.08%, Mn 1.5%, P 0.04%, Si 2 %, S 0.04%, Cr 18-21, Ni 8-11 Acero al carbón: C 0.3%, Mn 1%, P 0.05%, Si 0.6 %, S 0.06% En aquellos procesos donde el fluido es un agente químico corrosivo para el metal, se emplean cuerpos para válvulas con materiales termoplásticos como: Cloruro Polivinilo PVC Polipropileno PP Fluoruro Polivinilideno PVDF Cloruro Polivinilo Clorinado PCVC Polipropileno Fibra de Vidrio PPG TAPA DE LA VALVULA. La tapa de la válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo de la válvula al servomotor. A su través desliza el vástago del obturador accionado por el motor. Este vástago dispone generalmente de un índice que señala en una escala de posición de apertura o de cierre de la válvula. Para que el fluido no escape a través de la tapa es necesario disponer una caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal debe ser elástica, tener un bajo coeficiente de rozamiento, ser químicamente inerte y ser un aislante eléctrico, con el fin de no formar un puente galvanizo con el vástago que dé lugar a una corrosión de partes de la válvula. La empaquetadura que se utiliza normalmente es de teflón cuya temperatura máxima de servicio es de 220º C. A temperatura superiores o inferiores a este valor es necesario o bien emplear otro material o bien alejar la empaquetadura del cuerpo de la válvula para que se establezca así un gradiente de temperaturas entre el fluido y la estopa y esta última pueda trabajar satisfactoriamente. La empaquetadura normal no proporciona un sello perfecto para el fluido, esta empaquetadura suele ser de aros de teflón que es auto lubricante y no necesita engrase. Cuando el fluido y las condiciones de servicio no permiten el empleo aislado de teflón se utiliza grafito en forma de filamento, laminado y cinta. En el caso de fluidos corrosivos, tóxicos, radiactivos, o muy valiosos hay que asegurar un cierre total en la estopada. La estanqueidad lograda es tan perfecta que las posibles fugas sólo pueden detectarse con un espectrómetro de masas.

PARTES INTERNAS DE LA VALVULA, OBTURADOR Y ASIENTOS. Como partes internas de la válvula se consideran generalmente las piezas metálicas internas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vástago, la empaquetadura, el collarín de lubricación en la empaquetadura, los anillos de guía del vástago, el obturador y el ciento o los asientos. Hay que señalar que el obturador y el asiento constituyen el “Corazón de la válvula “al controlar el caudal gracias al orificio de paso variable que forman al variar su posición relativa, y que además tienen la misión de cerrar el paso del fluido.

MATERIALES. El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable porque este material es muy resistente a la corrosión y a la erosión del fluido. Cuando la velocidad del fluido es baja, pueden utilizarse PVC, fluoruro carbonos y otros materiales blandos, solos o reforzados con fibras de vidrio o grafito. El obturador determina la característica de caudal de la válvula; es decir, la relación que existe entre la posición del obturador y el caudal de paso del fluido

APLICACIONES:

Plantas de proceso químico.

Proceso en plantas de bebidas, cervecerías, refrescos, vitivinícolas, etc.

Líneas de conducción de agua de riego, potable y tratadas.

Estaciones de bombeo, de riego, potable y tratadas.

Plantas siderúrgicas, mineras, sistemas aire acondicionado. Sistemas Plantas de proceso de de vacío. aguas industriales.

Plantas generadoras de energía eléctrica.

Plantas de proceso petroquímico.

Proceso en plantas alimenticias.

EMPAQUES Tipos de empaquetaduras: 1) Teflón V (anticorrosión). 2) Perfluoelastómero con anillos de teflón rellenos con fibras de grafito. 3) Grafito con filamento o laminado o en cinta.

PTFE: politetrafluoretileno o Teflón

OBTURADOR / ASIENTO El obturador y los asientos se fabrican de: Acero inoxidable, Hastelloy, Monel, Stellite, 17-4PH endurecido y materiales termoplasticos.

CARACTERÍSTICA DE CAUDAL INHERENTE Apertura rápida: El caudal aumenta mucho al principio de la Carrera llegando rápidamente al máximo. Lineal: El caudal es directamente proporcional a la carrera. Isoporcentual: Cada incremento de la carrera del obturador produce un cambio en el caudal que es proporcional al caudal que fluía antes de la variación. Otras curvas características son: parabólica, tajadera, mariposa y bola.

Porcentaje de Caudal Porcentaje de carrera de la válvula ESQUEMA DEL PROCESO DE INSTALACIÓN:

En tubería horizontal, la válvula debe de instalarse con el eje - flecha en posición vertical.

CARACTERISTICAS DE CAUDAL EFECTIVO En la mayor parte de las válvulas que trabajan en condiciones reales, la presión diferencial cambia cuando varía la apertura de la válvula.

F  FFricción   A  P  F - Fuerza requerida para cerrar la válvula. A - Área de paso del asiento. ΔP - Presión diferencia a través de la válvula. FFricción - Fricción permitida para el vástago del obturador

De modo general, el caudal que pasa por la válvula corresponde a la ecuación:

Qv  K  A  P Donde Qv es el caudal a tráves de la válvula y K es una constante.

CAPACIDAD DE UNA VALVULA DE CONTROL En las válvulas de control ajustables los coeficientes Cv o Kv representan una relación de 100:1. En estas Válvulas se limita en un valor ajustable la carrera del obturador con lo que se reduce el valor de Cv o Kv.

Diagrama de bloques, en donde M(s) es la posición del vástago de la válvula, A(s) es el flujo del fluido de proceso producido por la ubicación instantánea del vástago. 3

Kv Flujo en m /h, Europa Cv Flujo en galones por minuto GPM, EUA 3

Av Flujo en m /s, Equivalencia: 3

Kv =0.86 Cv (m /h) Cv =1.16 Kv (GPM)

RUIDO EN LAS VALVULAS DE CONTROL En las industrias de proceso intervienen muchos factores que contribuyen al mantenimiento de altos niveles de ruido, entre los cuales, uno de los más importantes es el generado durante el funcionamiento de las válvulas de control instaladas en las tuberías que transportan líquidos, gases y vapor. Las leyes y normas industriales obligan a la reducción del ruido sobre un nivel admisible.

Causas del ruido Vibración mecánica. Es debida a las fluctuaciones de presión casuales dentro del cuerpo de la válvula y al choque de fluido con las partes móviles. Otra causa, es la resonancia de un componente vibrando a su frecuencia natural. Ruido Hidrodinámico. Es producido por los líquidos al circular a través de la válvula, pudiendo encontrarse en varios estados: Sin cavitación, con cavitación y con vaporización. Se encuentra una banda estrecha L sin emisión de sonido, sigue una banda T con ruido moderado y un campo crítico Z1-Z2 donde se pueden provocar daños importantes en las válvulas. Ruido aerodinámico. Proviene del flujo turbulento del vapor, del aire y otros gases, siendo despreciable en los líquidos. Se produce por obstrucción en el flujo, expansión rápida o deceleración por codos o curvas en la tubería.

Daños por cavitación en las partes internas de una válvula.

CAVITACION La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un rápido desgaste de la superficie que origina este fenómeno.

La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido. Estas pueden disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse metalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie, provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras sobre la superficie sólida. El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones, dando la impresión de que se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la máquina

PERDIDA DE PRESION DEBIDO A VAVULAS

Válvulas básicas sin accesorios Modelo

Serie 511 - Sólo para funciones de apertura y cierre manual o eléctrico. Para trabajar a presiones entre 1,5 y 10 kg/cm2. Fabricada de bronce y 511 hierro fundido con protección epoxy. Va equipada con una toma de control. Conexión con rosca hembra BSP.

Serie 811 - Para todas las funciones de apertura y cierre, regulación de presión, caudal, etc. Para trabajar a presiones entre 0,8 y 8 kg/cm2. Como opción se puede equipar con manguito elástico tipo (A) para trabajar a presiones entre 3 y 16 kg/cm2. Fabricada de aluminio con protección epoxy. Va equipada con un filtro autolimpiante y tres tomas de contro. Conexión con rosca hembra BSP.

811Al 811Al 811Al (A) 811Al (A)

Cone Ø xión

1"

0,9

2" 3"

1,7 3,7

2" 3"

1,7 3,7

Serie 699 - Para todas las funciones de apertura y cierre, regulación de presión, caudal, etc. Para trabajar a presiones entre 1,5 y 16 kg/cm2. Fabricada de aluminio con protección epoxy. Va equipada con un filtro autolimpiante y tres tomas de control. Conexión tipo wafer para montar entre bridas. Como opción se puede equipar con manguito elástico tipo (F) para trabajar a presiones entre 0,8 y 3 kg/cm2.

699 699 699 699

3" 4" 6" 8"

699(F) 699(F) 699(F) 699(F)

3" 4" 6" 8"

Serie 599 - Para todas las funciones de apertura y cierre, regulación de presión, caudal, etc. Para trabajar a presiones entre 1,5 y 16 kg/cm2. 599 Fabricada de hierro 599 fundido con protección epoxy. Serie wafer, para montar entre bridas. Va equipada con un filtro autolimpiante y tres tomas de control.

Válvula para contralavado de filtros

10 " 12 "

2,5 4,5 9,0 18, 0 2,5 4,5 9,0 18, 0

41, 0 54, 0

Serie 851 - Especial de tres vías para poder hacer el contralavado de filtros de arena. Para trabajar a presiones entre 1,5 y 16 kg/cm2. Fabricada de hierro fundido con 851-2 protección epoxy. Conexión de los extremos 851-3 en rosca hembra BSP (2") o vic (3" y 4") y la salida ODBF-4 central de desagüe en rosca hembra. La válvula de 4" va equipada con un acelerador especial para incrementar su velocidad de apertura y cierre.

2"x 5,0 1 1/2 " 10, 3"x 0 2" 4"x 3"

13, 5

Cuando un flujo se desplaza uniformemente por una tubería recta larga y de diámetro constate, la configuración del flujo indicada por la distribución de la velocidad sobre el diámetro adopta una forma característica .cualquier obstáculo en la tubería cambia la dirección de la corriente en forma total o parcial ,altera la configuración característica de flujo y ocasiona turbulencia ,causando una pérdida de energía mayor que la que normalmente se produce en un flujo por una tubería recta .ya que las válvulas en una línea de tubería alteran la configuración de flujo ,producen una pérdida de presión adicional.

La pérdida de presión total producida por una válvula consiste en:

 la pérdida de presión dentro de la válvula.  la perdida de presión en la tubería de entrada es mayor de la que se produce normalmente si no existe válvula en la línea, este efecto es pequeño.  la perdida de presión en la tubería de salida es superior a la que se produce normalmente si no hubiera válvula en la línea, este efecto puede ser muy grande.  Desde el punto de vista experimental es difícil medir las 3 caídas por separado .sin embargo, su efecto combinado en la cantidad deseada y puede medirse exactamente con métodos bien conocidos.

SIMBOLOGIA

CLUSTER En los procesos industriales es común controlar el flujo de varias tuberías a través de un nodo o matriz de válvulas de 4 o 5 vías. Las matrices de válvulas se encuentran comúnmente en las industrias de procesamiento de bebidas, cerca de las etapas de almacenamiento en tanques y cisternas. Cabe señalar que en este tipo de industrias es obligatorio el uso de acero inoxidable en todo el proceso.

ACTUADORES La operación de una válvula de control involucra posicionar las partes movibles (obturadores) relativamente al asiento estacionario de la válvula. El propósito del actuador de una válvula es colocar con precisión el obturador en una posición marcada por la señal de control. El actuador recibe la señal de un sistema de control, y en respuesta mueve la válvula a una posición totalmente abierta, totalmente cerrada o a una posición intermedia, dependiendo del control usado (ON/OFF o Continua). Los actuadores principales son de tipo neumático y eléctrico. Otros sistemas de actuadores son hidráulicos y de acción directa.

ACTUADORES NEUMATICOS

Son comúnmente usados en válvulas de control y vienen en dos sistemas: • •

Actuador de pistón Actuador de diafragma

Actuador de pistón. Se usan cuando la carrera del vástago es muy corta. El aire comprimido se aplica a un pistón, al interior de un cilindro sólido. El pistón puede ser simple o de doble acción. Pueden resistir altas presiones de entrada en cilindros de volumen pequeño, y responder a alta velocidad.

Actuador de diafragma. El aire comprimido se aplica sobre una membrana flexible o diafragma, cuya área es constante a través de la carrera del vástago. Este actuador es de acción simple, donde el aire se suministra de un solo lado. Pueden ser de acción directa (resorte para retraer) o de acción reversa (resorte para extender).

La elección de un actuador neumático de diafragma de acción directa o de acción reversa depende de la naturaleza del proceso y de los requerimientos de seguridad. Tiene sentido que en caso de falla del suministro de aire, usar válvulas de cierre en procesos de vapor y usar válvulas de apertura en procesos de enfriamiento. En consecuencia se debe considerar la combinación de actuador y tipo de válvula.

POSICIONES Para muchas aplicaciones una presión de 0.2 a 1 bar en la cámara del diafragma puede no ser suficiente para sobrellevar la fricción y la presión diferencial. Un sistema de control de alta presión y resortes resistentes puede ser usado, sin embargo en la práctica se recurre al uso de posicionadores. El posicionador es un dispositivo adicional que se une a los pilares del actuador y que es vinculado al eje del actuador por un brazo retroalimentado, con la intensión de monitorear la posición.

POSICIONADORES DIGITALES Algunas veces llamados posicionadores SMART, un posicionador digital monitora la posición de la válvula y convierte esta información en forma digital, que mediante un microprocesador se puede lograr: 1) alta precisión en la posición de la válvula, 2) adaptabilidad en los cambios de control. 3) sistemas de rutina para auto ajuste y calibración. 4) diagnostico en línea y monitoreo centralizado mediante sistemas de comunicación en protocolos HART, Fieldbus o Profibus.

ACTUADOR ELECTRICO Los actuadores eléctricos utilizan un motor con requerimientos de voltaje de: 230 Vac, 110 Vac, 24 Vac y 24 Vdc. Existen dos tipos de actuadores eléctricos: VMD Valve MotorDrive y Modulado

Vmd Opera en tres estados: Control para cerrar la válvula, Control para abrir la válvula y Sin movimiento. Un switch extermo conmuta los estados de operación del sistema VMD. Un controlador posiciona la válvula en cierre y abertura, por un cierto tiempo asegurando que logra la posición deseada por retroalimentación.

Modulado Un circuito de posicionamiento debe ser incluido en el modulador del actuador, el cual acepta una señal de control análoga (típica 0-10V o 4-20 mA). El actuador interpreta esta señal como Una posición de la válvula entre los límites, para lograrlo en actuador posee un sensor de posición (usualmente un potenciometro), el cual retroalimenta la posición de la válvula al circuito. Los actuadores eléctricos ofrecen fuerzas especificas, que dependerán del modelo. Es deseable consultar las hojas técnicas del fabricante en la presión diferencial a través de la válvula para determinar el tamaño del actuador. Una limitación de los actuadores eléctricos es su respuesta lenta en la velocidad de movimiento de la válvula, que puede llegar a ser de 4 seg/mm.

CONTROLADOR El controlador recibe una señal, toma la acción que sea necesaria y envía una señal al actuador para que realice un movimiento. La mayoría de los controladores se basan en electrónica digital, microprocesadores, PLC y PC. Algunos de los ejemplos típicos de control son: Controlador de lazo simple. Opera una válvula y actuador desde un sensor. Controlador de lazo múltiple. Puede operar más de una válvula y actuador desde varios sensores. Entrada y salida simple. Puede aceptar la señal de un solo sensor y enviar la señal a un solo actuador. Entradas y salidas múltiples. Puede aceptar varias señales y enviar varias señales. Tiempo Real. Puede incluir un temporizador para interrupción a un tiempo predeterminado. Lapso de tiempo. Puede generar una interrupción para un tiempo o lapso predeterminado, antes o después de la señal de paro y arranque de la planta. Rampa y escalón. Sigue un patrón de secuencia en cambio y mantenimiento.

SELENOIDE  Convierte una señal eléctrica en un desplazamiento lineal  Al pasar una corriente por la bobina se produce un campo magnético que desplaza la varilla interna.  La varilla puede estar fija a un resorte interno o libre.  ƒ Se emplean para la producción de fuerzas instantáneas.

Servomotor Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posición. Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su uso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.

Características Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, tiene un consumo de energía reducido. La corriente que requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante indica cual es la corriente que consume. La corriente depende principalmente del par, y puede exceder un amperio si el servo está enclavado, pero no es muy alto si el servo está libre moviéndose todo el tiempo. En otras palabras, un servomotor es un motor especial al que se ha añadido un sistema de control (tarjeta electrónica), un potenciometro y un conjunto de engranajes. Con anterioridad los servomotores no permitían que el motor girara

360 grados, solo aproximadamente 180; sin embargo, hoy en día existen servomotores en los que puede ser controlada su posición y velocidad en los 360 grados. Los servomotores son comúnmente usados en modelismo como aviones, barcos, helicópteros y trenes para controlar de manera eficaz los sistemas motores y los de dirección.

Control Los servomotores hacen uso de la modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar la dirección o posición de los motores de corriente continua. La mayoría trabaja en la frecuencia de los cincuenta hercios, así las señales PWM tendrán un periodo de veinte milisegundos. La electrónica dentro del servomotor responderá al ancho de la señal modulada. Si los circuitos dentro del servomotor reciben una señal de entre 0,5 a 1,4 milisegundos, este se moverá en sentido horario; entre 1,6 a 2 milisegundos moverá el servomotor en sentido antihorario; 1,5 milisegundos representa un estado neutro para los servomotores estándares.

MOTOR PASO A PASO  Convierte la señal eléctrica en giros controlados.  La aplicación de pulsos de tensión sobre los arrollamientos da lugar a campos magnéticos que tienden a alinearle imán (rotor) produciendo un giro controlado.

BOMBAS Bombas centrífugas  Elemento final utilizado para aumentar la presión sobre un fluido y en consecuencia, hacerlo circular por canalizaciones.  Partes constitutivas fundamentales. Ojo de succión: Orificio central de entrada del fluido. Impulsor : Disco que posee vanos o estrías radiales por las que circula el fluido despedido hacia su periferia Teorema de Bernoulli Periferia del impulsor Presión en el orificio central

⇒ ⇒ ⇒

Mayor velocidad en la menor presión ⇒mayor fluido circulando desde el Orificio central hacia el exterior

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO

Elemento final que moviliza de forma periódica un volumen fijo de fluido. Partes constitutivas fundamentales.

Cilindro: Cavidad en la que se aloja el volumen de fluido a circular. Pistón: Parte móvil solidaria con un actuador externo que se introduce y se retira periódicamente en el cilindro. Válvula de entrada: Permite la entrada del fluido en el cilindro al retirarse el pistón. Válvula de salida: Permite la salida del fluido del cilindro al introducirse el pistón en este. Por su propia construcción no admiten fluidos con sólidos en suspensión.

BOMBAS PERISTÁLTICAS Un rotor contrae y libera al mismo tiempo un conducto flexible haciendo que su contenido avance (sistema peristáltico)

Ventajas  Ningún contacto del producto con el órgano bombearte.  Reversibilidad del flujo sin variación de caudal.  Idoneidad para el bombeo de productos con cuerpos sólidos en suspensión hasta el 40% del diámetro interno.  Posibilidad de trasiego de productos frágiles o contaminantes.

NORMATIVIDAD INDUSTRIAL

MARCAS

CONCLUSIONES La industria debe en gran parte sus avances, gracias a elementos como los anteriormente nombrados y sus mejoras continuas; ya que son estos los que pueden llegar a optimizar un sistema, haciéndolo más o menos eficiente. Pero también se debe tener en cuenta que un instrumento puede ser muy bueno, pero que tal rendimiento también va enfocado al fin al cual se destine el mismo.

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