Actuadores hidráulicos y neumáticosVálvulas de control de caudal

2005 - II

Actuadores Dispositivos capaces de generar una fuerza a

partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa.

Reciben la orden de un regulador o controlador, y dan una salida necesaria para activar un elemento final de control como las válvulas.

De resorte-diafragma De resorte-diafragma de alta presión De pistón neumático Motores eléctricos Electrohidráulicos

CATEGORÍAS

ActuadoresPARÁMETROS EN EL PROCESO DE

SELECCIÓN DEL ACTUADOR:

Disponibilidad de fuente de alimentación. Requerimientos en caso de falla. Requerimientos de torque o empuje (capacidad del

actuador). Funciones de control. Costo. Tamaño, construcción modular y fácil

mantenimiento.

ActuadoresACTUADOR DE DIAFRAGMA Extremadamente simple, bajo costo

y alta confiabilidad. Rangos de 3 a 15 psi (0,2 a 1 bar), o 6 a 30 psi (0,4 a 2 bar).

Mantenimiento muy simple. Su tamaño, peso y costo crecen

fuera de proporción respecto a la capacidad.

Se utilizan en válvulas pequeñas y con bajos requerimientos de fuerza.

Actuadores

Tamaño y peso reducidos. Uso de fuentes de mayor

presión. Construcción modular más

fácil. Mantenimiento más sencillo. Integración completa de

instrumentos y accesorios.

ACTUADOR DE DIAFRAGMA-RESORTE DE ALTA PRESIÓN

ActuadoresACTUADOR DE PISTÓN Más compactos y generan más

torque-fuerza. Requerimiento de fuentes de alta

presión entre los 50 y 150 psi (3,5 - 10,4 bar).

Falta de una acción inherente en caso de falla.

Necesidad de un posicionador en el control.

Rápida respuesta. Válidos para grandes recorridos.

ActuadoresACTUADOR ELÉCTRICO Consisten en motores y trenes

de transmisión. Gran variedad de tamaños,

torques, longitud de carrera y capacidades.

Económicos en aplicaciones de pequeños requerimientos.

Presentan la mejor relación tamaño/prestaciones.

Muy rígidos, excelentes para válvulas de grandes presiones.

Actuadores

Gran rigidez. Compatibilidad con señales análogas

y excelente respuesta en frecuencia. Precisión de posicionamiento. Alta capacidad de salida. Alto costo inicial, complejidad, y

dificultad de mantenimiento. El modo de falla puede ser

controlado.

ACTUADOR ELECTROHIDRÁULICO

ActuadoresACTUADOR SOLENOIDE

Tipos de operación:

Normalmente cerrada: El fluido fluye a través de la válvula cuando la bobina es energizada.

Normalmente abierta: El fluido se detiene cuando la bobina es energizada.

ActuadoresACTUADOR SOLENOIDETipos de construcción:

Acción Directa: Al energizar se actúa directamente sobre el obturador

generando el cambio en el caudal. aumento en tamaño = aumento fuerza de acción necesaria

Internamente Piloteado: Principio de funcionamiento igual a acción directa. Pequeñas por ser hidro-asistidas.

ActuadoresDIMENSIONAMIENTO DEL ACTUADOR

Acoplar al máximo posible las capacidades del actuador a las necesidades de la válvula.

Las fuerzas en las válvulas deben ser evaluadas en las posiciones críticas del proceso (abierta y cerrada) y comparadas a la salida del actuador.

• Fuerzas estáticas del fluido

• Fuerzas dinámicas del fluido

• Gradientes de fuerza

• Fricción de sellos, anillos y empaquetaduras

• Carga en el asentamiento del mismo

PARÁMETROS IMPORTANTES

Válvulas de Control

TapaVástagoObturador: Control

de paso del fluido.Asientos

Actuador

Cuerpo

Varía el caudal del fluido a controlar.

Válvulas de Control

Representadas por cajas que pueden Representadas por cajas que pueden contener acción y el sentido del fluidocontener acción y el sentido del fluido

Válvulas de Control

De movimiento lineal De movimiento rotatorio

SEGÚN EL MOVIMIENTO DEL OBTURADOR:

Válvulas de ControlVÁLVULA DE GLOBO Para gases y líquidos. Genera pérdidas de presión. No sirve ante la presencia de sólidos en suspensión.

Válvulas de control

Válvula en ángulo Válvulas de tres vías Válvula de jaula Válvula decompuerta

Válvula en YVálvula de

cuerpo partidoVálvula Saunders

Válvula decompresión

OTRAS VÁLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL:

Válvulas de ControlVÁLVULA DE MARIPOSA

Necesita una fuerza grande del actuador en caso de una caída de presión elevada.

Empleada en grandes caudales a baja presión.

Ejerce su par máximo cuando la válvula está totalmente abierta.

Válvulas de ControlVÁLVULA DE BOLA Y MACHO Un corte adecuado (usualmente en

V) que fija la curva característica de la válvula.

Para control de fluidos negros y con sólidos en suspensión.

La válvula macho es una válvula de bola típica que consiste en un macho de forma cilíndrica.

Altos caudales. No perdidas de presión.

Válvulas de control

Válvula de obturadorexcéntrico rotativo

Válvulas de obturadorcilíndrico excéntrico

Válvula deorificio ajustable

Válvula deflujo axial

OTRAS VÁLVULAS DE MOVIMIENTO ROTATORIO:

Válvulas de ControlCUERPO El cuerpo y las conexiones

están normalizados en DIN y ANSI.

Conexiones roscadas hasta 2”.

Conexiones soldadas con encaje hasta 2” o soldadura a tope 2½” a tamaños mayores.

Nuevos materiales termoplásticos.

Brida machihembrada con junta de anillo

Roscada

Bridas planas

Bridasmachihembrada

Soldadura con encaje Soldadas al tope

Bridas con resalte

Válvulas de ControlTAPA DE LA VÁLVULA Une el cuerpo y el

actuador. Necesita un empaque

idealmente elástico, con bajo coeficiente de rozamiento, químicamente inerte y aislante eléctrico.

Normalmente es de teflón (temp. máx. 220ºC), pero también se usa grafito.

Elegible dependiendo de temperatura de trabajo y la hermeticidad.

Tapa normal

Columnas deextensión

Fuelle dehermeticidad

Tapa con aletas

Válvulas de ControlPARTES INTERNAS

Obturador y Asientos: Corazón de la válvula.

Contacto directo con los fluidos. Normalmente en acero inoxidable

(pueden utilizarse PVC, fluorocarbonatos y otros materiales blandos reforzados.

Determina las características de caudal de la válvula.

Válvulas de ControlCARACTERÍSTICAS TÍPICAS

Apertura rápida Lineal Isoporcentual Modificadas

Válvulas de ControlAPERTURA RÁPIDA

Inicio casi lineal. Al final decrece hasta

cero. On-Off. Algunas aplicaciones

de la lineal.

Válvulas de ControlLINEAL

Directamente proporcional (pendiente constante).

Caída de presión constante.

Control de nivel. Aplica de Ganancia

constante.

Válvulas de ControlISOPORCENTUAL

Δ% de recorrido = Δ% de flujo

Δ flujo proporcional a flujo antes del cambio.

Control de presión.

Válvulas de ControlDIMENSIONAMIENTO Q = tasa de flujo (caudal) CV = coeficiente de dimensionamiento

de la válvula (por pruebas) P1 = presión antes de la válvula

P2 = presión después de la válvula G = gravedad específica del líquido N = coeficiente numérico de conversión

de unidades FP, FR = factores de corrección

FR = factor para el grado de turbulencia del fluido

FR = factor para consideraciones de la tubería

Ecuación Bernoulli

El CV requerido debe estar en el rango entre el 70% y el

90% de la capacidad seleccionada para el valor CV

de la válvula .

Válvulas de ControlDIMENSIONAMIENTO Coeficiente de recuperación de válvula para flujo

estrangulado: FL para líquidos

XT para gases

Para Gases: Y = factor de expansión X = P/P1

T1 = temperatura

Z = factor de compresibilidad

Válvulas de ControlPÉRDIDA DE PRESIÓN

La pérdida de presión total producida por una válvula consiste en:

La pérdida de presión dentro de la válvula.

La perdida de presión en la tubería de entrada es mayor de la que se produce normalmente si no existe válvula en la línea -este efecto es pequeño-.

La perdida de presión en la tubería de salida es superior a la que se produce normalmente si no hubiera válvula en la línea -este efecto puede ser muy grande-.

Válvulas de ControlCAVITACIÓN o ASPIRACIÓN EN VACÍO

Descompresión del fluido (las moléculas cambian de estado).

El vapor regresa al estado líquido de manera súbita y dan

lugar a altas presiones localizadas . A mayor velocidad, presión o tamaño, los problemas por

cavitación aumentan. Investigaciones proponen que el

grado de daño causado por la cavitación es exponencialmente dependiente de la velocidad del fluido.