Tema-7-Elementos-Finales-de-Control-Parte-1.pdf

KMKMKMKMN

2. Distintoselementosfinalesdecontrol.
Válvulasreguladoras,descripción
general,tiposycaracterísticas.
Accionamientoneumático,retardos.
Dimensionamientodeválvulas:flujo
crítico,vaporizaciónycavitación,
efectodelaviscosidad.Selecciónde
válvulasdecontrol.Posicionador

3. ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
Loselementosfinalesdecontrolsonlosdispositivosencargadosdetransformaruna
señaldecontrolenunflujodemasaoenergía(variablemanipulada).Esesta
variablemanipuladalaqueincideenelprocesocausandocambiosdelavariable
controlada.Lomáscomúnenprocesosesquelamanipulaciónseauncaudal.CONTROLADOR
ELEMENTO
FINAL DE
CONTROL
PROCESO
PROCESO
(Pertubación)
ELEMENTO DE
MEDICIÓN Y
TRANSMISIÓN
Variable
Manipulada
Parturbación
Variable
Controlada
Señal Transmitida
Señal de
control
Valor
Deseado
(c)
(d)
(m)(u)
(y)
(Vd) Flujo de
entrada
Flujo de salida
ELEMENTO
FINAL DE
CONTROL
ELEMENTO DE
MEDICIÓN - TRANMISIÓN
CONTROLADOR
DE PROCESO

4. ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
Modificarla energía
entregadaalfluido(bombasy
ventiladoresdevelocidad
variable)
Modificarlaresistenciaal
pasodelfluido(válvulas,
registrosenductosdegases)Flujo
Variar la
resistencia Flujo
Variar la energía
entregada
Paraajustarelflujodefluidosenunalíneaexistenprimariamentedosmecanismos:

5. Delosdiversoselementosfinalesde
control,eldemásampliadifusiónesla
válvulaautomáticaconactuadores
neumáticosoeléctricos.Perotambién
estánlossiguientestipos:
ELEMENTOS FINALES
DE CONTROL
Bombaconmotordevelocidad
variable
Bombasdosificadoras
Registrosparaconductosde
circulacióndeaireogases
Ventiladoresconaccionamiento
develocidadvariable
Contactospararesistencias
eléctricas
Válvulasrotatoriasparasólidos
Válvulasdecuchillaparasólidos
Esparcidoresdepaletaspara
sólidos
Cinta transportadora de sólidos

6. BOMBAS Y VENTILADORES
DE VELOCIDAD VARIABLE
Existendispositivosque
permitenvariarlavelocidadde
girodemotores.Estos
variadorespuedenrespondera
señales de control
estandarizadas.
Deestaforma,variandola
velocidad,sepuedecambiarel
caudalimpulsadoporbombas
(líquidos)yventiladores(gases
abajaspresiones).
Motor
Motor
Ventilador
Bomba

7. Variador de velocidad
BOMBAS DE
VELOCIDAD
VARIABLE

8. BOMBAS DOSIFICADORAS
Unmétodomuycomúnparacontrolardirectamente
lospequeñoscaudalesdefluidosesutilizarun
dispositivoconocidocomobombadosificadora.
Consisteenunmecanismodebomba,motory
componenteselectrónicosenunamismaunidad.
Existenbombascuyocaudalsefijamanualmentey
otrasqueadmitenseñalesestandarizadaspara
variacióncontinua.
Lasbombasdosificadorasseutilizancomúnmenteen
losprocesosdetratamientodeaguaparainyectar
pequeñascantidadesdecoagulantes,desinfectantes,
líquidosparalaneutralizacióndelpH,productos
químicosparaelcontroldelacorrosión,etc.

9. BOMBAS
DOSIFICADORAS
Succión
Ciclo Completo
Descarga
Caudal
promedio
Pico
tiempo
Válvula de
descarga
Válvula de
succión Fluido
Empaquetadura
Son bombas de
desplazamiento
positivo
(alternativas).

10. ELEMENTOS PARA MANEJO DE FLUJO DE SÓLIDOS
Rotación
Paletas
rotatorias
Cinta de
alimentación
Lavelocidadderotacióndelas
paletasfijanelcaudal.Lavelocidad
delacintaestablecelaalturadel
colchón.

11. ELEMENTOS PARA MANEJO DE FLUJO DE SÓLIDOS
Alimentadordesóli-
dostransportados
portornillos.
Enestecaso,la
velocidaddegirodel
tornilloestableceel
caudaldesólido
transportado.
Tolva
Eje
acoplado a
motor de
velodicd
variable
Caja
Salida
de los
sólidos
Tornillo

12. ELEMENTOS PARA MANEJO DE FLUJO DE SÓLIDOS
Hay muchas aplicaciones en las que se
combina sistemas de control de la velocidad
de la cinta que transporta el sólido y la altura
del colchón
Motor de
velocidad fija

13. VÁLVULAS PARA MANEJO
DE PASTAS PESADAS Y
SÓLIDOS A GRANEL
(de cuchillas)
Válvulasusadasfundamentalmenteparabloqueo,sincaudalesdefuga.Manejo
bi-direccionaldeflujo.

14. DISPOSITIVOS PARA MANIPULACIÓN DE CAUDALES
DE GASES A PRESIONES BAJAS Y MEDIAS
Fraccióndemáximarotación
Fracción
del
máximo
caudal
Lacaracterísticadeflujoessimilaralasde
lasválvulasmariposa
Registrodepersianas
enparalelo(ductos
rectangulares)

15. DISPOSITIVOS PARA MANIPULACIÓN DE CAUDALES
DE GASES A PRESIONES BAJAS Y MEDIAS
Registro de sección
circular tipo “iris”
Registrodepersianasradiales(ductos
circulares).Muyusadosparamanipularelaire
eneltramodeinduccióndeventiladoresy
sopladores.
Orificio
ajustable
Actuador

16. R
i
RESISTENCIAS ELÉCTRICAS
Esteesunodelospocoscasosenlosquelamanipulacióndelaenergíanosehace
pormediodelcambiodecaudales.Existentécnicasespecialescomolamodulación
depulsoseneltiempo,implementadasencontroladoresdetemperatura,que
permitenvariarlacorrientesobreresistenciascalefactoras,modificandoasíla
disipacióndeenergía.

17. LA VÁLVULA DE CONTROL
Laválvuladecontrolesbásicamenteun
orificiovariableporefectodeun
actuador.Constituyeelelementofinal
decontrolenmásdel90%delas
aplicacionesindustriales.
Estaválvulautilizaunaseñalexterna
quepuedeserneumáticaoeléctricay
posteriormentetransformadaenuna
detiponeumáticaqueincideel
cabezal.

18. LA VÁLVULA DE CONTROL
Estoselementoslospodemosconsiderarconstituidospordos
partes:
Actuador:recibelaseñaldecontroladorylatransformaenun
desplazamiento(linealorotacional)mercedauncambioenla
presiónejercidasobreeldiafragma.
Cuerpo:eldiafragmaestáligadoaunvástagooejequehace
quelaseccióndepasajedelfluidocambieyconéstaelcaudal.
Conundiagramaen
bloquessepuede
representaralaválvula
comounsistemaen
serie: ACTUADOR CUERPO
VÁLVULA
Señal de
control
Caudal
despla-
zamiento
Fu x

19. LA VÁLVULA
DE CONTROL
El cuerpocarece
de retardo y la
ganancia viene
determinada por
la característica
de flujo.
Desde el punto de
vista estático el
actuadores
moderadamente
lineal y la dinámica más
significativa es la de
llenado del cabezal con
una constante de tiempo
del orden de los segundos.
??????
????????????=
??????
??????
??????
�??????+1
??????
??????�??????=??????
??????�
??????
�??????=
??????
????????????
??????�
??????
�??????+??????
=
??????
�
??????
�??????+?????? ACTUADOR CUERPO
VÁLVULA
Señal de
control
Caudal
despla-
zamiento
Fu x

20. ESPECIFICACIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL
I.Cuerpoeinternos:indicandoeltipo,materialyseriequesefija
deacuerdoalservicioquedebeprestar.
II.Dimensionamiento:significadeterminareldiámetro,queestá
relacionadoconlacapacidad.
III.CaracterísticadeFlujo:enalgunoscasos,segúneltipode
válvula,sepuedeespecificarlacaracterísticadeflujo
IV.Actuador:unavezconocidoslosdetallesdelcuerposedebe
elegireltipodemotor(neumáticodecabezalopistón,eléctrico,
etc.),laacciónantefallayeltamaño.
V.Accesorios:correspondeaelementosadicionalescomo
transductoresI/PoV/P,volanteparaaccionamientomanual,
posicionador,etc.

21. ESPECIFICACIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL
I.Cuerpoeinternos:indicandoeltipo,materialyseriequesefija
deacuerdoalservicioquedebeprestar.
II.Dimensionamiento:significadeterminareldiámetro,queestá
relacionadoconlacapacidad.
III.CaracterísticadeFlujo:enalgunoscasos,segúneltipode
válvula,sepuedeespecificarlacaracterísticadeflujo
IV.Actuador:unavezconocidoslosdetallesdelcuerposedebe
elegireltipodemotor(neumáticodecabezalopistón,eléctrico,
etc.),laacciónantefallayeltamaño.
V.Accesorios:correspondeaelementosadicionalescomo
transductoresI/PoV/P,volanteparaaccionamientomanual,
posicionador,etc.

22. VÁLVULAS
GLOBO
Unadelasválvulasmásdifundidas.Elmovimientodelvástagolineal.
Existenmuchasvariantesparaatenderdiversidaddeaplicaciones
Fuerza
del
actuador
Fuerza
del
actuador
Sello
Bonete
Cuerpo
Obturador
P
2
P
1
Válvula Globo con un solo
asiento y guiada en un extremo
Válvula Globo con un solo asiento
y guiada en los dos extremos
P
2P
1

23. VÁLVULAS GLOBO

24. VÁLVULA GLOBO COMPENSADA
Fuerza
del
actuador
Obturador superior
Asiento superior
P
2P
1
Lasválvulasglo-
bocondoble
asientosirven
paraserviciosen
losqueladife-
renciadepresión
esmuygrandey
paragrandes
caudales.
Deestaforma,se
lograqueel
actuadornodeba
haceresfuerzos
excesivos.
Obturador inferior
Asiento inferior

25. VÁLVULA GLOBO -OBTURADORES
Lineal
Igual
porcentaje
Apertura
rápida
Unaflexibilidaddeestasválvulas
esquepuedencambiarselos
obturadoresyasíobtener
distintascaracterísticasdeflujo.
% de apertura
Cv

26. VÁLVULA GLOBO
GUIADAS EN CAJA
(JAULA)
Fuerza
del
actuador
Caja guía
P
2P
1
Sonválvulasglobo
quepuedencam-
biarlascaracterís-
ticasdeflujoy
sirvenparaservi-
ciosespeciales(anti
cavitación,flashing,
vibración,etc.)

27. VÁLVULAS
GLOBO DE
TRES VÍAS
Lasválvulasglobodetres
vías,permitenmezclardos
corrienteodividiruna
corrienteendos,per-
mitiendoestrategiasde
controlmáselaboradas
Mezcladora Divisora

28. VÁLVULAS GLOBO EN ÁNGULO
Manejanelflujosin
turbulenciasexcesivas.Adecu-
adaparadisminuirlaerosión
porlascaracterísticasdel
fluidooporlaexcesivapresión
diferencial.
Seusanconfluidosque
vaporizanoquecontienen
sólidosensuspensión.

29. VÁLVULAS GLOBO DE
CUERPO PARTIDO
Modificacióndelaválvula
deglobodesimpleasiento
teniendo.Elcuerpoestá
partidoendospartes,
entrelasqueelasiento
quedapresionado.
Laformaconstructiva
permite una fácil
sustitucióndelasientoy
ademásnodejaespacios
muertosenelcuerpo.
Seempleaprincipalmente
parafluidosviscososyenla
industriaalimentaria.

30. VÁLVULAS GLOBO
VENTAJAS
Fuertecierre
Variedaddecaracterísticasdeflujo
Rápidavelocidadderespuesta
Granrangeabilidadencontrol
Soportangrandescaídasdepresión
Disponibleenpequeñostamaños
Internosparaserviciosevero
Distintasclasesdeconstrucción
DESVENTAJAS
Limitadacapacidaddeflujo(Cv)
enfunciónasutamaño(yde
diámetros)
Elevadopesocomparadocon
otrostiposconstructivos
Altocostocomparadoconotros
tipos

31. VÁLVULAS PINCH (de compresión)
Funcionanpinzandounelementoflexible,por
ejemplo,untubodegoma.Secaracterizaporque
proporcionaunóptimocierre.Seusanparael
manejodefluidosagresivos,viscososocon
sólidosensuspensión.
ABIERTA
CERRADA
Aire a presión

32. VÁLVULAS PINCH
(de compresión)
Segúnlaformaconstructiva,se
obtienendiversascaracterísticas
deflujo,loquepermiteelegirla
característicamásapropiadaala
aplicación.
%decarrera
%
de
Cvmax

33. VÁLVULAS SAUNDERS
Elobturadorconsisteenunamembranaflexiblequea
travésdeunvástagosedesplazacontraunresaltedel
cuerpo,cerrandoelpasodelfluido.Elcuerpopuede
revestirsefácilmentedegomaoplásticoparatrabajar
confluidosagresivos.
Elaccionamientodebe
desarrollaraltapotencia
paracierretotal.Seutiliza
principalmenteenproce-
sosquímicosdifíciles,en
particularenelmanejode
fluidosagresivosoque
contengansólidosen
suspensión.

34. VÁLVULAS SAUNDERS
Unaserialimitacióndeestemodelo
deválvulaessucaracterística
inherente.Losmodelosmás
comunesnormalmentesonde
aperturarápida.
%decarrera
%
de
Cvmax
Surangeabilidad
esbaja,entorno
de4:1.

35. VÁLVULAS ESFÉRICAS
Laaperturaycierreselogracon
movimientorotacionaldelvástago.
Elcuerpoposeeunacavidadinterna
esféricaquealbergaunobturadoren
formadeesferaobolilla.Elcierre
herméticoselogramedianteunarode
resinaanti-adherenteincorporadoal
cuerpocontraelcualasientalabola
cuandolaválvulaestacerrada.
Unadelasaplicacionesmásdifundidasde
estetipodeválvulaeslamanipulaciónde
fluidosaltamenteviscososoconfibras
ensuspensión.

36. VÁLVULAS ESFÉRICAS
Losobturadoressefabricanconcortes
adecuadosparafijarlacaracterísticade
flujodelaválvula.
Corte
en “V”
Corte
en “U”
Corte
parabólico
Jaula
Convencional
%
de
Cvmax
%derotación

37. VÁLVULAS ESFÉRICAS
VENTAJAS
Fuertecierre
Lamásaltacapacidaddeflujo(Cv)
Lamásampliarangeabilidad
Excelenteparaproductoscon
contenidodefibrasomuyviscosos
Geometríaadecuadaparaprocesos
erosivos
Versatilidadencuantoacaracterís-
ticasdeflujo
DESVENTAJAS
Requierenesfuerzomecánico
considerableparaparaaccionar.
Maspesadasycostosasquelas
válvulasdeglobo
Altocostocomparadoconotros
tipos

38. VÁLVULAS DE OBTURADOR
EXCENTRICO ROTATIVO
Consisteenunobturadordesuperficie
esféricaquetieneunmovimiento
excéntricorotativo.Eltorquenecesario
paraelmovimientorelativamente
moderado.
Laválvulapuedeteneruncierreestanco
medianteanillosderesinaanti-adherente
dispuestosenelasiento,Secaracteriza
porsugrancapacidad.

39. VÁLVULAS TAPÓN (plug)
Similaresalasválvulasesféricas,pero
conobturadorcilíndricootronco
cónico.
Seutilizanmuchoenlaindustria
petrolerayenservicioscon
suspensionesypastasenlasindustrias
químicasydepapel.
Paralograrcierreherméticoseemplea
anillosderesinaanti-adherente
incorporadosalcuerpocontralosque
seapoyaeloobturador.

40. VÁLVULAS TAPÓN (plug)
Loscortesdelobturadorsefabricancon
elobjetodefijarlacaracterísticadeflujo
delaválvula. Lineal
modificada
%
de
Cvmax
%derotación
Seccionad
a en “V”
Parabólica
modificada
Igual
porcentaje
Lineal
Modificada
Parabólica
Modificada
Igual
porcentaje

41. VÁLVULAS MARIPOSA
Lasválvulasdemariposaconstandeun
discoquegiraperpendicularala
trayectoriadelflujodefluido.Cuandoes
paraleloalejedeflujo,eldiscopresenta
unmínimodeobstrucción;cuandoes
perpendicularaleje,eldiscobloquea
completamentecualquierflujo.Elcuerpo
estaformadoporunanillocilíndricodel
mismodiámetroquelacañería.
Lasválvulasmariposaseempleanparael
controldegrandescaudalesdefluido,
sobretodo,cuandolascañeríastienen
grandiámetro.Cuerpo de
la válvula
Disco
(obturador)

42. VÁLVULAS MARIPOSA
Lacaracterísticadeflujoestáafectadapor
lalocalizacióndelejedelplato(centrado
oexcéntrico)yporeltamañorelativodel
ejecomparadoconlaválvula.
Paralamanipulación,usualmentese
restringelaaperturaentre0°y60°,
Disco
convencional
Disco
combado
Disco
cola de pez
%
de
Cvmax
%derotación(de90°)
Típica
propósito
general
HP 24”
HP 2”

43. VÁLVULAS MARIPOSA
Eltamañorelativodelejecomparadoconeldisco
influyeenlacaracterísticadeflujoparaaperturas
mayoresde60°.
Válvula con
disco fishtail
Válvula con
disco excéntrico

44. Gradosderotación
Torque
Válvula
mariposa
convencional
Válvula
mariposa con
disco combado
Válvula
mariposa con
disco estriado
VÁLVULAS MARIPOSA
Eltorneadodeldisco
tambiéninfluyeenel
esfuerzoquedebe
realizarparaabriro
cerrarlaválvula.
Válvula con
disco estriado
Válvula con
disco combado

45. VENTAJAS
Buencierre
Altacapacidaddeflujovs.tamaño
Livianascomparadasconválvulasde
globodelmismotamaño
Menorcostoquelasválvulasde
globo
Discoexcéntricoparaprevenciónde
dañoenelasiento
Disponiblesparagrandesdiámetros
DESVENTAJAS
Nohaydisponibilidadpara
tamañosmenoresa2pulgadas
Presióndevenacontactamenores
quelasválvulasdeglobo
VÁLVULAS MARIPOSA

46. GUÍA PARA LA SELECCIÓN DEL TIPO DE VÁLVULA
Elservicioquedebeprestarlaválvuladecontroldeterminaeltipo.Entrelos
elementosatenerencuentafiguran:
Densidad,viscosidad,temperaturasypresionesdelfluido.
Tipodeflujo
Sielfluidoesabrasivo,corrosivo,sipresentasolidosofibrasensuspensión.
Capacidadparamanejarloscaudalesdeoperación.
Caudalesdefugaadmisibles.
Enmanualesdeinstrumentaciónycatálogos
defabricantessebrindainformación
comparativaquepermiteseleccionareltipo
deválvulamásadecuadaparaunadada
aplicación.

47. GUÍA PARA LA
SELECCIÓN
DEL TIPO DE
VÁLVULA
BelaG.Liptak(Editor),Instrument
Engineers'Handbook,vol.2:
ProcessControlandOptimization,
4°Ed.,CRCPress(2005)

48. GUÍA PARA LA
SELECCIÓN
DEL TIPO DE
VÁLVULA