elementos finales de control
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Elementos finales de controlTRANSCRIPT
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ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
M. en C. Teth Azrael Corts Aguilar
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ELEMENTO FINAL DE CONTROL
Su funcin es recibir la seal del controlador y modificar el
caudal del fluido, afectando la variable de proceso.
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Contenido
1. Simbologa
2. Tipos de Vlvulas
3. Cluster
4. Normatividad Industrial
5. Partes de una Vlvula: Cuerpo, Tapa, Empaquetadura, Obturador /
Asiento.
6. Clculos de parmetros de la vlvulas
7. Actuadores y posicionador
8. Controlador
9. Ruido en vlvulas
10.Cavitacin
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Smbolos para
elementos finales
de control
Vlvula globo
http://www.isa.org/
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Vlvulas de globo Obturador de movimiento lineal
Las vlvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamao para su obturador de cierre en
contra de la presin diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presin del fluido es baja
y se precisa que las fugas en posicin de cierre sean mnimas. El cierre estanco se logra con
obturadores provistos de una arandela de tefln.
El la vlvula de doble asiento la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presin diferencial a travs
del obturador es menor que en la vlvula de simple efecto. Por este motivo se emplea en vlvulas de
gran tamao o bien cuando debe trabajarse con una presin diferencial alta. En posicin de cierre las
fugas son mayores que en vlvulas de simple asiento.
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Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la
erosin cuando sta es considerable por las caractersticas del fluido o por la excesiva presin
diferencial.
El diseo de la vlvula es idneo para el control de fluidos que vaporizan (flashing), para trabajar con
grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen slidos en suspensin.
Vlvulas de ngulo Obturador de movimiento lineal
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Vlvulas de jaula Obturador de movimiento lineal
Consiste en un obturador cilndrico que se desliza en una jaula con orificios adecuados a las
caractersticas del caudal deseadas en la vlvula. Se caracterizan por el fcil desmontaje del
obturador y porque ste puede incorporar orificios que permiten eliminar prcticamente el
desequilibrio de fuerzas producido por la presin diferencial favoreciendo la estabilidad del
funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en vlvulas de gran
tamao o bien cuando deba trabajarse con una alta presin diferencial. Como el obturador est
contenido dentro de la jaula, la vlvula es muy resistente a las vibraciones y al degaste. Por otro
lado, el obturador puede disponer de aros de tefln que, con la vlvula en posicin cerrada, asientas
contra la jaula y permiten lograr as un cierre hermtico.
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Vlvula de tres
vas mezcladora
Vlvula de tres
vas diversora
Este tipo de vlvulas se emplean generalmente para mezclar fluidos o bien para derivar de un flujo de
entrada dos de salida (vlvulas diversoras). Las vlvulas de tres vas intervienen tpicamente en el
control de temperatura de intercambiadores de calor y en industrias que requieren control de fluidos
higinicos.
Vlvulas de tres vas Obturador de movimiento lineal
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Vlvulas de compuerta Obturador de movimiento lineal
Est vlvula efecta su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve
verticalmente al flujo del fluido. Por su disposicin es adecuada generalmente para control todo-dada,
ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca
resistencia al flujo de fluido cuando est en posicin de apertura total.
Vlvula de guillotina
neumtica
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Vlvulas de compuerta Obturador de movimiento lineal
Es adecuada como vlvula de cierre y de control. Como vlvula todo-nada se caracteriza por su
baja prdida de carga y como vlvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una
caracterstica de autodrenaje cuando est instalada inclinada con un cierto ngulo. Se emplea
usualmente en instalaciones criognicas. Tambin se emplea en fluidos con slidos en suspensin o
muy viscosos.
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Vlvulas de cuerpo partido Obturador de movimiento lineal
Esta vlvula es una modificacin de la vlvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido
en dos partes entre las cuales est presionado el asiento. Esta disposicin permite una fcil
sustitucin del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se
principalmente para fluidos viscosos y en la industria de alimentos.
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En esta vlvula el obturador es una membrana flexible que a travs de un vstago unido a un
servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando as el paso del fluido.
La vlvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fcilmente de goma o de plstico para
trabajar con fluidos agresivos. Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser
muy potente. Se utiliza principalmente en procesos qumicos difciles, en particular en el manejo de
fluidos corrosivos o bien en el control de fluidos con slidos en suspensin.
Vlvulas de Saunders Obturador de movimiento lineal
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Vlvulas de compresin Obturador de movimiento lineal
Esta vlvula funciona mediante el pinzamiento de dos o ms elementos flexibles, por ejemplo, un
tubo de goma. Igual que las vlvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un ptimo
control en posicin de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos
corrosivos, viscosos o con partculas slidas en suspensin.
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Vlvulas de obturador
excntrico rotativo
Obturador de movimiento circular
Consiste en un obturador de superficie esfrica que tiene un movimiento rotativo excntrico y que
est unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles. El eje de giro sale al exterior del cuerpo y
es accionado por el vstago de un servomotor. El par de ste es reducido gracias al movimiento
excntrico de la cara esfrica del obturador. La vlvula puede tener un cierre estanco mediante
aros de tefln dispuestos en el asiento y se caracteriza por su gran capacidad de caudal,
comparable a las vlvulas de mariposa y a las de bola y por su elevada prdida de caga
admisible.
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Vlvulas de obturador
cilndrico rotativo
Obturador de movimiento circular
Esta vlvula tiene un obturador cilndrico excntrico que asienta contra un cuerpo cilndrico.
El cierre hermtico se consigue con un revestimiento de goma o tefln en la cara del cuerpo donde
asienta el obturador. La vlvula es de bajo costo y tiene una capacidad relativamente alta.
Es adecuada para fluidos corrosivos y lquidos viscosos o conteniendo slidos en suspensin.
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El cuerpo esta formado por un anillo cilndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. La
vlvula puede cerrar hermticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un
servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par mximo cuando la vlvula est
totalmente abierta siempre que la presin diferencial permanezca constante. En control todo-nada se
considera 90 y en control continuo 60, a partir de la posicin de cierre ya que la ltima parte del giro
es bastante inestable. En la seleccin de la vlvula es importante considerar las presiones diferenciales
correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una fuerza grande del
actuados para accionar la vlvula en caso de una cada de presin elevada.
Vlvulas de mariposa Obturador de movimiento circular
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Vlvulas de bola Obturador de movimiento circular
El cuerpo de la vlvula tiene una cavidad interna esfrica que alberga un obturador en forma de esfera
o de bola, la cual tiene un corte adecuado, usualmente en V, que fija la curva caracterstica de la
vlvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre estanco se logra con un
aro de tefln incorporado al cuerpo contra el cual asiente la bola cuando la vlvula est cerrada. En
posicin de apertura total, la vlvula equivale aproximadamente en tamao a 75% del tamao de la
tubera. La vlvula de bola se emplea principalmente en el control de caudal de fluidos negros o bien en
fluidos con gran porcentaje de slidos en suspensin.
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Vlvula piloto Obturador de movimiento circular
El obturador de esta vlvula consiste en una camisa de forma cilndrica que est perforada con dos
orificios, uno de entrada y otro de salida, 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 vlvula controlando as el caudal. La vlvula incorpora adems un tajadera
cilndrica que puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento
exterior. La tajadera puede as fijarse manualmente en una posicin determinada para limitar el caudal
mximo. La vlvula es adecuada en los casos en que es necesario ajustar manualmente el caudal
mximo del fluido, cuando el caudal puede variar entre lmites amplios de forma intermitente o continua
y cuando no se requiere un cierre estanco. Se utiliza para combustibles gaseosos o lquidos, vapor y
tiene amplia aplicaciones en la regulacin de presin o caudal de aire comprimido en sistemas
neumticos.
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Vlvula de flujo axial Obturador de movimiento circular
Las vlvulas de flujo axial permiten que la trayectoria del fluido sea en lnea recta. El vstago de la
vlvula desliza la barra del pistn, al cual a su vez controla el paso del fluido. Se utiliza para control
de grandes caudales de gas y lquidos. Tiene la ventaja de ser una vlvula silenciosa.
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En los procesos industriales es comn controlar el flujo de varias tuberas a travs de un nodo o
matriz de vlvulas de 4 o 5 vas.
Por ejemplo, los grupos de vlvulas se encuentran comnmente en las industrias de
procesamiento de bebidas, cerca de las etapas de almacenamiento en tanques y cisternas.
Cabe sealar que en este tipo de industrias es obligatorio el uso de acero inoxidable en todo el
proceso. Apego a normas de industria de alimentos y sanitaria.
Cluster de vlvulas
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NOM
NMX
Normas en la Industria
www.economia-noms.gob.mx/noms/inicio.do
Normalizacin Industrial: proceso para unificar criterios, establecer
estndares mnimos y conseguir la compatibilizacin de los elementos.
La norma es el conjunto de guas y preceptos, concebidos
metdicamente por un organismo, a fin de unificar criterios, dimensiones
y propiedades de los productos.
-
Founded in 1945, the International Society of Automation is a leading, global,
nonprofit organization that is setting the standard for automation by helping
over 30,000 worldwide members and other professionals solve difficult
technical problems, while enhancing their leadership and personal career
capabilities. Based in Research Triangle Park, North Carolina, ISA develops
standards; certifies industry professionals; provides education and training;
publishes books and technical articles; and hosts conferences and exhibitions
for automation professionals.
ISA
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American Petroleum Institute
American Society of Mechanical Engineers
American Water Works Association
Manufacturers Standardization Society of the Valves and Fittings Industry
British Standards Institution
Normas en la Industria
3-A Sanitary Standards
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Fabricantes
-
1. Identifique cada una de las siguientes vlvulas
Evaluacin
Vlvula de
Mariposa
Vlvula de
ngulo Vlvula de bola
Vlvula de
Saunders Vlvula de
globo
Vlvula de
compuerta
Vlvula de obturador
excntrico rotativo Vlvula de flujo
axial
-
Evaluacin
2. Para una empresa que se dedica a la instalacin de plantas de tratamiento de
aguas residuales y en su sistema implementa vlvulas. Cul de las siguientes
normas es apropiado que consulte de acuerdo a su giro?
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Discusin
5. En una aplicacin donde se requiera regular un caudal desde 5%
hasta 95 %, considerando condiciones ideales de presin.
Recomendara aplicar una vlvula de mariposa?
3. Cul es la ventaja principal de una vlvula de cuerpo partido?
4. Una vlvula de jaula puede ser mas estable que una vlvula de
globo?
Fcil mantenimiento del asiento y el obturador.
Si. La jaula prcticamente elimina el desequilibrio de
fuerzas producido por la presin diferencial favoreciendo
la estabilidad durante el funcionamiento de la vlvula.
No. Por que la vlvula de mariposa solo es estable en 60
de los 90 de movimiento del obturador.
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Material Presin nominal lb
Bronce 150
300
Hierro 125
fundido 250
Acero al carbn: C 0.3%, Mn 1%, P 0.05%, Si 0.6 %, S 0.06%
Acero Inoxidable 18/8: C 0.08%, Mn 1.5%, P 0.04%, Si 2 %, S 0.04%, Cr 18-21, Ni 8-11
En aquellos procesos donde el fluido es un agente qumico corrosivo para
el metal, se emplean cuerpos para vlvulas con materiales termoplsticos
como:
Cloruro Polivinilo PVC Polipropileno PP Fluoruro Polivinilideno PVDF
Cloruro Polivinilo Clorinado PCVC Polipropileno Fibra de Vidrio PPG
En Cuerpo de la vlvula debe resistir la temperatura y
la presin del fluido sin perdidas, tener un tamao
adecuado para el caudal que debe controlar y ser
resistente a la erosin o la corrosin.
Cuerpo de la vlvula
-
La tapa de control une el
cuerpo al servomotor, y en su
interior se desliza el vstago
del obturador accionado por el
motor.
Para que el fluido no se
escape a travs de la tapa es
necesario disponer una caja de
empaquetadura, la cual debe
ser elstica, soportar la
temperatura de trabajo, con un
bajo coeficiente de rozamiento,
qumicamente inerte y ser
dielctrico.
Tapa de la vlvula
-
Tipos de empaquetaduras:
1) Tefln V (anticorrosin),
2) Perfluoelastmero con anillos de
tefln rellenos con fibras de
grafito,
3) Grafito con filamento o laminado
o en cinta.
PTFE: politetrafluoretileno o Tefln
Empaquetadura
-
El obturador y los asientos se
fabrican de: Acero inoxidable,
Hastelloy, Monel, Stellite, 17-4PH
endurecido y materiales
termoplasticos.
Porcentaje de carrera de la vlvula
Po
rcen
taje
de
Cau
dal
Caracterstica de caudal inherente
Apertura rpida: El caudal aumenta mucho al principio de la
Carrera llegando rpidamente al mximo.
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
flua antes de la variacin.
Otras curvas caractersticas son: parablica, tajadera, mariposa y
bola.
Obturador / Asiento
-
Jaulas para vlvulas de globo
-
6. Qu significa usar una vlvula ANSI 150 o 300?
7. Qu tipos de empaquetaduras se utilizan en las vlvulas?
8. Cules son las respuestas caractersticas de un obturador / Asiento?
9. Qu propiedades debe poseer la caja de empaquetadura?
Evaluacin
Que el cuerpo de la vlvula cumple con una norma ANSI
para soportar una presin nominal de 150 a 300 lb
Bonete de tefln en V
Anillo de tefln
Anillo de grafito
Lineal
Isoporcentual
Rpida
Soportar la temperatura de trabajo, tener un bajo coeficiente
de rozamiento, ser qumicamente inerte y ser dielctrico.
-
Lquido Gas Vapor
Identificar el proceso
Temperatura
Lquido
Gravedad especifica
Viscosidad
Flujo
Coeficiente de Flujo Cv
Cada de presin
Presin de entrada
Saturacin Gas
Temperatura
Gravedad especifica
Datos del proceso
Datos de salida 1 de 2 conocidos
Flujo
Coeficiente de Flujo Cv
Cada de presin
Flujo
Coeficiente de Flujo Cv
Cada de presin
Tipo de obturador de vlvula previamente seleccionado
Clculo de parmetros de la vlvula
-
En la mayor parte de las vlvulas que trabajan en condiciones
reales, la presin diferencial cambia cuando vara la apertura de la vlvula,
PAFF Friccin F - Fuerza requerida para cerrar
la vlvula.
A - rea de paso del asiento.
P - Presin diferencia a travs de
la vlvula.
FFriccin - Friccin permitida para el
vastago del obturador
De modo general, el caudal que pasa por la vlvula corresponde a la ecuacin: PAKQv
Donde Qv es el caudal a trves de la vlvula y K es una constante.
Caractersticas de caudal efectivas
-
KcGc
KvGv
KpGp
+
-
M(s) A(s) C(s)
Controlador Vlvula Proceso
R
Diagrama de bloques, en donde M(s) es la posicin del vstago de la vlvula, A(s) es el flujo del fluido de
proceso producido por la ubicacin instantnea del vstago,
Definiciones:
Kv Flujo en m3/h, Europa
Cv Flujo en galones por minuto GPM, EUA
Av Flujo en m3/s,
En las vlvulas de control ajustables los coeficientes Cv o Kv representan una relacin de 100:1. En estas
Vlvulas se limita en un valor ajustable la carrera del obturador con lo que se reduce el valor de Cv o Kv
Equivalencia:
Kv =0.86 Cv (m3/h)
Cv =1.16 Kv (GPM)
Capacidad de un vlvula de control
-
Para determinar el tamao requerido de una vlvula se necesita conocer:
El flujo volumtrico a travs de la vlvula V La presin diferencial a trves de la vlvula P
El flujo o caudal de la vlvula se determina :
G
PKV v
PKV v
Donde Kv es el coeficiente de flujo, P es la presin diferencia a travs de la vlvula y G es la densidad relativa / gravedad especifica del proceso.
Si el proceso es Agua G=1 y la ecuacin anterior se simplifica:
Tamao de la vlvula
-
En un circuito se bombea 10 m3/h de agua, determine la cada de presin a travs de la
vlvula, con Kv=16.
PKV v
V=10m3/h y Kv=16, se despeja de la ecuacin anterior para P
barK
VP
v
39.016
1022
Ejemplo:
-
El agua que circula a travs de un sistema, incurrir en perdidas por friccin, estas perdidas
pueden expresarse como cadas de presin que incrementaran en proporcin cuadrtica la
velocidad, entonces el flujo puede calcularse por la siguiente relacin:
2
1
2
2
2
1
P
P
V
V
donde, V1 es el flujo para una perdida de presin P1 y
V2 es el flujo para una perdida de presin P2.
Ejemplo:
Se observa que el flujo V1 a travs de una tubera es de 2500 m3/h, cuando la cada de presin
P1 es de 4 bar. Determine la cada de presin P2 si el flujo V2 es 3500 m3/h.
barV
VPP 84.7
2500
35004
2
2
2
1
2
212
Tamao de la vlvula
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Evaluacin
Selecciona el tamao de vlvula correcto para las siguientes
aplicaciones:
10. Caudal mximo 150 000 l/h
Densidad 0.9
Temperatura 80C
Perdida de carga 5 bar
1 m3= 1000 l
Kv=
Cv=
11. Caudal mximo 45 m3/h
Densidad 0.7
Temperatura 100C
Perdida de carga 3 bar
Kv=
Cv=
12. Caudal mximo 20 000 l/h
Densidad 0.95
Temperatura 25C
P1 = 18 bar
P2 = 24 bar
Kv=
Cv=
63.63 m3/h
73.82 GPM
21.73 m3/h
25.21 GPM
7.95 m3/h
9.23 GPM
Vlvula de 3
Vlvula de 2
Vlvula de 1
G
PKV v
Cv =1.16 Kv (GPM)
-
La operacin de una vlvula de control involucra posicionar las partes movibles (obturadores)
relativamente al asiento estacionario de la vlvula. El propsito del actuador de una vlvula
es colocar con precisin el obturador en una posicin marcada por la seal de control.
El actuador recibe la seal de un sistema de control, y en respuesta mueve la vlvula a una
posicin totalmente abierta, totalmente cerrada o a una posicin intermedia, dependiendo del
control usado (ON/OFF o Continua).
Los actuadores principales son de tipo neumtico y elctrico. Otros sistemas de actuadores son
hidrulicos y de accin directa.
Actuadores
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Son comnmente usados en vlvulas de control y vienen en dos sistemas: Actuador de pistn Actuador de diafragma
Actuador de pistn. Se usan cuando la carrera del vstago es muy corta. El aire comprimido se
aplica a un pistn, al interior de un cilindro slido. El pistn puede ser simple o de doble accin.
Pueden resistir altas presiones de entrada en cilindros de volumen pequeo, y responder a alta
velocidad
Actuador Neumtico
-
Actuador de diafragma. El aire comprimido
se aplica sobre una membrana flexible o
diafragma, cuya rea es constante a travs
de la carrera del vstago. Este actuador es de
accin simple, donde el aire se suministra de
un solo lado. Pueden ser de accin directa
(resorte para retraer) o de accin reversa
(resorte para extender).
Actuador Neumtico
-
La eleccin de un actuador
neumtico de diafragma de
accin directa o de accin
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
vlvulas de cierre en procesos
de vapor y usar vlvulas de
apertura en procesos de
enfriamiento. En consecuencia
se debe considerar la
combinacin de actuador y tipo
de vlvula.
Todo buen ingeniero deber basar su criterio de diseo en la seguridad del usuario final.
Actuador Neumtico
-
Para muchas aplicaciones una presin de 0.2 a 1 bar en la cmara del diafragma puede no ser
suficiente para sobrellevar la friccin y la presin diferencial. Un sistema de control de alta
presin y resortes resistentes pueden ser usados, sin embargo en la practica 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 intensin de
monitorear la posicin
Posicionadores
-
Algunas veces llamados posicionadores SMART, un posicionador digital monitora la posicin de
la vlvula y convierte esta informacin en forma digital, que mediante un micoprocesador se puede
lograr:
1) alta precisin en la posicin de la vlvula,
2) adaptabilidad en los cambios de control,
3) sistemas de rutina para auto ajuste y calibracin,
4) diagnostico en lnea y monitoreo centralizado mediante sistemas de comunicacin en
protocolos HART, Fieldbus o Profibus.
Posicionadores Digitales
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Este tipo de actuadores se aplican en vlvulas de bola, mariposa, y accin rotativa. El tipo de
pistn es el ms comnmente usado, el cual consta de dos pistones al interior de una cmara que
comprimen una flecha centrada. Los pistones y la flecha tiene un sistema de riel dentado y pin
para transferir el movimiento.
Posicionadores y actuadores neumticos rotativos
-
Los actuadores elctricos utilizan un motor con requerimientos de voltaje de: 230 Vac, 110 Vac,
24 Vac y 24 Vdc. Existen dos tipos de actuadores elctricos:
VMD Valve Motor Drive Modulado
Opera en tres estados: Control para cerrar la vlvula, Control para abrir la vlvula y Sin
movimiento. Un switch extermo conmuta los estados de operacin del sistema VMD. Un
controlador posiciona la vlvula en cierre y abertura, por un cierto tiempo asegurando que logra la
posicin deseada por retroalimentacin.
Actuador Elctrico
VMD
-
Un circuito de posicionamiento debe ser incluido en el modulador del actuador, el cual acepta
una seal de control anloga (tpica 0-10V o 4-20 mA). El actuador interpreta esta seal como
una posicin de la vlvula entre los lmites, para lograrlo en actuador posee un sensor de
posicin (usualmente un potenciometro), el cual retroalimenta la posicin de la vlvula al
circuito.
Los actuadores elctricos ofrecen fuerzas
especificas, que dependern del modelo. Es
deseable consultar las hojas tcnicas del
fabricante en la presin diferencial a travs de
la vlvula para determinar el tamao del
actuador.
Una limitacin de los actuadores elctricos es
su respuesta lenta en la velocidad de
movimiento de la vlvula, que puede llegar a
ser de 4 seg/mm.
Posicionador modulado
-
Evaluacin
13. Identifique a que tipo de actuador corresponden las siguientes figuras:
14. Los actuadores de diafragma pueden ser _____________ o ________________
15. Cual es el propsito de agregar un posicionador al actuador?
16. Que diferencia existe en el funcionamiento de un actuador elctrico VMD
y modulado?
Evaluacin
Actuador
Neumtico
Rotativo Actuador de
Diafragma Actuador de Pistn Actuador Modulado
accin directa accin reversa
Monitorear la posicin real del obturador y enviar la seal de accin
al actuador
El actuador VMD funciona como un interruptor de tres posiciones mientras
que el actuador modulado enva una seal continua a travs de un
potenciometro que acta como sensor.
-
El controlador recibe una seal, toma la accin que sea necesaria y enva una seal al actuador
para que realice un movimiento. La mayora de los controladores se basan en electrnica
digital, microprocesadores, PLC y PC. Algunos de los ejemplos tpicos de control son:
Controlador de lazo simple. Opera una vlvula y actuador desde un sensor.
Controlador de lazo mltiple. Puede operar ms de una vlvula y actuador desde varios sensores.
Entrada y salida simple. Puede aceptar la seal de un solo sensor y enviar la seal a un solo
actuador.
Entradas y salidas mltiples. Puede aceptar varias seales y enviar varias seales.
Tiempo Real. Puede incluir un temporizador para interrupcin a un tiempo predeterminado.
Lapso de tiempo. Puede generar una interrupcin para un tiempo o lapso predeterminado, antes o
despus de la seal de paro y arranque de la planta.
Rampa y escaln. Sigue un patrn de secuencia en
cambio y mantenimiento. (Figura de la izquierda)
Controlador
-
HART
PROFIBUS
FOUNDATION FIELDBUS
Highway Addressable Remote Transductor. Es un protocolo de comunicacin para dispositivos
de control en campo con una seal de control analgica de 4-20mA en FSK de 1200 Baud. Es
el sistema de comunicacin mas usado en los procesos industriales.
Protocolo de comunicacin digital en serie, que permite la comunicacin de dispositivos de
diferente fabricante, se usa en aplicaciones criticas de alta velocidad y sistemas complejos. La
transmisin puede ser por RS-485 o fibra ptica.
Su estructura en red se conforma de tres niveles: 1) nivel de sensores y actuadores, 2) nivel de
sistemas automticos en terminales de sensores y vlvulas, 3) nivel de clulas de comunicacin
entre PLC y PC con conexin a Ethernet.
Es un sistema se comunicacin serial digital de dos vas, que funciona como una red de rea
local LAN de los dispositivos de instrumentacin y control de la fabrica o planta. Entre sus
caractersticas estn: 1) Dispositivos inter-operables, 2) Mejora los procesos de datos, 3)
permite una vista general del proceso, 4) Implementa sistemas de seguridad, 5) Facilita
mantenimientos predecibles, 6) Reduce costos de cableado y mantenimiento.
Seales de Comunicacin Electrnica
-
Propsito: Lograr una automatizacin integral a travs de un mejor control y monitoreo
del proceso en tiempo real, as como alcanzar una comunicacin eficiente entre los
departamentos de la planta.
Topologa de una red Industrial
-
En las industrias de proceso intervienen muchos factores que contribuyen al mantenimiento de
altos niveles de ruido, entre los cuales, uno de los ms importantes es el generado durante el
funcionamiento de las vlvulas de control instaladas en las tuberas que transportan lquidos,
gases y vapor. Las leyes y normas industrial obligan a la reduccin del ruido sobre un nivel
admisible.
Causas del ruido en vlvulas
Vibracin mecnica. Es debida a las fluctuaciones de presin casuales dentro del cuerpo de la
vlvula y al choque de fluido con las partes mviles. Otra causa, es la resonancia de un
componente vibrando a su frecuencia natural.
Ruido Hidrodinmico. Es producido por los lquidos al circular a travs de la vlvula, pudiendo
encontrarse en varios estados: Sin cavitacin, con cavitacin y con vaporizacin. Se encuentra
una banda estrecha L sin emisin de sonido, sigue una banda T con ruido moderado y un
campo crtico Z1-Z2 donde se pueden provocar daos importantes en las vlvulas.
Ruido aerodinmico. Proviene del flujo turbulento del vapor, del aire y otros gases, siendo
despreciable en los lquidos. Se produce por obstruccin en el flujo, expansin rpida o
deceleracin por codos o curvas en la tubera.
Daos por cavitacin en las
partes internas de una
vlvula.
Ruido en las vlvulas de control
-
La cavitacin o aspiracin en vaco es un efecto hidrodinmico que se produce cuando el agua
o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una
descompresin del fluido. Puede ocurrir que se alcance la presin de vapor del lquido de tal
forma que las molculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor,
formndose burbujas o, ms correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas
de mayor presin e implotan (el vapor regresa al estado lquido de manera sbita,
aplastndose bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un rpido desgaste
de la superficie que origina este fenmeno.
La implosin causa ondas de presin que viajan en el lquido. Estas pueden disiparse en la
corriente del lquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas de
presin es la misma, el material tiende a debilitarse metalrgicamente y se inicia una erosin
que, adems de daar la superficie, provoca que sta se convierta en una zona de mayor
prdida de presin y por ende de mayor foco de formacin de burbujas de vapor. Si las burbujas
de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared slida cuando implosionan, las
fuerzas ejercidas por el lquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones
localizadas muy altas, ocasionando picaduras sobre la superficie slida.
El fenmeno generalmente va acompaado de ruido y vibraciones, dando la impresin de que
se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la mquina
Cavitacin
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Evaluacin
17. Cul es la funcin de un controlador?
18. Cules son algunos de los protocolos de comunicacin mas usados en la
Industria?
19. Cual es la finalidad de implementar un protocolo Fieldbus en la industria?
20. Cmo afecta la cavitacin el funcionamiento de una vlvula?
Evaluacin
Compara el valor de consigna contra el valor de la variable de proceso y
enva la seal de correccin del error al actuador a travs del
posicionador de la vlvula.
HART, PROFIBUS, FIELDBUS
Lograr la automatizacin de los procesos de la planta, monitoreando y
controlando los instrumentos en tiempo real.
La descompresin del fluido al pasar por superficies afiladas provoca
que se formen burbujas, que al implotar generan ondas de presin que
debilitan el material y terminan por desgastar principalmente el asiento,
el obturador y la jaula de la vlvula.
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Gracias por su atencin