Valvulas de Control

ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

VÁLVULAS DE CONTROL DE FLUJO

John Fredy Martínez Cardona 600171

Uno de los elementos finales de control más comunes en sistemas de control industrial es la válvula de control. Una “válvula de control” restringe el flujo de fluído a través de una tubería al mando de una señal automatizada, como la señal de un lazo de control o dispositivo lógico. (PLC).


El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y está provisto de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Está unido a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el servomotor.

Cuerpo de la válvula


Algunos diseños de válvulas de control se destinan para el control discreto (on/off) de flujo de fluídos, mientras que otras se diseñan para obturar el flujo de fluídos entre abierto y cerrado.

El equivalente eléctrico de una válvula on/off es un interruptor, mientras que el de una válvula de obturación es una resistencia variable.


Las válvulas de control se componen de dos partes principales: el cuerpo de la válvula, que contiene todos los componentes mecánicos necesarios para influir en el flujo de fluidos, y el actuador de la válvula, que proporciona la energía mecánica necesaria para mover los componentes en el cuerpo de la válvula.

Dentro de un cuerpo de la válvula de control, los componentes específicos que realizan el trabajo de obturación (o cierre) del flujo se denominan guarnición de la válvula (valve trim). Para cada tipo significativo de válvula de control, por lo general hay muchas variantes de diseño de la guarnición. La elección del tipo de válvula y un asiento específico, es una decisión dictada por el tipo de fluido a controlar, la naturaleza de la acción de control (on / off en comparación con la obturación –estrangulamiento-), las condiciones del proceso (medida de caudal esperado, temperatura, presión, etc.) y la economía.


CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL


VÁLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL O RECIPROCO:

Son aquellas en las cuales el obturador se mueve en la dirección de su propio eje y se clasifican de la siguiente manera.


Válvula de globo:

Puede ser construida de simple o doble asiento. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto se emplean cuando la presión del fluido es baja y se requiere que las fugas en posición de cierre sean mínimas.

Las válvulas de doble asiento, se emplean cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En la posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.


Válvula de compuerta:

Esta 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 ideal para el control todo-nada ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse, la compuerta y el sello presentan rápida erosión y provocan turbulencia.


Válvulas de diafragma:


Las válvulas de diafragma utilizan una lámina flexible se aprieta contra el borde de una presa sólida para reducir la trayectoria del flujo de fluidos. Estas válvulas son adecuadas para los flujos de sólidos que contienen partículas finas, como lodos, aunque el límite de precisión puede ser difícil de lograr debido a la elasticidad del diafragma. La siguiente imagen muestra una válvula de diafragma accionada por un motor eléctrico que se utiliza para controlar el flujo de las aguas residuales tratadas.

Válvula de jaula:

Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula.

Como el obturador está contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones y al desgaste.


Válvula en ángulo:

Esta válvula permite obtener un flujo de caudal sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosión cuando ésta es considerable, debido a las características del fluido o por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión.


Válvula de tres vías:

La válvula de tres vías se emplea generalmente para mezclar fluidos, válvulas mezcladoras, o bien para derivar de un flujo de entradados de salida. valvulas diversoras. Las válvulas de tres vías intervienen típicamente en el control de temperatuda de intercambiadores de calor, facilitando un control muy rápido de la temperatura, gracias a que el fluido de calefacción (vapor o fluido témico) puede derivar a través de la válvula, sin pasar por el intercambiador.


Válvula en "Y”:

Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de auto drenaje cuando esta instalada inclinada con un cierto Angulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.


Válvula de cuerpo partido:

Esta es una modificación de la válvula de globo de simple asiento, con el cuerpo partido en dos partes entre las cuales está presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria.


Válvula Saunders:

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 por que el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o plástico para trabajar con fluidos agresivos.



Válvulas de vástago rotativo:

Una estrategia diferente para controlar el flujo de líquido es insertar un elemento rotatorio en la trayectoria del flujo. En lugar de deslizar un vástago dentro y fuera del cuerpo de la válvula para accionar un mecanismo de estrangulación, las válvulas rotativas se basan en la rotación de un eje para el accionamiento del asiento. Una ventaja importante de las válvulas de control rotativo sobre el diseño de las de vástago corredizo tales como la válvula de globo y válvula de diafragma es prácticamente una obstrucción menor para el líquido cuando la válvula está completamente abierta.

Válvulas de bola:

El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola (de ahí su nombre). La bola 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 lo gra con un aro de teflón incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la válvula está cerrada. En posición de apertura total, la válvula equivale aproxi madamente 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.


Válvulas de mariposa:

Las válvulas mariposa son muy fáciles de entender: el elemento “mariposa” es un disco que gira en la trayectoria del flujo de fluidos. Cuando está paralelo al eje del flujo, el disco presenta una obstrucción mínima, cuando es perpendicular al eje, el disco bloquea completamente cualquier flujo. El cierre hermético del flujo es difícil de obtener en el diseño clásico de la mariposa a menos que el área de descanso está forrado con un material suave(anillo de goma encastrado en el cuerpo).

En la selección de la válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posicio nes de completa apertura y de cierre; se necesita una fuerza grande del actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada.


Válvulas de disco:

Las válvulas de disco (a menudo denominadas como válvulas de disco excéntrico, o válvulas de mariposa de alto rendimiento) son una variación en el diseño de mariposa destinadas a mejorar el cierre del asiento. El centro del disco está desplazado de la línea central del eje, provocando que se aproxime el asiento con una acción de "leva" que resulta en una alta presión de asiento. Por lo tanto, un cierre hermético del flujo es posible incluso cuando se usan sellos y discos de metal.

La siguiente figura muestra el cuerpo de una válvula de control, con el disco en una posición parcialmente abierta:


ACTUADORES DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL

Los actuadores son los elementos que distinguen entre las válvulas y válvulas de control. La industria del actuador se ha desarrollado para responder a una amplia variedad de necesidades de proceso y los deseos del usuario. Los actuadores están disponibles con muchos diseños, las fuentes de energía y capacidades. La selección adecuada implica el conocimiento del proceso, el conocimiento de la válvula, y el conocimiento del actuador.

La selección apropiada y el tamaño son, por tanto, muy importante. El actuador representa una porción significativa del precio total del paquete de control de válvulas, y la selección cuidadosa puede minimizar los costos.

Los siguientes parámetros deben ser conocidos en el comienzo del proceso de selección. Son importantes porque rápidamente se estrecha el proceso de selección.


• Disponibilidad Fuente de energía

• Requisitos-modo de fallo

•Par o requisitos de empuje (capacidad de actuador)

•Funciones de control

•Economía

•Tamaño, estructura modular, Fácil mantenimiento, Fuente de energía.


El propósito del actuador de una válvula de control es proporcionar la fuerza motriz para hacer funcionar el mecanismo de la válvula. Ambos tipos vástago corredizo y válvulas de control rotativas gozan de la misma selección de actuadores: motor neumático, hidráulico, eléctrico y de mano (manual).


Actuadores neumáticos.Actuadores de diafragma:

El más popular y ampliamente utilizado actuador de válvulas de control es el neumático de estilo muelle y diafragma como el que se ve en la figura. Los actuadores de diafragma son extremadamente simples y ofrecen bajo costo y alta confiabilidad. Los actuadores de diafragma normalmente operan en los rangos de señal estándar de 3 a 15 psig (0,2-1 bar). Por lo tanto, suelen ser adecuados para servicios de regulación usando las señales directamente del instrumento.


La presión de aire necesaria para motivar a un actuador neumático puede provenir directamente de la salida de un controlador de proceso neumático, o de un transductor de señal (o convertidor) convirtiendo una señal eléctrica en una señal de presión de aire. Estos transductores son comúnmente conocidos como convertidores I / P o "I a P“. Ya que ellos traducen una señal de corriente eléctrica (I) de 4 a 20 mA DC en una señal de presion de aire (P) de 3 a 15 PSI.

En la figura podemos observar diferentes tipos de convertidores I/P los cuales realizan la misma función.


Actuadores hidráulicos:

Los actuadores hidráulicos utilizan la presión del líquido en lugar de presión de gas para mover el mecanismo de la válvula. Casi todos los diseños de actuador hidráulico utiliza un pistón en vez de un diafragma para convertir la presión del fluido en fuerza mecánica. La contribución de los actuadores de pistón de alta presión se presta bien a las típicas presiones del sistema hidráulico, y la naturaleza de lubricación del aceite hidráulico ayuda a superar la fricción característica de los actuadores tipo pistón. Algunos actuadores hidráulicos contienen sus propias bombas controladas eléctricamente para proporcionar energía al fluido, por lo que la válvula está realmente controlada por una señal eléctrica. Otros actuadores hidráulicos se basan en un sistema de alimentación independiente líquido (bomba, depósito, enfriador, válvulas solenoide o manuales) para proporcionar la presión hidráulica con la cual funcionar.


Actuadores eléctricos:

Los motores eléctricos se han utilizado durante mucho tiempo para accionar válvulas de gran tamaño, tanto en modo on / off o servicios de regulación. Los avances en el diseño del motor y circuito de control de motor ha traído la tecnología de la válvula accionada por motor (MOV) al punto donde esta compite regularmente con tecnologías como el actuador neumático.

Un actuador eléctrico se ve en la figura, proporcionando el accionamiento rotativo a una válvula de bola. Este actuador eléctrico particular viene con una manivela para operación manual, en caso de que el motor eléctrico falle.


Actuadores manuales:

Las válvulas pueden ser accionadas sólo por esfuerzo manual . Las siguientes son todas válvulas "manuales " las válvulas, requieren la intervención de un operario para accionar.


BIBLIOGRAFÍA.


Lessons In Industrial InstrumentationBy Tony R. KuphaldtVersion 0.4 – Released January 11, 2009.

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