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• pedro1405

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CAPITULO 4:

Instrumentación Elementos finales de control – Válvulas de control

Las válvulas de control juegan un papel muy importante dentro del bucle de regulación. Varían el caudal de fluído de control que modifica el valor de la variable medida. Se comportan como un orificio de área continuamente variable. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

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Se utilizan en: Control de flujo de gas, Control de flujo de líquidos, Control de presión, nivel, temperatura y muchos otros procesos. Las señales eléctricas de un controlador son señales de bajo nivel o intensidad por lo que se requiere el uso de relés, relevadores para su uso en control de potencia o amplificación y elementos de switching y posiblemente optoacopladores para aislamiento. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

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Definición: La norma ISA 5.1 sección 3.1.31 dice: “final control element: a device, such as a control valve, that directly controls the value of the manipulated variable of a control loop”

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Partes de una válvula: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Obturador: es la parte que realiza la interrupción física del fluido. Eje: es la parte que conduce y fija al obturador. Vástago, husillo. Asiento: Parte de la válvula donde el obturador hace contacto para el cierre. Empaquetadura del eje: elemento que permite el sellado del flujo. Juntas de cierre: permiten el cierre hermético del obturador. Cuerpo y tapa: es el envolvente de las partes internas de la válvula y retenedoras de la presión. Extremos: las partes que permiten la conexión con la tubería. Hay diferentes métodos. Pernos de unión: unen el cuerpo y la tapa. Accionamiento: mecanismo para accionar la válvula. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

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Tipos de válvulas Las podemos separar según la forma del cuerpo y el movimiento del obturador. Válvulas de movimiento lineal. Aquellas donde el obturador se mueve linealmente en dirección de su propio eje. Tenemos:
Válvula de globo.


Válvula de cuerpo partido


Válvula en ángulo


Válvula Saunders.


Válvula de tres vías


Válvula de compresión


Válvula de jaula
Válvula de compuerta
Válvula en Y UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

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Válvulas de globo El fluido entra y sube dentro del cuerpo de la válvula, es estrangulado por el embolo según qué tan abierta o cerrada se encuentre la válvula, y después baja el fluido hacia la salida de la válvula. Fuente: http://www.valvulasymedidores.com/valvulas_globo_de_globo.html

Las válvulas de globo son llamadas así por la forma esférica de su cuerpo. Si bien actualmente algunos diseños ya no son tan esféricos, conservan el nombre por el tipo de mecanismo. Fuente: http://www.valvias.com/tipo-valvula-de-globo.php

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Válvulas de globo Pueden ser de simple asiento, de doble asiento o de obturador equilibrado Simple asiento: Actuador de gran tamaño que cierre contra la presión diferencial. Doble asiento y obturador equilibrado: La fuerza desarrollada por la presión diferencial es menor por lo tanto se puede utilizar el principio en válvulas de gran tamaño con presiones diferenciales altas. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

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Válvulas de ángulo Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias. Es ideal para trabajar con fluidos que vaporizan, con grandes presiones diferenciales o con sólidos en suspensión.

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Válvulas de tres vías Se utiliza para la mezcla de fluidos o para derivar de un flujo de entrada a dos salidas (válvulas diversoras) Intervienen típicamente en el control de temperatura e intercambiadores de calor.

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Válvulas de jaula Consiste de un obturador cilíndrico que desliza en una jaula. La jaula crea mayor estabilidad por lo que el mecanismo es utilizado en válvulas de gran tamaño o para presiones diferenciales altas. La jaula protege en cierto modo al obturador por lo que son menos propensas al desgaste.

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Válvulas de compuerta Efectúa su cierre con un disco vertical plano y que se mueve de forma vertical al fluido. Por su disposición es ideal para controles todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Presenta poca resistencia al fluído cuando está en apertura total

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Válvulas en Y Es adecuada como válvula de cierre o control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja pérdida de carga y como válvula de control presenta gran capacidad de caudal. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.

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Válvulas de cuerpo partido Es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes. Facilita un flujo suave del fluído sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea para fluidos viscosos en la industria alimentaria.

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Válvulas Saunders El obturador es 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. El cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o de plástico para trabajar con fluidos agresivos.

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Válvulas de compresión Funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles. Proporcionan un óptimo control de posición de cierre parcial y se aplican en el manejo de fluidos negros corrosivos , viscosos o con partículas sólidas de suspensión.

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Válvulas de movimiento circular Aquellas donde el obturador se mueve de manera circular
Válvula

de obturador excéntrico rotativo.
Válvula de obturador cilíndrico excéntrico.
Válvula de mariposa.
Válvula de bola


Válvula

de orificio ajustable

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Válvulas de obturador excéntrico rotativo. Consiste de un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento rotativo excéntrico y que está unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles

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Válvulas de obturador cilíndrico excéntrico Tienen un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. Son de bajo costo y tienen una capacidad relativamente alta. Es adecuada para fluidos corrosivos con sólidos de suspensión.

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Válvulas de mariposa El cuerpo está formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. Un servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula está totalmente abierta. Se utiliza para control de grandes fluidos a baja presión.

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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 bola tiene un corte adecuado usualmente en V que gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. Se utiliza en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión.

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Válvulas de orificio ajustable El obturador consiste en una camisa de forma cilíndrica que está perforada con dos orificios uno de entrada y otro de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. Esta válvula es útil cuando no se requiere un cierre estanco.

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Cuerpo de la válvula. • Debe resistir a la temperatura y a la presión del fluido. • Debe tener un tamaño adecuado para el caudal que va a controlar. • Resistente a la erosión o la corrosión producidas por el fluido. • El cuerpo y las conexiones a las tuberías están normalizadas (DIN y ANSI) Las conexiones roscadas se utilizan hasta 2” Las bridas pueden ser planas o con resalte.

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El obturador determina la característica del caudal de la válvula. Relación posición – caudal. Cuando la presión diferencial es constante a través de la válvula se denomina característica de caudal inherente.

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La mayor parte de las válvulas que trabajan en condiciones reales, la presión diferencia cambia cuando cambia la apertura de la válvula. La curva de caudal inherente recibe el nombre de curva de caudal efectiva. La variación de la presión diferencial señalada depende de las combinaciones entre la resistencia de la tubería y las características de las bombas y tanques del proceso. Es evidente que una misma válvula instalada en procesos diferentes presentará curvas efectivas distintas.

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Modelo de sistemas dinámicos con válvulas.

Ecuaciones de flujo a través de las válvulas

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Instrumentación

Elementos finales de control – Válvulas de control Modelo de sistemas dinámicos con válvulas.

Ecuaciones de flujo a través de las válvulas

Donde Cv1 y Cv2 son los coeficientes de caudal de las válvulas respectivas y Gf la gravedad específica del líquido. Para la válvula 1 la diferencia de presión es:  = 1  − 2() Para la válvula 2 la diferencia de presión es:  = 2  − 3(), con p3 (t) = 0 ya que el flujo q2(t) está abierto al ambiente. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA