INSTRUMENTACION ELECTRICA Y ELECTRONICA (V)INSTRUMENTACION INDUSTRIAL VALVULAS DE CONTROL

INTRODUCCION Las vlvulas son unos de los instrumentos de control ms esenciales en la industria. Debido a su diseo y materiales, las vlvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de lquidos y gases, desde los ms simples hasta los ms corrosivos o txicos. Sus tamaos van desde una fraccin de pulgada hasta 30 ft (9 m) o ms de dimetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vaco hasta mas de 20000 lb/in . Con lo anterior en mente podemos asumir que una vlvula de control permite la regulacin o control de un flujo. La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero tambin significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una seccin de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una seccin determinada del conducto en la unidad de tiempo.

PARTES Las vlvulas de control constan bsicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.

actuador

asiento

cuerpo

obturador

TIPOS

VLVULA DE MARIPOSA

VLVULA DE TAPON (PLUG)

VLVULA DE BOLA

VLVULA DE GLOBO

TIPOS

VLVULA SOLENOIDE

VLVULA EN Y

VLVULA DE BOLA

VLVULA DE DIAFRAGMA

FUNCIONAMIENTO Las vlvulas de control se clasifican de accin directa y de accin inversa. Accin directa: al aumentar la presin de aire, el diafragma baja, extendiendo el vstago. Accin reversa: al aumentar la presin de aire, el diafragma sube, retrayendo el vstago. El aumento de presin puede hacer que la vlvula abra (CAA / FC) o cierre (CAC / FO), dependiendo de las caractersticas constructivas. CAA: Con aire abre CAC: Con aire cierra FC: Cierra ante falla FO: Abre ante falla

Vlvula de control y los sistemas de control

FUNCIONAMIENTO Toda vlvula produce un diferencial de presin. Desde muchos puntos de vista, las vlvulas pueden ser consideradas el antnimo de una bomba. Las bombas levantan presin mientras las vlvulas reducen presin siempre (aunque sea en una medida mnima). La ecuacin general que rige el comportamiento de un fluido no compresible que pasa por una vlvula de control es la siguiente

Donde: Q es el caudal medido en gpm (galones por minuto), Cv es la capacidad inherente de la vlvula, o caudal caracterstico.

P es la diferencia de presin entre la entrada y salida de la vlvula, en psi (gamma) es la gravedad especfica del fluido (adimensional).

FUNCIONAMIENTO Es importante notar que esta ecuacin es especfica para esas unidades de medida. No es posible utilizarla con otras unidades sin agregar un factor de conversin. El coeficiente mtrico equivalente se denomina Kv, y la conversin es Kv = Cv / 1,16. El coeficiente Cv no es adimensional como se publica en algunos textos. Basta con hacer una anlisis dimensional para caer en cuenta que la dimensin Cv es

O bien: Cada vlvula tiene su propio coeficiente de caudal. ste depende de como ha sido diseada la vlvula para dejar pasar el flujo a travs de ella. Por consiguiente, las mayores diferencias entre diferentes coeficientes de caudal provienen del tipo de vlvula, y naturalmente de la posicin de obertura de la vlvula.

FUNCIONAMIENTO Kv es el coeficiente de caudal en unidades mtricas. Se define como el caudal en metros cbicos por hora [m3/h] de agua a una temperatura de 16 Celsius con una cada de presin a travs de la vlvula de 1 bar. Cv es el coeficiente de caudal en unidades imperiales. Se define como el caudal en galones US Gallons por minuto [gpm] de agua a la temperatura de 60 Fahrenheit con una cada de presin a travs de la vlvula de 1 psi. Kv = 0.865 Cv Cv = 1,156 Kv En vlvulas de descarga de fluido a la atmsfera, se utiliza el coeficiente adimensional. Cuando la vlvula est totalmente abierta: Kvs. Su valor mnimo Kv es de Kvo.

FUNCIONAMIENTO VARIABILIDAD DEL CAMPO DE MEDIDA (Rangeability) En trminos generales es la versatilidad del rango de un instrumento, se define como la relacin entre el valor mximo que puede medir y el valor mnimo que puede medir un instrumento. Por ejemplo, un indicador de flujo que tenga una variabilidad del rango de 3:1, indica que el mximo caudal que puede medir es tres veces mayor que el mnimo. Las variabilidad del campo de medicin podra definirse como dinmica de medida, que es el cociente entre los valores mximo y mnimo de utilizacin de un dispositivo. Aplicada a vlvulas es la relacin de caudales que la vlvula puede controlar sin perder sus caractersticas, se representa como: Kvs/Kvo. Para una isoporcentual suele ser de 50 a 1.

FUNCIONAMIENTO VARIABILIDAD DEL CAMPO DE MEDIDA (Rangeability) Debido a que el flujo debe estar siempre dentro de los lmites de control, estos flujos no pueden determinarse cuando la vlvula se encuentra en los extremos de su recorrido. Por eso en trminos prcticos se define la VARIABILIDAD DEL CAMPO DE MEDIDA (Rangeability) como: Rangeability = Flujo al 95% de apertura/Flujo al 5% de apertura (o 90% y 10%) Normalmente la variabilidad del rango es una caracterstica principalmente asociada a los instrumentos de medicin de caudal y a las vlvulas para control de caudal. La dinmica de medida (rangeability) inherente, vara de vlvula en vlvula dependiendo del tipo de cuerpo.

DIMENSIONAMIENTO DE LA VALVULA DE CONTROL Por dimensionamiento se entiende la determinacin del tamao de la vlvula, que viene dado por su dimetro. Es evidente que hay razones econmicas que hacen que esta tarea sea importante, hay que tratar que este dispositivo tenga el menor tamao (y por lo tanto el menor costo). Pero tambin hay razones tcnicas, ya que vlvulas sobre dimensionadas pueden llegar a tener un pobre desempeo cuando trabajan en un lazo de control. El mtodo ms aceptado para el dimensionamiento es conocido como el Procedimiento de Cv. Cv es el Coeficiente de Flujo de la vlvula y depende del tipo, dimetro y grado de apertura de este dispositivo. Las frmulas bsicas para el clculo de Cv son:

DIMENSIONAMIENTO DE LA VALVULA DE CONTROL Donde: F: Caudal. Para lquidos en (gal/min), para vapor en (lb/h) y para gases en (ft3/seg) estndar (60 F y 14.7 psia) PV: Prdida de carga en la vlvula en (psig) P1: Presin aguas arriba (psia) P2: Presin aguas abajo (psia) : Densidad relativa del lquido respecto del agua a 60 F Tsh: Recalentamiento del vapor respecto de las condiciones de saturacin (F). Vale cero para vapor saturado. G: Densidad relativa del gas respecto al aire a 60 F y 14.7 psia T1: Temperatura del gas a la entrada de la vlvula

DIMENSIONAMIENTO DE LA VALVULA DE CONTROL Esto slo se aplica cuando el rgimen de flujo es subcrtico y turbulento. Adems, para lquidos hay que verificar que no se produzca cavitacin. Si el rgimen es viscoso o de transicin se deben aplicar otras frmulas. Cuando hay vaporizacin parcial del lquido, el rgimen es crtico y se tiene en cuenta con una ecuacin de dimensionamiento distinta con un coeficiente adicional. Para gases, tambin se debe tener en cuenta si el rgimen es critico o de transicin.

Caracterstica de FlujoLa relacin entre el flujo que pasa por una vlvula y su apertura se denomina Caracterstica de Flujo. Los fabricantes proveen lo que se denomina Caracterstica Inherente de Flujo, que es la relacin caudal/apertura para prdida de carga constante, que en definitiva es la relacin Cv/apertura. Esta es una propiedad intrnseca de la vlvula. Existen Caractersticas Inherentes ampliamente difundidas entre los fabricantes algunas de las cuales se presentan en la Figura. Caracterstica de Flujo Instalada, es la relacin real entre el flujo de salida y la posicin de apertura cuando la vlvula est en funcionamiento dentro del sistema y la cada de presin a travs de ella es menor que la cada de presin total del sistema. La caracterstica de caudal inherente es la terica mientras que la instalada es la prctica.

Caracterstica de FlujoDiferentes tipos de vlvulas tienen diferentes caractersticas de flujo que generalmente se describen en forma grfica como % flujo versus % de apertura (o recorrido del vstago) ..Caracterstica de Flujo Instalada, es la relacin real entre el flujo de salida y la posicin de apertura cuando la vlvula est en funcionamiento dentro del sistema y la cada de presin a travs de ella es menor que la cada de presin total del sistema Una vlvula de apertura rpida es una vlvula que permite un aumento rpido del flujo con solo una pequea apertura inicial. La curva de apertura rpida muestra que con el 50% de apertura, hay un 80% del flujo total, y con el 25% apertura, hay algo menos del 50% del flujo total. Esto limita la capacidad de regulacin y hace que la vlvula de apertura rpida sea la que mejor se adapte para la operacin ON / OFF. Una vlvula lineal es una vlvula que permite el aumento del flujo al mismo ritmo de la apertura. La curva de la vlvula lineal muestra que con el 50% apertura, hay un 50% del flujo total, y con el 25% de apertura, hay un 25% del flujo total. La accin de estrangulamiento de esta caracterstica es buena, pero el la variabilidad del campo de medida o variabilidad del rango de medicin (Rangeability) se limita a alrededor de 10:01.

Caracterstica de FlujoUna vlvula de igual porcentaje, es una vlvula que permite un cambio porcentual en la rata de flujo igual al cambio porcentual en la apertura. Por ejemplo, si la apertura de la vlvula aumenta un 10% respecto a la apertura previa de la vlvula, el caudal se incrementa en un 10% respecto a su valor anterior. Esto mejora el control en las aberturas ms pequeas y expande la la variabilidad del campo de medida (rangeability) de la vlvula hasta un mximo de 50:1. Las vlvulas globo, de cuerpo dividido, de jaula, de bola y de tapn, estn disponibles con las partes internas caracterizadas para un flujo lineal o igual porcentaje. Una vlvula de caracterstica parablica, es aquella donde un incremento en la posicin del vstago (apertura de la vlvula) es proporcional al incremento de caudal e inversamente proporcional a la posicin del vstago. (F/Fmax) = (K/2)(x/xmax)2, donde F es el flujo y x es la apertura Para bajos valores de apertura tenemos ganancias altas y para altos valores de apertura tenemos ganancias bajas y bajan los % de caudal, al igual que en las vlvulas de igual porcentaje. Ver siguiente grfica

DIMENSIONAMIENTO DE LA VALVULA DE CONTROL CAVITACIN La cavitacin ocurre cuando la cada de presin es muy alta. Usualmente si P2/P1 > 0,5 no debera encontrarse cavitacin. Sin embargo si P2/P1 < 0,5 es mejor contactar a fbrica para que se analice el problema de la cavitacin. P1 y P2 en unidades de presin absoluta. Uno de los problemas de la cavitacin es que limita el flujo. La cavitacin produce burbujas que son vapor de fluido. Estos vapores ocupan 800 veces ms (en promedio) volumen que el lquido, por lo que el flujo se ve obstruido por la presencia de burbujas. Otro de los problemas es la destruccin de las partes internas de la vlvula, o las paredes internas del cuerpo o la caera. Dependiendo de la intensidad de la cavitacin, este fenmeno puede ser despreciable, o muy agresivo. Otro problema que conlleva la cavitacin es el ruido, que puede llegar a cientos de decibeles. Adems de ser molesto y estar probablemente fuera de normativa, el ruido es una indicacin de fuertes vibraciones, que pueden destruir las partes internas de la vlvula.

DIMENSIONAMIENTO DE LA VALVULA DE CONTROL

Caracterstica de Flujo

SELECCIN DE VLVULAS DE CONTROL1.- Determinar condiciones de servicio (P, Q, T, fluido, etc.). 2.- Calcular Cv requerido (preliminar). Analizar niveles de ruido y cavitacin. 3.- Seleccionar tipo de conjunto de componentes internos (trim). 4.- Seleccionar cuerpo de vlvula y tamao del trim. 5.- Seleccionar materiales del trim.

Como Dimensionar una vlvula de control. Ejemplo paso a paso . . . Asumamos que tenemos una vlvula de control regulando el flujo de salida de un fluido en un tanque en donde se quiere controlar el nivel a 25 pies. El flujo de entrada vara de 0 a 120 galones por minuto: El mximo flujo de salida Q, debe ser igual al mximo flujo de entrada es decir, 120 gpm. Dado que 1 pie de agua desarrolla una presin de 0,433 psi, con un nivel de 25 pies en el tanque la presin a travs de la vlvula ser: P = 25 x 0,433 = 10,8 psi Aplicando la frmula del apartado del articulo anterior (Cv de una vlvula) debemos conocer G y P. Para el ejemplo:

Como Dimensionar una vlvula de control. Ejemplo paso a paso . . . Cv = Q / (P/G) Donde Q = Flujo; P = es la cada de presin; debido a que el tanque descarga en la atmsfera, ser la que origina el lquido a la entrada de la vlvula, es decir 10.8 psi; G es la gravedad especifica del agua, es decir 1.0; P es la cada de presin; debido a que el tanque descarga en la atmsfera, P ser la que origina el lquido a la entrada de la vlvula, es decir 10.8 psi Cv = 125 /(10.8/1) = 36.5 En la siguiente figura se muestra una tabla del fabricante de vlvulas, donde detalla el diametro de la vlvula versus su Cv correspondiente a un porcentaje de apertura de la vlvula.

Como Dimensionar una vlvula de control. Ejemplo paso a paso . . . Debemos ahora encontrar la vlvula mas pequea capaz de entregar un Cv de 36,5. Para esto nos referimos a la anterior figura y encontramos que esta es una vlvula isoporcentual de 2 pulgadas. Ninguna vlvula mas pequea entrega este valor de Cv. Es imperante hacer que el Cv de la vlvula se produzca entre el 10% y 90% de la carrera, en nuestro caso a un 100% de apertura proporciona un Cv de 56.2, mas que suficiente para este caso. Si ahora en vez de descargar la vlvula a la atmsfera, asumamos que lo hace a un segundo tanque de 15 pies como observamos a continuacin:

Como Dimensionar una vlvula de control. Ejemplo paso a paso . . . En este caso, siendo los flujos de entrada y salida iguales que para el caso anterior, la cada de presin a travs de la vlvula ser: P = (25 pies - 15 pies) (0,433) = 4,33 pies Cv = Q / (P/ G) = 120/(4,33/ 1) = 57,7 Nuevamente buscamos la vlvula ms pequea capaz de entregar un Cv de 57,7. En la misma figura encontramos que sta es un vlvula de 2 pulgadas y media. Ntese que la capacidad de la vlvula depende tanto del tamao como de la cada de presin en el sistema. Como pueden darse cuenta dimensionar una vlvula no es muy difcil. Finalmente se recomienda verificar que la viscosidad no sea alta, es decir que su numero de Reynolds no sea mayor de 2000. Caso contrario se debe revisar la tabla del articulo anterior y aplicar el factor de correccin.

ACTUADOR El actuador tambin llamado accionador o motor, puede ser neumtico, elctrico o hidrulico, pero los ms utilizados son los dos primeros, por ser las ms sencillas y de respuesta rpida. Aproximadamente el 90% de las vlvulas utilizadas en la industria son accionadas neumticamente. Los actuadores neumticos constan bsicamente de un diafragma, un vstago y un resorte tal como se muestra en la figura. Lo que se busca en un actuador de tipo neumtico es que cada valor de la presin recibida por la vlvula corresponda una posicin determinada del vstago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presin es de 3 a 15 lbs/pulg. En la mayora de los actuadores se selecciona el rea del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presin de 12 lbs/pulg, produzca un desplazamiento del vstago igual al 100% del total de la carrera o recorrido.

ACTUADOR El funcionamiento de una vlvula de control implica el posicionamiento de sus partes mviles en relacin con el asiento estacionario de la vlvula. El propsito del actuador de la vlvula es ubicar con precisin el obturador de la vlvula en una posicin indicada por la seal de control. El actuador acepta una seal del sistema de control y, en respuesta, mueve la vlvula a una posicin totalmente abierta o totalmente cerrada, o una posicin ms abierta o ms cerrada (dependiendo de si la accin de control que se utiliza es "on/off" o "continua"). Hay varias maneras de proporcionar esta actuacin. Estudiemos los dos ms importantes: Neumticos. Elctricos. Actuadores neumticos - operacin y opciones Los actuadores neumticos se utilizan para accionar las vlvulas de control y estn disponibles en dos formas principales; actuadores de pistn y actuadores del diafragma.

ACTUADOR Actuadores neumticos

ACTUADOR Actuadores neumticos Actuadores de pistn. Los actuadores de pistn se utilizan generalmente cuando la carrera del actuador de diafragma es muy corta o el impulso es demasiado pequeo. El aire comprimido se aplica a un pistn slido contenido en un cilindro slido. Los actuadores de pistn pueden ser de actuacin simple o doble, puede soportar altas presiones de entrada y pueden ofrecer cilindros de volmenes ms pequeos, que pueden actuar a gran velocidad.

ACTUADOR Actuadores neumticos Actuadores de diafragma. Los actuadores de diafragma el aire comprimido se aplica a una membrana flexible llamada diafragma. La figura muestra un actuador de diafragma en el cual el rea efectiva del diafragma es prcticamente constante a lo largo de la carrera del actuador. Estos tipos de actuadores son de efecto simple, en el que el aire slo se suministra a un lado del diafragma, y pueden ser de accin directa (aire para abrir y resorte para retraerse) o de accin inversa (aire para cerrar y resorte para extenderse).

ACTUADOR Actuadores neumticos Actuador de accin directa (resorte para retraerse).El actuador de accin directa se disea con el resorte por debajo del diafragma, y con suministro de aire en el espacio por encima del diafragma. El resultado: al aumentar la presin de aire, el movimiento del eje es en la direccin opuesta al actuador de accin inversa. El efecto de este movimiento en la apertura de la vlvula depende del diseo y el tipo de vlvula utilizada, y se ilustra en la figura: configuraciones de vlvulas y actuadores. Sin embargo, hay una alternativa, que se muestra en la figura de esta pgina. Un actuador neumtico de accin directa se acopla a una vlvula de control con un conector para invertir la accin.

ACTUADOR Actuadores neumticos Actuador de accin directa-inversa

Configuraciones de vlvulas y actuadores

Actuador de accin directa y vlvula de control de accin inversa

ACTUADOR Actuadores neumticos La eleccin entre accin directa y la accin inversa de actuadores neumticos depende de la posicin que la vlvula debe revertir en el caso de un fallo del suministro de aire comprimido. Debe la vlvula cerrarse o abrirse completamente, ante un fallo del aire o de la energa elctrica? Esta eleccin depende de la naturaleza de la aplicacin y de los requisitos de seguridad. Esto tiene sentido para las vlvulas de vapor que cierran en caso de fallo de aire y las vlvulas de refrigeracin que abren en caso de falta de aire. Debe considerarse la combinacin de actuador y tipo de vlvula. La siguiente figura muestra el efecto neto de las diversas combinaciones.

ACTUADOR Actuadores neumticos

ACTUADOR Actuadores neumticos Efecto de la presin diferencial en el movimiento de la vlvula El aire que se suministra a la cmara del diafragma es la seal de control del controlador neumtico. La seal de presin de aire ms utilizada es de 0,2 bar a 1 bar (3 15 psi). Considere un actuador de accin inversa con un resorte estndar de 0,2 a 1,0 bar instalado en una vlvula de accin directa (ver figura).

ACTUADOR Actuadores neumticos Las frmulas utilizadas para determinar el empuje disponible para sostener una vlvula en su asiento para diferentes combinaciones vlvulas y de actuador se muestran en la siguiente figura, donde: A = rea efectiva del diafragma Pmax = mxima presin del actuador (normalmente 1,2 bar) Smax = Ajuste mximo del resorte en el banco Pmin = Presin mnima para el actuador (normalmente 0 bar) Smin = Ajuste mnimo d El empuje disponible para cerrar la vlvula tiene que cumplir tres funciones: 1. Superar la presin diferencial del fluido en la posicin cerrada. 2. Superar la friccin en la vlvula y el actuador, principalmente en los sellos de la vlvula y del vstago. 3. Proporcionar una carga sellante entre el obturador y el asiento de la vlvula para asegurar el grado de ajuste

ACTUADOR Actuadores neumticos

POSICIONADORES Para muchas aplicaciones, la presin de 0,2 bar a 1 en la cmara del diafragma puede no ser suficiente para compensar la friccin y las altas presiones diferenciales. Se podran utilizar un control de mayor presin y resortes ms fuertes, pero la solucin prctica es usar un posicionador. Se trata de un dispositivo adicional (ver figura), que suele ser instalado en el yugo o pilares del actuador, y est conectado al eje del actuador por un brazo de realimentacin con el fin de monitorear la posicin de la vlvula. Requiere su propia fuente de aire de alta presin, que utiliza para la posicionar la vlvula.

Posicionador neumtico bsico

POSICIONADORES El posicionador recibe una seal y la convierte en un valor de posicin de la vlvula, entregando al actuador la seal requerida para la apertura correcta de la vlvula.

POSICIONADOR NEUMTICO BSICO

POSICIONADORES Un posicionador compara la seal de entrada del controlador de la vlvula posicin y real se aplica una salida neumtica y al actuador para asegurar que la vlvula se mueve a la posicin correcta. Si la vlvula experimenta resistencia al movimiento, el posicionador sigue aplicando ms presin hasta que la vlvula se mueve a la posicin deseada posicin. Por ejemplo, un controlador enva una seal a un posicionador neumtico lineal. Ver Figura. Si la seal es neumtica, va directamente a los. Si la seal de es de 4 a 20mA mA, pasa por un transductor I/P y luego a los fuelles.

POSICIONADORES El cambio en la presin del aire del fuelle hace que el extremo del fuelle se mueva. El movimiento del fuelle hace que la viga gire sobre el eje de entrada. A medida que el eje gira, la distancia entre la lengeta y la tobera (boquilla) cambia. Esta cambia la presin de la tobera al rel, que a su vez cambia la presin enviada al actuador de diafragma. A medida que la presin en el actuador de diafragma cambia, se mueve el vstago de la vlvula, ya sea hacia arriba o hacia abajo. Existe un vnculo que transfiere el movimiento del vstago de la vlvula a la leva. El movimiento de la leva contra un rodillo en la parte posterior de la viga hace que el viga de pivotee sobre el eje de retroalimentacin. El fuelle est montado en el eje de retroalimentacin, por lo que el movimiento de la leva no tiene ningn efecto sobre el fuelle. El movimiento de la viga cambia la distancia entre la lengeta y la boquilla. Con el tiempo, las fuerzas se equilibran y el vstago de la vlvula est en la posicin deseada.

POSICIONADORES Un posicionador de vlvula es bsicamente un dispositivo que sensa tanto la seal de un instrumento (controlador) como la posicin del vstago de una vlvula. Su funcin principal es la de asegurar que la posicin de este vstago corresponda a la seal de salida del controlador o regulador. Por ejemplo, si el posicionador recibe una seal neumtica de 35%, debe dar la suficiente presin de aire al actuador para hacer que el recorrido del vstago sea de 35% de todo su rango.Posicionador neumtico bsico

POSICIONADORES Un posicionador puede efectivamente ser descrito como un controlador de lazo cerrado, que tiene como seal de entrada a la del instrumento, su salida que va al diafragma del actuador y su seal de realimentacin proveniente del vstago de la vlvula. Es usado en vlvulas que operan en rango partido, para invertir la accin de una vlvula de control, para superar las fuerzas de friccin dentro de una vlvula y en aplicaciones que requieren un control rpido y preciso. Normalmente, se monta sobre la vlvula de control.Posicionador neumtico bsico

POSICIONADORES El posicionador de la vlvula relaciona la seal de entrada y la posicin de la vlvula, y proporcionar una salida de presin al actuador para satisfacer esta relacin, de acuerdo con los requisitos de la vlvula, y dentro de los lmites de la mxima presin de suministro. Cuando un posicionador est conectado a un arreglo de vlvula "aire-paraabrir" y actuador, el rango del resorte se puede aumentar para aumentar la fuerza de cierre, y aumentar as la presin diferencial mxima que una vlvula en particular puede tolerar. La presin de aire tambin se ajustar segn sea necesario para superar la friccin, y de ese modo reducir los efectos de histresis. Cabe sealar que un posicionador es un dispositivo proporcional, y de la misma manera que un controlador proporcional siempre le dar una compensacin (offset), lo mismo ocurre con un posicionador. En un posicionador tpico, la banda proporcional puede ser entre 3 y 6%. La sensibilidad del posicionador por lo general se puede ajustar. Es esencial leer las instrucciones de instalacin y mantenimiento antes de la etapa de puesta en marcha.

ACTUADOR

POSICIONADORES Posicionadores digitales Algunas veces conocido como un posicionador inteligente, el posicionador digital monitorea la posicin de la vlvula, y convierte esta informacin en un formato digital. Con esta informacin, un microprocesador integrado ofrece funciones avanzadas de usuario, tales como: Alta precisin de la posicin de la vlvula.

Adaptabilidad para cambios en la condicin de la vlvula de control. Muchos posicionadores digitales usan mucho menos aire que los analgicos. Una rutina rpida para una fcil instalacin y calibracin. Diagnsticos digitales en lnea.

Monitoreo centralizado.* El uso de protocolos de comunicacin digital, como HART , Fieldbus, o Profibus.

POSICIONADORES Posicionadores digitales

TRANSDUCTOR I/p Un transductor corriente a presin neumtica (I/P) es un dispositivo que puede convertir la seal de salida el controlador electrnico, generalmente de 4 a 20 mA, en una salida neumtica estndar, 3 psig a 15 psig . Ver Figura. A medida que la corriente cambia, el campo magntico alrededor de las bobinas cambia de forma proporcional. Esto hace que la barra de equilibrio rote ligeramente, tapando o destapando la tobera (boquilla). La barra de equilibrio acta como lengeta en un sistema neumtico tpico. Esta rotacin de la barra de equilibrio cambia la presin en la parte superior del rel neumtico y cambia la seal de salida. La seal la salida se retroalimenta a travs de un fuelle o resorte de cero para que la barra de equilibrio contrarreste las fuerzas debido a los efectos magnticos.

TRANSDUCTOR I/P Un transductor I / P puede ser utilizado para proporcionar energa neumtica a actuadores de diafragma-resorte o para proporcionar una seal de entrada a un posicionador neumtico. La mayora de los transductores se conectan directamente a los dispositivos de control tales como actuadores de vlvulas, actuadores de compuerta y vlvulas. La salida del transductor a menudo se puede ajustar mediante un controlador para que coincida con la escala real del resorte del actuador.

Actuadores neumticos rotativos y posicionadores Estn disponibles actuadores para mover vlvulas rotativas, tales como las vlvulas de bola y de mariposa. El ms comn es el de tipo pistn, que comprende un eje central, dos pistones y una cmara central todo contenido dentro de una carcasa. Los pistones y el eje tienen una cremallera y un sistema de impulsin del pin. En su forma ms simple, el aire se introduce en la cmara central (figura), forzando los pistones hacia afuera. La disposicin de pin y la cremallera hace girar el eje, y ya que este ltimo se acopla al vstago de la vlvula, la vlvula se abre o se cierra. Cuando la presin del aire se alivia, el movimiento del eje en sentido contrario se produce debido a la fuerza de los resortes de retorno (Figura).

Actuadores neumticos rotativos y posicionadores

Actuadores elctricos Cuando una fuente neumtica no est disponible o conveniente, es posible utilizar un actuador elctrico para controlar la vlvula. Actuadores elctricos utilizan un motor elctrico con los requisitos de voltaje en el siguiente rango: 230 VAC, 110 VAC, 24 VAC y 24 VDC. Hay dos tipos de actuador elctrico; VMD (vlvula accionada por motor) y modulante. VMD (vlvula accionada por motor) Esta versin bsica del actuador elctrico tiene tres estados: 1. Abriendo la vlvula. 2. Cerrando la vlvula. 3. Sin movimiento.

Actuadores elctricos La siguiente figura muestra el sistema de VMD, donde se controla el recorrido de avance y retroceso del actuador directamente desde cualquier interruptor externo de 3 posiciones o 2 posiciones. Los interruptores estn clasificados segn la tensin del actuador y podrn ser sustituidos por rels adecuados.

VARIADORES ELECTRONICOS DE VELOCIDAD Un accionamiento de velocidad variable es un dispositivo que vara la velocidad de un motor elctrico. Muchos elementos finales, como sopladores, ventiladores, compresores, y las bombas funcionan con motores elctricos. La posibilidad de variar la velocidad del motor permite que el elemento final pueda variar la cantidad de material movido. Un variador de velocidad CA cambia la frecuencia de la tensin aplicada al motor para cambiar la velocidad del mismo. vase la figura. Los motores industriales de CA son accionados generalmente por electricidad trifsicos sincrnica, donde la frecuencia de cada fase es de 60 Hz. Esto significa que el campo magntico giratorio del motor arrastra la armadura (rotor) del motor a casi la misma velocidad que el campo magntico giratorio. Las velocidades Estndar del motor de induccin jaula de ardilla es de alrededor de 1750 rpm o 3500 rpm para una rotacin de los campos magnticos giratorios de 1800 rpm y 3600 rpm. Al cambiar la frecuencia a algo menos de 60 Hz se reduce la velocidad del motor. El motor debe estar diseado para trabajar con frecuencia de CA variable.

VARIADORES ELECTRONICOS DE VELOCIDAD

VARIADORES ELECTRONICOS DE VELOCIDAD El desarrollo de variadores de velocidad de estado slido a bajo costo ha incrementado el uso de estos dispositivos, en sustitucin de las vlvulas de control convencional en aplicaciones de flujo. Los variadores de velocidad son alternativas atractivas para el control vlvulas, ya que ahorran energa y dinero en la mayora de las aplicaciones. Tambin hay disponibles variadores de velocidad para motores DC. Un variadores de velocidad DC cambia la magnitud de la tensin aplicada al motor para cambiar la velocidad del motor. Un tipo comn de motor de CC es el motor de torque en CC de transmisin directa. Motores de torque se utilizan generalmente para los sistemas de posicionamiento de alto par y en los sistemas de control de baja velocidad.

Vlvula Annular

VLVULAS INTELIGENTES DE CONTROL La vlvula convencional presenta los siguientes problemas: El posicionador neumtico no provee una regulacin muy exacta. El posicionador neumtico es difcil de ajustar. Bsicamente el nombre de vlvula inteligente se debe a la presencia de un posicionador digital que reemplaza al posicionador tradicional. En el diagrama en bloques mostrado en la figura siguiente, el controlador digital de vlvula (DVC) se ubica dentro del posicionador digital cuyas ventajas principales son: Provee una mejor regulacin que el posicionador tradicional. Al tener microprocesador realiza funciones y control, diagnstico y comunicacin con un host (PC, DCS o Hand Held). La autocalibracin de la vlvula se da en pocos minutos. La vlvula puede ser monitoreada, obteniendo informacin de la posicin del vstago y la seal de entrada, as como alarmas de estado o de proceso. Fuera de servicio, pero en lnea, se pueden realizar pruebas como: histresis, "signature" de la vlvula (actuador vs. desplazamiento del actuador), respuesta a escaln.

Diagrama de bloques de una Vlvula Inteligente (cortesa de Fisher)

Las variables medidas son: Desplazamiento del vstago Presin del actuador Seal de control desde el controlador (4-20 mA)

VLVULAS INTELIGENTES DE CONTROL Particularmente en esta vlvula se utiliza el protocolo Hart para comunicaciones. Existen otros protocolos cuyas caractersticas son materia de otro curso.

En la tabla que sigue, se muestra la informacin accesible remotamente de una vlvula inteligente. Se observa la informacin de identificacin, las de diagnstico, calibracin y otras.

VLVULAS INTELIGENTES DE CONTROL

En la tabla que sigue, se muestra la informacin accesible remotamente de una vlvula inteligente. Se observa la informacin de identificacin, las de diagnstico, calibracin y otras.

VLVULAS INTELIGENTES DE CONTROL Actualmente, ms del 40% de la instrumentacin local que se instala (transmisores, analizadores, vlvulas de control, etc.) se hace con el calificativo de inteligente, incorporando funciones de clculo, control, autodiagnosis, calibracin remota, etc. En la actualidad la comunicacin de los instrumentos inteligentes con los SCDs, son con protocolos hbridos (seal 4 20 mA + seal digital) donde el denominado HART es el ms usado. La tendencia futura es tratar de normalizar y estandarizar la comunicacin totalmente digital existiendo ya disponibilidad de equipos con protocolos digitales puros (Field Bus Foundation). Obviamente el mundo de las vlvulas de control no han quedado ajeno a estos avances tecnolgicos y actualmente se han incorporado posicionadores y controladores expertos inteligentes que se pueden montados en cualquier vlvula de control.

VLVULAS INTELIGENTES DE CONTROL

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