elementos finales de control

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ELEMENTOS FINALES DE CONTROL ELEMENTOS FINALES DE CONTROL Beltrán Lorena, Correa Ibeth, Gonzales Ángela, Martínez Ludis, Ruiz Cindy, Vanegas Alexander. 1 RESUMEN Los elementos finales de control son un mecanismo que altera el valor de la variable manipulada en respuesta a una señal de salida desde el dispositivo de control automático; este recibe una señal del controlador y manipula un flujo de materia o energía para el proceso. El elemento final de control puede ser una válvula de control, variadores de frecuencia, motores, transportadores, elementos calefactores o un amortiguador. Lógicamente, si ha de moverse una cantidad de materia será necesario controlarla en un valor determinado, Para ello, habitualmente se hace uso de válvulas automáticas y en algunos casos el uso de variadores de velocidad. Palabras claves: válvula de control, variable manipulada, transportadores, motores. ABSTRACT The final control elements are a mechanism that alters the value of the manipulated variable in response to an output

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Page 1: Elementos Finales de Control

ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

Beltrán Lorena, Correa Ibeth, Gonzales Ángela, Martínez Ludis, Ruiz Cindy, Vanegas

Alexander. 1

RESUMEN

Los elementos finales de control son un mecanismo que altera el valor de la variable

manipulada en respuesta a una señal de salida desde el dispositivo de control automático;

este recibe una señal del controlador y manipula un flujo de materia o energía para el

proceso. El elemento final de control puede ser una válvula de control, variadores de

frecuencia, motores, transportadores, elementos calefactores o un amortiguador.

Lógicamente, si ha de moverse una cantidad de materia será necesario controlarla en un

valor determinado, Para ello, habitualmente se hace uso de válvulas automáticas y en

algunos casos el uso de variadores de velocidad.

Palabras claves: válvula de control, variable manipulada, transportadores, motores.

ABSTRACT

The final control elements are a mechanism that alters the value of the manipulated variable

in response to an output signal from the automatic control device, the driver receives a

signal and manipulates a flow of matter or energy for the process. The final control element

can be a control valve, variable frequency drives, motors, conveyors, heating elements or

shock. Logically, if you have to move an amount of matter should be watched carefully in a

certain value, For this, usually makes use of automatic valves and in some cases the use of

variable speed drives.

Keywords: control valve manipulated variable, conveyors, motors.

Page 2: Elementos Finales de Control

INTRODUCCIÓN

Es un dispositivo que altera el valor de la

variable manipulada en respuesta a una señal

de salida desde el dispositivo de control

automático. Estos pueden ser una válvula de

control, variadores de frecuencia, motores

eléctricos, servoválvula, relé, bombas, etc.

Las válvulas de control son las más

utilizadas como elementos finales de

control, constituyen el último elemento en

un lazo de control instalado en la línea de

proceso, esta tiene como finalidad

controlar un caudal en una forma

determinada. (1)

PARTES DE UNA VALVULA DE

CONTROL

Las válvulas de control constan

básicamente de dos partes: la parte motriz

o actuador y el cuerpo.

Imagen 1. Partes de una válvula de control

Actuador: Es la parte de la válvula de

control que convierte la energía de

entrada, ya sea neumática o eléctrica, en

movimiento mecánico para abrir o cerrar

la válvula. Los actuadores neumáticos

constan básicamente de un diafragma, un

vástago y un resorte.

El cuerpo de la válvula: Es la porción

que actúa sobre el fluido de proceso,

consiste de un cuerpo o cubierta que está

provista de rosca o de bridas para

conectarla a la tubería; contiene en su

interior un obturador que es quien realiza

la función de control de paso del fluido.

Servomotor: Acciona el movimiento del

vástago y con ello el del obturador. Puede

ser Eléctrico, Neumático e Hidráulico.

Tapa: Tiene como objetivo unir el cuerpo

al servomotor. La tapa de control une el

cuerpo al servomotor.

Empaquetaduras: Caja de protección

entre la tapa y el vástago que tiene por

función impedir que el fluido se escape a

través de la tapa.

Page 3: Elementos Finales de Control

Vástago: Su función es unir al obturador

con el servomotor y accionar el

obturador.

Obturador: Es quien realiza la función

de control de paso del fluido.

Bridas: Realiza la conexión del cuerpo de

la válvula con la tubería.

Asientos: Junto con el obturador forman

el “corazón de la válvula” al controlar el

caudal gracias al orificio de paso variable

que forman al variar su posición relativa.(2)

TIPOS DE VALVULAS DE

CONTROL AUTOMATICO

Las válvulas por el diseño del cuerpo y el

movimiento del obturador (tapón) se

clasifican en dos grandes tipos. Las

válvulas pueden ser de movimiento lineal

ó de movimiento rotatorio. (4)

Válvulas de movimiento lineal: Son

aquellas en las cuales el obturador se

mueve en la dirección de su propio eje y

se clasifican de la siguiente manera:

Válvulas de globo

Válvulas de ángulo

Válvulas de tres vías

Válvulas en “y”

Válvulas de cuerpo partido

Válvulas Saunders

Válvulas de movimiento rotativo:

Donde el obturador presenta un

movimiento circular, dentro de esta

clasificación tenemos:

Válvulas rotatorias

Válvulas de mariposa

Válvulas de bola

Válvulas de macho

Válvulas de flujo axial

FUNCIONAMIENTO DE

VALVULAS DE CONTROL

AUTOMATICO

Su funcionamiento está basado en el

principio de equilibrio de fuerzas. La

presión de la señal neumática, que llega

hasta la válvula, aplicada sobre el

diafragma está en oposición a la fuerza

del resorte de retracción que podemos ver

en la figura. La fuerza ejercida por el

resorte varía linealmente en función de la

compresión que haya experimentado

desde su posición de reposo; cuanto más

comprimamos el muelle mayor es la

fuerza ejercida por este para recobrar su

longitud original. De este modo si

Page 4: Elementos Finales de Control

variamos la presión de la señal neumática

estaremos estableciendo un nuevo

equilibrio dinámico, variando la longitud

del muelle hasta el punto en que la fuerza

del mismo se iguale a la producida en el

diafragma por la señal neumática. Esto se

traducirá en una variación de la posición

del diafragma de la válvula, moviéndose

consecuentemente el obturador de la

válvula.(4)

USOS Y APLICACIONES DE LAS

VÁLVULAS

Las válvulas se pueden utilizar en

diversas aplicaciones como:

En las industrias embotelladoras

para el control del llenado y

dosificación, en Coca Cola

emplean válvulas de encendido y

apagado para el llenado.

En la automatización de procesos

en los que se emplean brazos

neumáticos como empacadoras,

etc.

En el nivel de llenado de tanques

en plantas de tratamiento de agua.

En el control del nivel de líquidos

y diversificación de flujos en las

plantas en las que se requiere un

flujo para varios procesos.

MOTORES ELECTRICOS

Grupo de máquinas que se utilizan para

convertir la energía mecánica en eléctrica,

o a la inversa, con medios

electromagnéticos.

ACTUADORES.

Los actuadores de resorte-diafragma son

los más comúnmente utilizados en

válvulas de control automáticos, por su

bajo costo y alta confiabilidad,

frecuentemente son utilizados en servicios

de control usando la señal directa del

instrumento.

DIMENSIONAMIENTO DE LAS

VALVULAS DE CONTROL

El primer coeficiente de

dimensionamiento que se utilizó fue el

denominado Cv, se define como Caudal

de agua en galones por minuto que pasa a

través de la válvula en posición

completamente abierta y con una pérdida

de carga de 1 psi.

El coeficiente Kv es el caudal de agua (de

5 a 40ºC) en m3/h que pasa a través de la

válvula a una apertura dada y con una

Page 5: Elementos Finales de Control

pérdida de 1 bar. La equivalencia entre

los coeficientes Cv y Kv se expresa

mediante las relaciones:

Líquidos:

F=CV∗√ ∆ PV

γF=CV∗√ P1−P2

γ

Vapor de agua

F=2.1 CV

1+0.007 T Sh√(P1−P2)(P1+P2)

Gases

F=1360 CV √ (P1−P2)(P1+P2)G T1

CARACTERÍSTICA DE CAUDAL

INHERENTE EN UNA VÁLVULA DE

CONTROL

La relación entre el flujo que pasa por una

válvula y su apertura se denomina

Característica de Flujo.

La característica inherente del flujo

(Relación caudal apertura para pérdida de

carga constante) es la producida con una

caída constante de presión en la válvula.

Las tres características de uso más

común son: lineal, porcentaje igual y

apertura rápida.

Los tres tipos de válvulas más

comúnmente utilizadas son las

denominadas de Abertura Rápida, Lineal

e isoporcentual.

Las válvulas de abertura rápida son

apropiadas para válvulas de alivio y para

sistemas de control de dos posiciones.Una

válvula es de tipo lineal si la relación

entre el factor de capacidad y la posición

o abertura es lineal.

El caudal varía linealmente con la posición del vástago.

QQmax

= SSmax

Q: caudal (m3/s)S; posición del vástago (m)

En el obturador con característica lineal,

el caudal (m), es directamente

proporcional a la carrera (m) según la

ecuación

Q=Kl

Dónde:

Q: caudal.

K: constante.

l: carrera de la válvula.

Una válvula de igual porcentaje tiene la

propiedad de que iguales incrementos en

la abertura de la válvula producen iguales

Cv=1 .16 Kv [galones por minuto ]Kv=0 .86 Cv [m3/h ]

Page 6: Elementos Finales de Control

aumentos relativos o en porcentajes en el

coeficiente de la válvula.

R=Qmax

Qmin

Q=Qmin∗Ss / smax

Las curvas características más

significativas son las de apertura rápida,

lineal e isoporcentual siendo estas dos

últimas las más importantes.

Imagen 3. Característica inherente de

válvulas de control comerciales.

APLICACIONES DE LAS

VALVULAS DE CONTROL

Se emplean para el llenado de líquidos en

las industrias de bebidas, lacteos.

Para automatización de brazos

neumáticos.

Para el control de nivel de líquidos en

plantas de tratamiento de agua.

BIBLIOGRAFIA1. ACEVEDO, José. Control Avanzado

de Procesos. Teoría y práctica.

Editorial Díaz de Santos. ESPAÑA

2003

2. SMITH, Carlos A. CORRIPIO,

Armando B. Control automático de

procesos. Teoría y práctica. Editorial

Noriega limusa. Universidad de

Luciana. 1991.

3. CARVALLO, Juan Pablo, Vargas

René. Válvulas Solenoide.

Departamento de Ingeniería

Electrónica, Universidad Técnica

4. ROSALER, Robert C. RICE, James

O. Manual de mantenimiento

industrial. Tomo III. Editorial

McGraw-Hill.