elementos finales de control
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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.
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.
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
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
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 ]
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.