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• Fabian Manrique

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Elementos Finales de Control

Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” Vice-Rectorado Puerto Ordaz Tirso Manrique C.I: 20505839 Escuela de Ingeniería Eléctrica. Instrumentación 

Resumen— En la mayor parte de los procesos industriales aparecen lazos de control formados por tres elementos típicos: transmisor, regulador y válvula. Actuando conjuntamente garantizan una operación controlada y eficiente de la planta junto con otros equipos automáticos. Los avances de la electrónica en la instrumentación industrial han ido desplazando a la neumática clásica que fue pionera en la automatización. Más recientemente la incorporación de la electrónica digital permite usar transmisores inteligentes, sistemas de control distribuido y avanzado optimizando, aún más, los procesos de producción. Todas estas novedades, que se desarrollan a alta velocidad, concentran la atención de los ingenieros de control a la hora de definir y diseñar los sistemas, dedicando menos tiempo y atención a las válvulas de control. A diferencia de otros instrumentos, la válvula de control está siempre modulando energía y es pieza clave que puede minimizar la eficacia de un sistema de control sofisticado y caro. Es por esto la necesidad de elevar el nivel de exigencia en los criterios de selección de las válvulas de control para lo que se requiere una mayor formación y conocimiento de su tecnología, que también ha evolucionado en los últimos años como consecuencia de un mayor conocimiento de los fenómenos físicos que tienen lugar en plantas donde se trabaja a altas presiones y temperaturas, los nuevos materiales disponibles y la mejora en los sistemas de cálculo. En cuanto a constitución mecánica, las válvulas de control tienen las mismas configuraciones que las válvulas manuales, es decir, pueden ser del tipo: • Globo o asiento. • Mariposa. • Bola. • Compuerta. • Macho. • Diafragma entre otros. Dentro de las válvulas de control se podrían distinguir dos tipos en función del tipo de control: 

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• Válvulas Todo-Nada • Válvulas de Control. La principal diferencia entre una y otra, es que la primera solamente actúa en dos posiciones, o abierta o cerrada y se suele utilizar en controles on-off. La segunda se utiliza para el control continuo de procesos y está continuamente modulando y buscando la posición de equilibrio requerida por el sistema. I. INTRODUCCIÓN

Los elementos finales de control son los dispositivos encargados de transformar una señal de control en un flujo de masa o energía (variable manipulada). Es esta variable manipulada la que incide en el proceso causando cambios de la variable controlada. Lo más común en procesos es que la manipulación sea un caudal. Para ajustar el flujo de fluidos en una línea existen primariamente dos mecanismos:  Modificar la energía entregada al fluido (bombas y ventiladores de velocidad variable)  Modificar la resistencia al paso del fluido (válvulas, registros en ductos de gases) De los diversos elementos finales de control, el de más amplia difusión es la válvula automática con actuadores neumáticos o eléctricos. II. MARCO TEÓRICO A. ELEMENTOS FINALES DE CONTROL Los elementos finales de control son dispositivos que directamente cambian el valor de la variable manipulada, constan generalmente de dos partes, la primera es un actuador que convierte la señal de controlador en un comando para el dispositivo generador y la segunda es un mecanismo para ajustar la variable manipulada. En conjunto con el actuador que lo opera, recibe señales del sistema de control para modificar el flujo de masa o energía al proceso. B. Tipos de elementos finales de control Los tipos de elementos finales de control más comunes son: A)- Válvulas de control. B)- Variadores de frecuencia.

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C)- Motores eléctricos. D)- Servoválvula. E)- Relé. F)- Calefactores con carácter eléctrico. De todos estos tipos, las válvulas de control representan un 95% o más de todas las aplicaciones en que interviene un elemento final de control (último componente de un lazo de control).

Desde el punto de vista estático el actuador es moderadamente lineal y la dinámica más significativa es la de llenado del cabezal con una constante de tiempo del orden de los segundos. El cuerpo carece de retardo y la ganancia viene determinada por la característica de flujo como se verá.

A) VÁLVULAS DE CONTROL La válvula de control es básicamente un orificio variable por efecto de un actuador. Constituye el elemento final de control en más del 90 % de las TIPOS DE VÁLVULAS aplicaciones industriales. En la figura siguiente se ve Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el una válvula globo con un actuador neumático de diseño del cuerpo y el movimiento del obturador diafragma en donde se indican las diversas piezas que la constituyen.

Clasificación de los Tipos de Válvulas Control B) VARIADORES DE FRECUENCIA Un variador de frecuencia (siglas VFD, del inglés: Variable Frequency Drive o bien AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frecuencia son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, Actuador: recibe la señal de controlador y la microdrivers o inversores. transforma en un desplazamiento (lineal o rotacional) merced a un cambio en la presión ejercida sobre el diafragma.

Esta válvula utiliza una señal externa que puede ser neumática o eléctrica y posteriormente transformada en una de tipo neumática que incide el cabezal. Estos elementos los podemos considerar constituidos por dos partes: 

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Cuerpo: el diafragma está ligado a un vástago o eje que hace que la sección de pasaje del fluido cambie y con ésta el caudal.

Con un diagrama en bloques se puede representar a la válvula como un sistema en serie.

Variadores de Frecuencia

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C) MOTORES ELÉCTRICOS Es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor. Son utilizados en infinidad de sectores; instalaciones industriales, comerciales, particulares; como ventiladores, teléfonos, bombas, máquinas herramientas, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas y unidades de disco.

Motor eléctrico

Relé F) CALEFACTOR CON CARÁCTER ELÉCTRICO Un calefactor eléctrico es un dispositivo que produce energía calorífica a partir de la eléctrica. El tipo más difundido es el calefactor eléctrico "resistivo", donde la generación del calor se debe al Efecto Joule. Otros calefactores eléctricos menos conocidos son los "termoeléctricos", que intercambian calor mediante un sistema más complicado: el Efecto Peltier.

D) SERVO VÁLVULAS Las servo válvulas son accionadores de tipo neumático o hidráulico que conectando o más vías por las que circula un fluido. La diferencia con las válvulas es que estas son de tipo todo o nada, mientras que las servo válvulas tienen la posibilidad de controlar la presión o el caudal.

Calefactor con carácter eléctrico III.

Servo válvulas E) RELÉ El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.

CONCLUSIÓN

El elemento final de control es aquel que finalmente modifica alguna característica del proceso según lo ordenado por el controlador. Dependiendo del tipo de proceso y de los objetivos, se tienen una variedad de estos elementos. Desde dispositivos que reciben señales de control del tipo discreto hasta otros que actúan regulando la variable de interés dentro de cierto rango como por ejemplo el flujo de un fluido a través de una válvula de control, la velocidad de un motor por medio de un variador de velocidad o la temperatura de un horno eléctrico utilizando una resistencia calefactora. REFERENCIAS [1] www.wikipedia.com

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[2] Instrumentación y control básico de procesos. Libro de José Acedo Sánchez. 2006 [3] Instrumentación industrial. Libro de Antoni Creus Solé. 1997