instrumento 7 elementos finales
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ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
M. en C. Teth Azrael Cortés Aguilar
ELEMENTO FINAL DE CONTROL
Su función es recibir la señal del controlador y modificar el
caudal del fluido, afectando la variable de proceso.
Contenido
1. Simbología
2. Tipos de Válvulas
3. Cluster
4. Normatividad Industrial
5. Partes de una Válvula: Cuerpo, Tapa, Empaquetadura, Obturador /
Asiento.
6. Cálculos de parámetros de la válvulas
7. Actuadores y posicionador
8. Controlador
9. Ruido en válvulas
10.Cavitación
Símbolos para
elementos finales
de control
Válvula globo
http://www.isa.org/
Válvulas de globo Obturador de movimiento lineal
Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para su obturador de 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.
El la válvula de doble asiento la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través
del obturador es menor que en la válvula de simple efecto. Por este motivo se emplea en válvulas de
gran tamaño o bien cuando debe trabajarse con una presión diferencial alta. En posición de cierre las
fugas son mayores que en válvulas de simple asiento.
Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la
erosión cuando ésta es considerable por las características del fluido o por la excesiva presión
diferencial.
El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan (flashing), para trabajar con
grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión.
Válvulas de ángulo Obturador de movimiento lineal
Válvulas de jaula Obturador de movimiento lineal
Consiste en un obturador cilíndrico que se desliza en una jaula con orificios adecuados a las
características del caudal deseadas en la válvula. Se caracterizan por el fácil desmontaje del
obturador y porque éste puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el
desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad del
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 está
contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones y al degaste. Por otro
lado, el obturador puede disponer de aros de teflón que, con la válvula en posición cerrada, asientas
contra la jaula y permiten lograr así un cierre hermético.
Válvula de tres
vías mezcladora
Válvula de tres
vías diversora
Este tipo de válvulas se emplean generalmente para mezclar fluidos o bien para derivar de un flujo de
entrada dos de salida (válvulas diversoras). Las válvulas de tres vías intervienen típicamente en el
control de temperatura de intercambiadores de calor y en industrias que requieren control de fluidos
higiénicos.
Válvulas de tres vías Obturador de movimiento lineal
Válvulas de compuerta Obturador de movimiento lineal
Está 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 control todo-dada,
ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca
resistencia al flujo de fluido cuando está en posición de apertura total.
Válvula de guillotina
neumática
Válvulas de compuerta Obturador de movimiento lineal
Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su
baja pérdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una
característica de autodrenaje cuando está instalada inclinada con un cierto ángulo. Se emplea
usualmente en instalaciones criogénicas. También se emplea en fluidos con sólidos en suspensión o
muy viscosos.
Válvulas de cuerpo partido Obturador de movimiento lineal
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
principalmente para fluidos viscosos y en la industria de alimentos.
En esta válvula 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.
La válvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o de 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 corrosivos o bien en el control de fluidos con sólidos en suspensión.
Válvulas de Saunders Obturador de movimiento lineal
Válvulas de compresión Obturador de movimiento lineal
Esta válvula funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un
tubo de goma. Igual que las válvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un óptimo
control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos
corrosivos, viscosos o con partículas sólidas en suspensión.
Válvulas de obturador
excéntrico rotativo
Obturador de movimiento circular
Consiste en 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. El eje de giro sale al exterior del cuerpo y
es accionado por el vástago de un servomotor. El par de éste 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 de mariposa y a las de bola y por su elevada pérdida de caga
admisible.
Válvulas de obturador
cilíndrico rotativo
Obturador de movimiento circular
Esta válvula tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico.
El cierre hermético se consigue con un revestimiento de goma o teflón en la cara del cuerpo donde
asienta el obturador. La válvula es de bajo costo y tiene una capacidad relativamente alta.
Es adecuada para fluidos corrosivos y líquidos viscosos o conteniendo sólidos en suspensión.
El cuerpo esta formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. La
válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un
servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula está
totalmente abierta siempre que la presión diferencial permanezca constante. En control todo-nada se
considera 90° y en control continuo 60°, a partir de la posición de cierre ya que la última parte del giro
es bastante inestable. 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 fuerza grande del
actuados para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada.
Válvulas de mariposa Obturador de movimiento circular
Válvulas de bola Obturador de movimiento circular
El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera
o de bola, la cual tiene un corte adecuado, usualmente en V, que fija la curva característica de la
válvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre estanco se logra con un
aro de teflón incorporado al cuerpo contra el cual asiente 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 el control de caudal de fluidos negros o bien en
fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión.
Válvula piloto Obturador de movimiento circular
El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que está 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 válvula controlando así el caudal. La válvula incorpora además un tajadera
cilíndrica que puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento
exterior. La tajadera puede así fijarse manualmente en una posición determinada para limitar el caudal
máximo. La válvula es adecuada en los casos en que es necesario 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 estanco. Se utiliza para combustibles gaseosos o líquidos, vapor y
tiene amplia aplicaciones en la regulación de presión o caudal de aire comprimido en sistemas
neumáticos.
Válvula de flujo axial Obturador de movimiento circular
Las válvulas de flujo axial permiten que la trayectoria del fluido sea en línea recta. El vástago de la
válvula desliza la barra del pistón, al cual a su vez controla el paso del fluido. Se utiliza para control
de grandes caudales de gas y líquidos. Tiene la ventaja de ser una válvula silenciosa.
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.
Por ejemplo, los grupos 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. Apego a normas de industria de alimentos y sanitaria.
Cluster de válvulas
NOM
NMX
Normas en la Industria
www.economia-noms.gob.mx/noms/inicio.do
Normalización Industrial: proceso para unificar criterios, establecer
estándares mínimos y conseguir la compatibilización de los elementos.
La norma es el conjunto de guías y preceptos, concebidos
metódicamente 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
• 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
Fabricantes
1. Identifique cada una de las siguientes válvulas
Evaluación
Válvula de
Mariposa
Válvula de
ánguloVálvula de bola
Válvula de
SaundersVálvula de
globo
Válvula de
compuerta
Válvula de obturador
excéntrico rotativoVálvula de flujo
axial
Evaluación
2. Para una empresa que se dedica a la instalación de plantas de tratamiento de
aguas residuales y en su sistema implementa válvulas. ¿Cuál de las siguientes
normas es apropiado que consulte de acuerdo a su giro?
Discusión
5. En una aplicación donde se requiera regular un caudal desde 5%
hasta 95 %, considerando condiciones ideales de presión.
¿Recomendaría aplicar una válvula de mariposa?
3. ¿Cuál es la ventaja principal de una válvula de cuerpo partido?
4. ¿Una válvula de jaula puede ser mas estable que una válvula de
globo?
Fácil mantenimiento del asiento y el obturador.
Si. La jaula prácticamente elimina el desequilibrio de
fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo
la estabilidad durante el funcionamiento de la válvula.
No. Por que la válvula de mariposa solo es estable en 60°
de los 90° de movimiento del obturador.
Material Presión nominal lb
Bronce 150
300
Hierro 125
fundido 250
Acero al carbón: 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 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
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.
Cuerpo de la válvula
La tapa de control une el
cuerpo al servomotor, y en su
interior se desliza el vástago
del obturador accionado por el
motor.
Para que el fluido no se
escape a través de la tapa es
necesario disponer una caja de
empaquetadura, la cual debe
ser elástica, soportar la
temperatura de trabajo, con un
bajo coeficiente de rozamiento,
químicamente inerte y ser
dieléctrico.
Tapa de la válvula
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
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 válvula
Po
rcen
taje
de
Cau
dal
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.
Obturador / Asiento
Jaulas para válvulas de globo
6. ¿Qué significa usar una válvula ANSI 150 o 300?
7. ¿Qué tipos de empaquetaduras se utilizan en las válvulas?
8. ¿Cuáles son las respuestas características de un obturador / Asiento?
9. ¿Qué propiedades debe poseer la caja de empaquetadura?
Evaluación
Que el cuerpo de la válvula cumple con una norma ANSI
para soportar una presión nominal de 150 a 300 lb
Bonete de teflón en V
Anillo de teflón
Anillo de grafito
Lineal
Isoporcentual
Rápida
Soportar la temperatura de trabajo, tener un bajo coeficiente
de rozamiento, ser químicamente inerte y ser dieléctrico.
Líquido Gas Vapor
Identificar el proceso
Temperatura
Líquido
Gravedad especifica
Viscosidad
Flujo
Coeficiente de Flujo Cv
Caída de presión
Presión de entrada
SaturaciónGas
Temperatura
Gravedad especifica
Datos del proceso
Datos de salida 1 de 2 conocidos
Flujo
Coeficiente de Flujo Cv
Caída de presión
Flujo
Coeficiente de Flujo Cv
Caída de presión
Tipo de obturador de válvula previamente seleccionado
Cálculo de parámetros de la válvula
En la mayor parte de las válvulas que trabajan en condiciones
reales, la presión diferencial cambia cuando varía la apertura de la válvula,
PAFF Fricción
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
vastago del obturador
De modo general, el caudal que pasa por la válvula corresponde a la ecuación: PAKQv
Donde Qv es el caudal a tráves de la válvula y K es una constante.
Características de caudal efectivas
KcGc KvGv KpGp+
-
M(s) A(s) C(s)
Controlador Válvula Proceso
R
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,
Definiciones:
Kv Flujo en m3/h, Europa
Cv Flujo en galones por minuto GPM, EUA
Av Flujo en m3/s,
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
Equivalencia:
Kv =0.86 Cv (m3/h)
Cv =1.16 Kv (GPM)
Capacidad de un válvula de control
Para determinar el tamaño requerido de una válvula se necesita conocer:
•El flujo volumétrico a través de la válvula V
•La presión diferencial a tráves de la válvula ΔP
El flujo o caudal de la válvula se determina :
G
PKV v
PKV v
Donde Kv es el coeficiente de flujo, ΔP es la presión diferencia a través de
la válvula y G es la densidad relativa / gravedad especifica del proceso.
Si el proceso es Agua G=1 y la ecuación anterior se simplifica:
Tamaño de la válvula
En un circuito se bombea 10 m3/h de agua, determine la caída de presión a través de la
válvula, con Kv=16.
PKV v
V=10m3/h y Kv=16, se despeja de la ecuación anterior para ΔP
barK
VP
v
39.016
1022
Ejemplo:
El agua que circula a través de un sistema, incurrirá en perdidas por fricción, estas perdidas
pueden expresarse como caídas de presión que incrementaran en proporción cuadrática la
velocidad, entonces el flujo puede calcularse por la siguiente relación:
2
1
2
2
2
1
P
P
V
V
donde, V1 es el flujo para una perdida de presión P1 y
V2 es el flujo para una perdida de presión P2.
Ejemplo:
Se observa que el flujo V1 a través de una tubería es de 2500 m3/h, cuando la caída de presión
P1 es de 4 bar. Determine la caída de presión P2 si el flujo V2 es 3500 m3/h.
barV
VPP 84.7
2500
35004
2
2
2
1
2
212
Tamaño de la válvula
Evaluación
Selecciona el tamaño de válvula correcto para las siguientes
aplicaciones:
10. Caudal máximo 150 000 l/h
Densidad 0.9
Temperatura 80ºC
Perdida de carga 5 bar
1 m3= 1000 l
Kv=
Cv=
11. Caudal máximo 45 m3/h
Densidad 0.7
Temperatura 100ºC
Perdida de carga 3 bar
Kv=
Cv=
12. Caudal máximo 20 000 l/h
Densidad 0.95
Temperatura 25ºC
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
Válvula de 3”
Válvula de 2”
Válvula de 1”
G
PKV v
Cv =1.16 Kv (GPM)
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
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 Neumático
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).
Actuador Neumático
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.
Todo buen ingeniero deberá basar su criterio de diseño en la seguridad del usuario final.
Actuador Neumático
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 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 intensión de
monitorear la posición
Posicionadores
Algunas veces llamados posicionadores SMART, un posicionador digital monitora la posición de
la válvula y convierte esta información en forma digital, que mediante un micoprocesador 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.
Posicionadores Digitales
Este tipo de actuadores se aplican en válvulas de bola, mariposa, y acción rotativa. El tipo de
pistón es el más comúnmente usado, el cual consta de dos pistones al interior de una cámara que
comprimen una flecha centrada. Los pistones y la flecha tiene un sistema de riel dentado y piñón
para transferir el movimiento.
Posicionadores y actuadores neumáticos rotativos
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 Motor Drive
•Modulado
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.
Actuador Eléctrico
VMD
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.
Posicionador modulado
Evaluación
13. Identifique a que tipo de actuador corresponden las siguientes figuras:
14. Los actuadores de diafragma pueden ser _____________ o ________________
15. ¿Cual es el propósito de agregar un posicionador al actuador?
16. ¿Que diferencia existe en el funcionamiento de un actuador eléctrico VMD
y modulado?
Evaluación
Actuador
Neumático
RotativoActuador de
Diafragma Actuador de Pistón Actuador Modulado
acción directa acción reversa
Monitorear la posición real del obturador y enviar la señal de acción
al actuador
El actuador VMD funciona como un interruptor de tres posiciones mientras
que el actuador modulado envía una señal continua a través de un
potenciometro que actúa como sensor.
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. (Figura de la izquierda)
Controlador
HART
PROFIBUS
FOUNDATION FIELDBUS
Highway Addressable Remote Transductor. Es un protocolo de comunicación para dispositivos
de control en campo con una señal de control analógica de 4-20mA en FSK de 1200 Baud. Es
el sistema de comunicación mas usado en los procesos industriales.
Protocolo de comunicación digital en serie, que permite la comunicación de dispositivos de
diferente fabricante, se usa en aplicaciones criticas de alta velocidad y sistemas complejos. La
transmisión puede ser por RS-485 o fibra óptica.
Su estructura en red se conforma de tres niveles: 1) nivel de sensores y actuadores, 2) nivel de
sistemas automáticos en terminales de sensores y válvulas, 3) nivel de células de comunicación
entre PLC y PC con conexión a Ethernet.
Es un sistema se comunicación serial digital de dos vías, que funciona como una red de área
local LAN de los dispositivos de instrumentación y control de la fabrica o planta. Entre sus
características están: 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.
Señales de Comunicación Electrónica
Propósito: Lograr una automatización integral a través de un mejor control y monitoreo
del proceso en tiempo real, así como alcanzar una comunicación eficiente entre los
departamentos de la planta.
Topología 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 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 industrial obligan a la reducción del ruido sobre un nivel
admisible.
Causas del ruido en válvulas
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.
Ruido en las válvulas de control
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
Cavitación
Evaluación
17. ¿Cuál es la función de un controlador?
18. ¿Cuáles son algunos de los protocolos de comunicación mas usados en la
Industria?
19. ¿Cual es la finalidad de implementar un protocolo Fieldbus en la industria?
20. ¿Cómo afecta la cavitación el funcionamiento de una válvula?
Evaluación
Compara el valor de consigna contra el valor de la variable de proceso y
envía la señal de corrección del error al actuador a través del
posicionador de la válvula.
HART, PROFIBUS, FIELDBUS
Lograr la automatización de los procesos de la planta, monitoreando y
controlando los instrumentos en tiempo real.
La descompresión del fluido al pasar por superficies afiladas provoca
que se formen burbujas, que al implotar generan ondas de presión que
debilitan el material y terminan por desgastar principalmente el asiento,
el obturador y la jaula de la válvula.
Gracias por su atención