ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

Los elementos finales de control son los dispositivos encargados de transformar una seal de control en un flujo de masa o energa (variable manipulada). Es esta variable manipulada la que incide en el proceso causando cambios de la variable controlada. Lo ms comn en procesos es que la manipulacin sea un caudal. Para ajustar el flujo de fluidos en una lnea existen primariamente dos mecanismos: Modificar la energa entregada al fluido (bombas y ventiladores de velocidad variable) Modificar la resistencia al paso del fluido (vlvulas, registros en ductos de gases)De los diversos elementos finales de control, el de ms amplia difusin es la vlvula automtica con actuadores neumticos o elctricos.

La vlvula de controlLa vlvula de control es bsicamente un orificio variable por efecto de un actuador. Constituye el elemento final de control en ms del 90 % de las aplicaciones industriales. En la figura siguiente se ve una vlvula globo con un actuador neumtico de diafragma en donde se indican las diversas piezas que la constituyen.

Esta vlvula utiliza una seal externa que puede ser neumtica o elctrica y posteriormente transformada en una de tipo neumtica que incide el cabezal.Estos elementos los podemos considerar constituidos por dos partes:

Actuador: recibe la seal de controlador y la transforma en un desplazamiento (lineal o rotacional) merced a un cambio en la presin ejercida sobre el diafragma.

Cuerpo: el diafragma est ligado a un vstago o eje que hace que la seccin de pasaje del fluido cambie y con sta el caudal.

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

Desde el punto de vista esttico el actuador es moderadamente lineal y la dinmica ms 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 caracterstica de flujo como se ver.

Especificacin de vlvulasEspecificar una vlvula de control implica determinar las caractersticas de:

Cuerpo e internos: indicando el tipo, material y serie que se fija de acuerdo al servicio que debe prestar. Tambin hay que indicar el dimetro que est relacionado con la capacidad y a esto se lo denomina dimensionamiento. Por ltimo, algunos tipos de vlvula permiten elegir la caracterstica de Flujo.

Actuador: una vez conocidos los detalles del cuerpo se debe elegir el tipo de motor (neumtico de cabezal o pistn, elctrico, etc.), la accin ante falla y el tamao.

Accesorios: corresponde a elementos adicionales como transductores I/P o V/P, volante para accionamiento manual, posicionador, etc.

Tipos de vlvulas de controlExisten diversos tipos de cuerpos, que se adaptan a la aplicacin. Los que ms se emplean en la prctica industrial se muestran en la tabla siguiente. Tericamente el tipo debe adoptarse en funcin de las necesidades del proceso, aunque a veces hay razones, econmicas por ejemplo, que obligan a usar un tipo aunque ste no sea el ms adecuado.

ACTUADORESSe denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado, modificando los estados de un sistema. Su funcin es generar el movimiento de los elementos segn las rdenes dadas por la unidad de control. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar un elemento final de control, transformando la energa de entrada en energa de salida utilizable para realizar una accin. Los actuadores generan una fuerza a partir de lquidos, de energa elctrica o gaseosa, por este motivo se requieren de dispositivos que realicen funciones de fuerza, movimiento, estabilidad, control de fluidos, temperatura o seales de alarma.

Criterios de SeleccinPara cada tipo de carga existe un determinado tipo de actuador, segn se trate de un circuito de iluminacin, de un motor o de una vlvula, habr un actuador correspondiente para el funcionamiento del sistema.

La seleccin est en funcin de la aplicacin. Es necesario conocer si el tipo de control del proceso es de interrupcin, regulacin o rotacin. Los actuadores son de distintas formas segn el tipo de montaje que se quiera realizar.Para la seleccin se debe tener en cuenta factores como:

Potencia Controlabilidad Peso y volumen Precisin Velocidad Mantenimiento Costo

En general cuando se va automatizar un sistema la seleccin puede darse as:

Cuando se necesita mover, desplazar o soportar algn peso, para ello, se requiere de actuadores de movimiento como lo son: Los motores pas a paso, de corriente continua y de corriente alterna.

Cuando se trabaja con lquidos se utilizan motobombas y electrovlvulas.

En los procesos en los cuales, es importante utilizar un indicador que informe el estado de cada etapa, para ello se pueden utilizar alarmas e indicadores luminosos.

Para el control de temperatura se utilizan resistencias, ventiladores y extractores.

Entre los criterios ms importantes de seleccin para un actuador, se encuentran el tipo de seal, si es de corriente continua o de corriente alterna.

Tipos de actuadores

A continuacin se muestran diferentes drivers y circuitos para controlar y manejar diferentes tipos de Actuadores electrnicos.

Servomotor

Actuador mecnico en cualquier sistema de servomecanismo que tiene por objeto llevar al sistema a una lectura cero reduciendo a cero la seal de error.

Servomotores de CD

Los servomotores de cd son motores impulsados por una corriente que procede de amplificadores elctricos de cd o ca con demoduladores internos o externos, reactores saturables, tiratrones o amplificadores rectificadores controlados de silicio.

Los servomotores de cd son de muchos tamaos, desde .05 hp hasta 1000 hp.

Las caractersticas fundamentales que se deben buscar en cualquier servomotor de cd o ca, son las siguientes:

Que el par de salida del motor sea aproximadamente proporcional a su voltaje de control aplicado (desarrollado por el amplificador).

Que la direccin del par ste determinada por la polaridad instantnea del voltaje de control.

Se usan cuatro tipos de servomotores de cd, que son los ms importantes, los cuales son:

Motor de derivacin de campo controlado

Motor derivacin de armadura controlada

Motor serie

Motor derivacin de imn permanente o de excitacin de campo fijo

a) Servomotor de cd de campo controlado

El par que produce este motor es cero cuando el amplificador de error de cd no le suministra excitacin de campo.

Como la corriente de armadura es constante, el par vara directamente de acuerdo con el flujo del campo y tambin de acuerdo con la corriente de campo hasta la saturacin.

Si se invierte la polaridad del campo, se invierte la direccin del motor. El control de la corriente del campo mediante este mtodo se usa solo en servomotores muy pequeos, debido a que no es deseable suministrar una corriente de armadura grande y fija como la que se necesitara para los servomotores de cd.

Otra de las razones de su uso en servomotores pequeos es el hecho de que su respuesta dinmica es ms lenta que la del motor de armadura controlada, debido a la mayor constante de tiempo del circuito altamente inductivo del campo.

b) Servomotor de cd de armadura controlada

Este servomotor emplea una excitacin de campo de cd fija que suministra una fuente de corriente constante.

Este tipo de control, posee determinadas ventajas dinmicas que no tienen el mtodo de control de campo.

Un cambio sbito en el voltaje de armadura que ocasiones una seal de error provocara una respuesta casi instantnea en el par debido a que el circuito de armadura es esencialmente resistivo en comparacin con el circuito de campo altamente inductivo.

El campo de este motor se trabaja en forma normal bastante ms all del punto mximo de la curva de saturacin, para mantener el par menos sensible a pequeos cambios en el voltaje de la fuente de corriente constante.

Adems, un alto flujo en el campo aumenta la sensibilidad del motor al par para el mismo cambio pequeo de la corriente de armadura, representado de forma algebraica como:

Los motores de cd hasta de 1000 hp se impulsan de este modo mediante control de voltaje de armadura. Si la seal de error y la polaridad del voltaje de armadura se invierten, el motor invierte su direccin.

Instituto tecnolgico de Tlalnepantla

Ingeniera mecnica

Materia: instrumentacin y control

Prof.: Torres Lozano Jos Alfredo

Alumno: Ovando Aguilar Hugo EstebanNm. De Control: 11251189

Grupo: 1M6

Tema: trabajo elementos finales de control

Fecha de Entrega: 11-12-2014