TemperaturaLas mediciones de temperatura son unas de las comunes y las de ms importancia, que se efectan en los procesos industriales. Casi todos los fenmenos fsicos estn afectados por ella. La temperatura se usa para afectar a otras variables del proceso. La teora clsica muestra a la temperatura como una forma de energa asociada con la actividad molecular de una substancia. Existen diversos fenmenos que son influidos por la temperatura y que son aprovechados para medirla Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos ( slidos , lquidos o gases ) Variacin de la resistencia de un conductor ( RTD ) Variacin de la resistencia en un semiconductor ( termistores ) La fuerza electromotriz creada en la unin de dos metales distintos Intensidad de la radiacin total emitida por un cuerpo ( pirmetro de radiacin ) Otros fenmenos utilizados en laboratorios (velocidad del sonido en un gas , frecuencia de resonancia en un cristal , etc ) TERMOMETRO BIMETALICO: Se basan en el distinto coeficiente de dilatacin de dos metales diferentes tales como latn, monel o acero y una aleacin de ferronquel o invar, laminados conjuntamente en una tira, la lmina puede ser recta o curva formando espirales o hlices Un termmetro bimetlico tpico, contiene pocas partes mviles, tan solo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o hlice y el propio elemento bimetlico, por lo que casi no hay rozamiento, y por lo tanto el mantenimiento es mnimo

Ntese que adems la sonda debe ir protegida , por un termo pozo , que normalmente es fabricado a partir de una barra maciza de acero , normalmente , acero inoxidable 316 , que es la que esta en contacto con el fluido del proceso.

TERMOMETRO DE BULBO Y CAPILAR ( SISTEMA TERMAL LLENO ) Estos consisten bsicamente en un bulbo , conectado por un capilar a una espiral . Cuando la temperatura del bulbo cambia , el gas o el liquido , en el bulbo se expande y la espiral tiende a desenrollarse , moviendo una aguja sobre una escala para indicar la variacin de temperatura Existen cuatro clases de tipos de termmetros Clase I Termmetro actuado por liquido Clase II Termmetro actuado por vapor Clase III Termmetro actuado por gas Clase IV Termmetro actuado por mercurio

RESISTENCIA DETECTORA DE TEMPERATURA Consiste en un arrollamiento de hilo muy fino de conductor bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o cermica El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado coeficiente de temperatura de resistencia que expresa que a una temperatura especifica , la variacin de la resistencia en del conductor por cada grado que cambie su temperatura La relacin entre estos dos factores puede verse en la siguiente expresin : Rt = R ( 1 + t ) En la que R = Resistencia en a la temperatura inicial Rt = Resistencia en a la temperatura final = Coeficiente de temperatura de resistencia t = Temperatura final Los materiales que se usan normalmente en las sondas de resistencia son el platino y el nquel . El platino es el material ms adecuado desde el punto de vista de exactitud y de estabilidad pero es algo costoso. El nquel es mas barato que el platino y presenta una resistencia mas elevada en la variacin por cada grado , pero tiene como desventaja la falta de linealidad en la relacin resistencia-temperatura.

En general la sonda de resistencia mas usada en la industria es la llamada Pt100 , la cual es una sonda de platino , que tendr una resistencia de 100 a 0 C En la tabla podemos ver que a 0C , tendremos una resistencia de 100 , en cada incremento de 1 C la resistencia se incrementa en aproximadamente 0.391 , por lo a un incremento de 10 C tendremos en la tabla un resistencia de 103.902 La sonda de una RTD normalmente se presenta en 3 o en 4 hilos , precisamente para efectos de compensacin de temperatura , y se conecta como una resistencia variable a un circuito transductor , como el puente de Wheatstone , como ya se describi anteriormente.

El puente se conecta a un transmisor para poder enviar al cuarto de control una seal estndar de 4 20 mA proporcional a la temperatura que se est midiendo TERMOPARES Se basan en el efecto descubierto por Seebeek , de la circulacin de una corriente en un circuito cerrado formado por dos metales diferentes cuyas uniones , unin fra y unin caliente , se mantienen a distinta temperatura

TIPOS DE TERMOPARES La seleccin de los alambres para termopares se hace de forma que tengan una resistencia adecuada a la corrosin , a la oxidacin , a la reduccin y a la cristalizacin , que desarrollen una fem relativamente alta , que sean estable y de bajo costo de baja resistencia elctrica y que la relacin entre temperatura y la fem sean proporcionales

En resumen el termopar genera un pequeo milivoltaje de acuerdo con el cambio de temperatura , lgicamente debe ir conectado a un transmisor , para poder enviar la seal al cuarto de control.

Cuando el termopar esta instalado a una distancia considerable del instrumento , no se conecta directamente al mismo sino que por medio de un cable de extensin o compensacin. Los cables de extensin son conductores con propiedades elctricas similares a las del termopar que prolongan hasta ciertos limites de temperatura y son mas econmicos, El uso de cables de extensin es claro en el caso de termopares tipo R o S , debido al elevado precio del platino que encarecera el costo del cable hasta el cuarto de control.

PIROMETRO OPTICO Se basa en la desaparicin de un filamento de una lmpara al compararlo visualmente con la imagen del objeto enfocado . El operador vara la corriente de la lmpara hasta que el filamento de la misma deje de verse sobre el fondo del objeto caliente enfocado.

Los pirmetros pticos automticos son parecidos a los de radiacin infrarroja y consisten esencialmente en un disco rotativo que modula desfasadas la radiacin del objeto y la de una lmpara estndar que inciden en un fototubo multiplicador. Este enva una seal de salida en forma de onda cuadrada de impulsos de corriente continua que convenientemente acondicionada modifica la corriente de alimentacin de la lmpara estndar , hasta que coinciden en brillo la radiacin del objeto y la de la lmpara. En este momento la intensidad de corriente que pasa por la lmpara es funcin de la temperatura.

PIROMETROS INFRARROJOS Estos captan la radiacin espectral del infrarrojo , invisible al ojo humano , y puede medir temperaturas menores de 700C , supliendo al pirmetro ptico , que solo puede trabajar eficazmente a temperaturas superiores a 700C , donde la radiacin visible emitida es significativa Las temperaturas medidas abarcan desde valores inferiores a 0 C hasta mas de 2000 C En la figura se puede ver el esquema de un pirmetro de infrarrojo . La lente filtra la radiacin infrarroja emitida por el rea del objeto examinado y la concentra en un sensor de temperatura fotorresistivo que la convierte en una seal de corriente de 4 20 mA.

VALVULAS DE CONTROL ELEMENTO FINAL DE CONTROL Es aquella parte de un sistema de control que cambia directamente el valor de la variable manipulada , con la finalidad de mantener a la variable controlada dentro de los limites requeridos Recordemos cmo es un sistema de control de lazo cerrado retroalimentado

El elemento final de control , puede ser una bomba , un regulador , un restrictor y en la mayora de las veces una vlvula de control. En los procesos industriales modernos ,

el elemento final de control tiene un papel muy importante en las operaciones de automatizacin que se llevan a cabo , ya que de ellas depende la correcta distribucin y control de los fluidos. Fundamentalmente una Vlvula de control esta constituida por el cuerpo de la vlvula y por el actuador o servomotor neumtico .

El fluido pasa a travs de el cuerpo de la vlvula y es obstaculizado por una abertura variable entre una parte mvil , llamada tapn y una parte fija llamada asiento . El tapn esta unido al actuador por un vstago , y es el actuador el que produce el movimiento del tapn , dependiendo de la seal de control recibida , ser la posicin que este adopte . El actuador o servomotor recibe generalmente una seal de control de 3-15 psi y la convierte mediante un diafragma , o en ocasiones usando un pistn , en una fuerza que acta moviendo al tapn. El actuador de diafragma es el ms empleado an cuando se trate de Instrumentacin Electrnica . En este caso se utilizar un convertidor de corriente a presin ya que el controlador enva una seal de 4 a 20 mA , y el actuador trabaja con una seal neumtica de 3 a 15 psi. TIPOS DE VALVULAS

Las Vlvulas de Control se dividen en dos tipos : reciprocantes y rotatorias. Las vlvulas reciprocantes o de movimiento lineal son aquellas en las que el obturador se mueve en la direccin de su propio eje.

Funcionamiento : Tomando como base el esquema anterior ,la seal neumtica , de 3 a 15 psi , entra por la parte superior de la caja de el diafragma , con la que vence la accin del resorte , moviendo el vstago hacia abajo y empujando el tapn hacia el asiento por lo que se obstruye el paso de el fluido. Cuando la seal disminuye entonces el resorte vence la accin de la seal neumtica , empujando hacia arriba el vstago y arrastrando consigo al tapn por lo que permite el paso de el fluido al despegarlo de el asiento . VALVULAS ROTATORIAS

Son aquellas en las cuales el obturador tiene un movimiento circular , se clasifican en : vlvula de obturador excntrico , de obturador cilndrico , vlvula de mariposa , vlvula de bola , etc

Principio de operacin

Basados en la figura anterior , el aire entra a la cmara de el diafragma , venciendo la accin del resorte , lo cual empuja los eslabones , estos pivotean en el punto de unin por lo produce un movimiento angular en el tapn , permitiendo u obstruyendo el paso de el flujo POSICION DE SEGURIDAD

Las vlvulas tiene una condicin de seguridad que tiene que ver con la falla de aire : a falla de aire abre y a falla de aire cierra Por ejemplo si la vlvula se localiza en un lugar donde se considera zona peligrosa , ya que se pudiera presentar un conato de incendio , si por la tubera pasa gas , en el siniestro lo recomendable es no alimentarlo as que se seleccionara una vlvula que cierre a falla de aire (FC ) . Por lo contrario , si la vlvula controla una lnea de agua de contra incendio , lo deseable es que no haya ninguna restriccin al libre fluir del agua , por lo que se seleccionara una vlvula a falla de aire abre (FO )

Los cuerpos de las vlvulas de control pueden tener dos tipos de acciones . Se dividen en vlvulas de accin directa , cuando tienen que bajar para cerrar , e inversa cuando tienen que bajar para abrir La misma definicin se puede aplicar para los actuadores , que son de accin directa cuando al aplicar el aire , el vstago se mueve hacia abajo , e inversa cuando al aplicar el aire el vstago se mueve hacia arriba CARATERISTICA DE UNA VALVULA

El tapn determina la caracterstica de caudal de una vlvula es decir la relacin que existe entre la carrera del tapn y la cantidad de fluido que pasa por la vlvula La caracterstica de un fluido incompresible que fluye en condiciones de presin diferencial constante a travs de la vlvula se denomina caracterstica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como la abscisa a la carrera

del tapn y a la ordenada el porcentaje de caudal mximo bajo una presin diferencial constante Las curvas caractersticas ms significativas son : apertura rpida , lineal e igual porcentaje , siendo las ms empleadas las dos ltimas Las curvas caractersticas se obtienen mecanizando el tapn para que , al variar la carrera del orificio de paso variable entre el contorno de el tapn y el asiento determine la caracterstica de la vlvula El tapn con caracterstica de apertura rpida tiene la forma de un disco plano , con lo que el caudal aumenta mucho al principio de la carrera llegando rpidamente al mximo

BY PASS Cuando se requiera dar mantenimiento a una vlvula de control , para poder retirarla de su lugar , y continuar con la operacin de el proceso y adems garantizar la seguridad de el personal de mantenimiento se hace necesario una desviacin o By Pass

VALVULA SOLENOIDE En ocasiones para garantizar el funcionamiento seguro de un equipo o de un sistema se hace necesario recorrer al equipos especiales que garanticen la operacin segura de

el lazo de control . Uno de esos equipos especiales puede ser el uso de la vlvula solenoide Funcionamiento : apoyndose en la figura se puede apreciar que cuando esta en reposo o desenergizada el resorte hace que el tapn cubra totalmente al asiento manteniendo la vlvula cerrada , impidiendo el paso de el fluido de un puerto al otro . Cuando la solenoide es energizada , se crea un campo magntico , que atrae a la armadura , venciendo la fuerza de el resorte , lo cual hace que el tapn se aleje de el asiento , permitiendo con esto el paso de el fluido de un puerto al otro de la vlvula .

VALVULA SOLENOIDE DE TRES VIAS Una vez que hemos comprendido el funcionamiento de la vlvula solenoide de dos vas , se entiende fcilmente el funcionamiento de la solenoide de tres vas , veamos el esquema Veamos el siguiente esquema donde se ilustra la manera de aplicar la solenoide para garantizar la operacin segura de una vlvula

EMPAQUES Para garantizar el sellado , sobre todo en el ensamble de actuador y cuerpo de la vlvula se hace necesario el uso de empaque como se ha visto en las ilustraciones anteriores , estos son retenidos por una pequea brida y asegurada con sus respectivos esprragos

Los materiales mas usados son los siguientes : Tefln Tefln impregnado de asbesto Asbestos grafitado Semimetalico El lubricante mas usado es grasa de silicn el cual es adecuado para altas presiones y temperaturas de hasta 500 F , sobretodo cuando se usan empaques del tipo semi metlico TIPOS DE VALVULAS : Las vlvulas pueden ser de varios tipos segn sea el diseo del cuerpo y el movimiento del obturador , como hemos visto anteriormente se clasifican segn el movimiento del obturador en : Vlvulas de movimiento lineal y vlvulas de movimiento rotatorio . Vlvulas en movimiento lineal : Como ya se ha visto las vlvulas de movimiento lineal son aquella que el tapn se mueve en direccin de su propio eje , estas a su vez se clasifican en : Vlvulas de Globo .- Llamadas as por disponer de un tapn en forma de globo , se caracteriza porque su flujo de entrada o salida es perpendicular al eje del tapn , como se ve en la figura : Las vlvulas de simple asiento , que cierran en contra de la presin de el proceso , requieren de un actuador de mayor tamao . Por lo tanto se emplean cuando la presin diferencial del fluido es baja cuando se requiere que la fuga de el fluido a travs de la vlvula en posicin de cierre , sea mnima , Para lograr el cierre hermtico , se obtiene con asientos provistos de una arandela de tefln o de otros materiales blandos como el vitn

Vlvula en ngulo : La vlvula en ngulo presenta un flujo de salida perpendicular al flujo de entrada con un recorrido menos turbulento que la vlvula de globo , por lo que permite tener un flujo de caudal ms regular , til para fluidos con slidos en suspensin cuando tiene una velocidad excesiva El diseo de la vlvula es idneo para el control de fluidos que vaporizan ( flasheo ) , es decir , para fluidos que dentro del estrechamiento existente , en las partes internas ( entre el obturador y el asiento ) y debido a una alta presin diferencial , han aumentado su velocidad y se encuentran a una presin inferior al punto de vaporizacin VALVULA DE TRES VIAS : La vlvula de tres vas se usa generalmente , para mezclar fluidos , o bien para derivar de un flujo a dos salidas , las vlvulas de tres vas intervienen tipcamente en el control

de temperatura de intercambiadores de control , facilitando un control muy rpido de la temperatura

VALVULA DE JAULA : Esta vlvula recibe este nombre porque el orificio esta dispuesto como una jaula o bien con los orificios dispuestos en una jaula fija en cuyo interior se desliza el tapn , o bien con orificios en el tapn en cuyo caso se denomina vlvula de jaula mvil La vlvula de jaula fija puede tener los orificios mecanizados de tal modo que la relacin carrera-caudal obtenida al moverse el obturador , proporcione las caractersticas de caudal deseadas . Por otra parte permite un fcil desmontaje del obturador y favorece la estabilidad de funcionamiento al incorporar orificios que permiten eliminar prcticamente el desequilibrio de fuerzas producidas por la presin diferencial del fluido 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 esta contenido dentro de la jaula , la vlvula es muy resistente a las vibraciones y al desgaste . Por otro lado el tapn puede disponer de aros grafitados que asienten contra la jaula y permiten lograr as un cierre hermtico . Sin embargo no es la vlvula adecuada cuando el fluido es pegajoso , viscoso o contiene slidos en suspensin , ya que entonces el fluido tiende a colocarse entre el tap y la jaula y puede dar lugar a obstrucciones

VALVULA DE COMPUERTA : Esta vlvula efecta su cierre con un disco vertical plano , o de forma cuadrada y que se mueve verticalmente al flujo . Por su disposicin es adecuada generalmente para control todo-nada ( on off ) , ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse

VALVULA EN Y : Tiene el asiento y el obturador inclinados 45 respecto al flujo de el fluido . Si el cuerpo esta montado en horizontal , es difcil desmontar las partes internas inclinadas 45 . Es adecuada como vlvula de cierre y control .Como vlvula on-off se caracteriza por su baja perdida de carga y como vlvula de control presenta una gran capacidad de caudal

VALVULA DE CUERPO PARTIDO : Esta vlvula es una modificacin de la vlvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales esta 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 emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria VALVULA SAUNDERS : Tambin conocida como vlvula de diafragma el obturador es una membrana flexible que a travs de un vstago unido a un servomotor , es forzada contra un resalte del cuerpo , que acta como asiento , 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 negros o agresivos o bien en el control de fluidos que contienen slidos en suspensin

VALVULAS CON TAPON DE MOVIMIENTO CIRCULAR La vlvula de movimiento excntrico rotativo ( camflex ) es una forma derivad de la vlvula de bola segmentada . Consiste en un obturador de superficie segmentada esfrica que se auto alnea durante el movimiento de giro excntrico , proporcionando un movimiento de cierre hermtico y unas fuerzas de fluido bajas . Esto permite utilizar un servomotor de par reducido VALVULA DE MARIPOSA En esta vlvula el cuerpo esta formado por un anillo cilindrico dentro de el cual gira transversalmente un disco circular . El servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par mximo cuando la vlvula est casi cerrada siempre que la presin diferencial permanezca constante VALVULA DE BOLA Estas vlvulas tienen una cavidad interna esfrica que contiene un tapn en forma de esfera o bola , de ah su nombre , dicha bola tiene en el centro un barreno de el tamao de la tubera , en ocasiones la bola esta segmentada , su uso principal es en fluidos con slidos en suspensin

VALVULA MACHO Es similar a la vlvula de bola , solo que su tapn es de forma cilndrica , con un orificio transversal igual al dimetro interior de la tubera , el macho ajusta con el cuerpo de la vlvula y tiene un movimiento de giro de 90 , se usa generalmente para el control onoff de lquidos o gases Microinterruptores de fin de carrera : Estn colocados en el yugo de la vlvula y son accionados por una pequea palanca fijada al vstago . Pueden ser electromecnicos o de proximidad , permiten la sealizacin a distancia , en cuarto de control , de la apertura , del cierre o de el paso por una o varias posiciones determinadas del obturador de la vlvula . Revelan los puntos de posicin con mucha mayor seguridad que la simple indicacin de salida del controlador leda en un manmetro situado en el panel de control , no presentan la posibilidad de una avera en la lnea neumtica

POSICIONADOR Las fuerzas de desequilibrio que actan en una vlvula de control influyen en la posicin del vstago de la vlvula y hacen que el control sea errtico y en ocasiones inestable . Estas fuerzas pueden compensarse usando el posicionador Esencialmente es un controlador proporcional de posicin con punto de consigna procedente del controlador , con valores variables entre 3 a 15 psi . El posicionador compara la seal de entrada con la posicin del vstago y si no es la correcta , es decir existe una seal de error , enva mas aire o bien lo elimina en el grado necesario para que la posicin del vstago corresponda exactamente a la seal recibida