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jueves, 12 de mayo de 2016

Valvula de control

     Las válvulas de control son instrumentos que convierten una señal de control neumática comprendida entre 3 a 15 PSI (preferentemente) en un desplazamiento de un vástago el cual tiene unido en un extremo un tapón metálico que regulara con su desplazamiento el área de las ranuras por donde pasara el fluido que controla.Por ello la válvula actuara como un orificio de área continuamente variable, en la medida que el controlador modifique su señal eléctrica para mantener constante la variable operacional que tiene implementado un lazo cerrado de control.

    Ventajas que tiene utilizar la válvula de control en un proceso industrial:


    Ante la realidad del uso preferencial de la válvula de control como elemento final de control, será necesario considerar las razones por lo cual es la válvula de control con actuador o servomotor neumático la válvula mas utilizada para aplicaciones industriales. Las razones son muchas, entre otras:

• La energía auxiliar es aire comprimido a baja presión.
• Se puede controlar con una señal desde el propio controlador.
• Alta velocidad de respuesta.
• No requiere de tableros y protecciones de sobrecarga.
• El actuador es muy potente.
• Puede manipularse con muy baja energía.
• Tiene una posición definida cuando no esta comandada.


    La válvula de control esta conformada por el actuador (convierte la señal neumática de control en desplazamiento de un vástago) y el cuerpo (aprovecha el desplazamiento del vástago para desplazar el tapón y regular el orificio de área variable).

    En las siguientes figuras se muestra la válvula de control y la identificación del actuador o servomotor neumático y el cuerpo de la válvula, posteriormente se puede observar el esquemático de control de la válvula desde el panel de control que contiene al controlador, y su salida que alimenta al convertidor I/P.

Se observa el suministro de aire de instrumento que después de ser regulada proporciona la fuente de aire al convertidor I/P quien convertirá la señal eléctrica que envía el controlador en la señal de 3 a 15 PSI que se conectara al actuador de la válvula para posicionar la misma.


Figura 1 partes de la válvula de control


Figura 2 partes de la válvula de control


Figura esquema de control de la válvula y su imagen física.

    Las válvulas de control son reguladas desde el controlador el cual envía una señal eléctrica hasta el convertidor I/P para posicionar a la válvula de control en la atención de que la magnitud de la variable controlada busque igualarse a la magnitud deseada de la misma variable. La señal eléctrica del controlador electrónico sale desde el panel de control hasta el campo donde esta la válvula de control y alimenta al convertidor corriente/presión que estará conectado usualmente en la base del mismo actuador de la válvula.

  El convertidor I/P recibe la señal eléctrica que envía el controlador, además también se alimenta de una señal neumática que proviene del sistema de aire de instrumentos y convierte la señal eléctrica en una señal neumática de salida de 3 a 15 PSI la cual será conectada al actuador de la válvula para regular el orificio de área variable que conforman el cuerpo de la misma. Variando la magnitud de la señal eléctrica que envía el controlador se varia la magnitud de la señal neumática de control de 3 a 15 PSI y con ello se varia el el orificio de área variable que conforma el cuerpo de la válvula. Es aproximadamente lineal la relación entre la señal eléctrica que recibe el convertidor I/P con la salida de la señal neumática de control de 3 a 15 PSI que sale de el para alimentar al actuador de la válvula.

Campo de medida (Rangeability) de una válvula:

En realidad, el término “rangeability” podría definirse como dinámica de medida, que es el cociente entre los valores máximo y mínimo de utilización de un dispositivo. La dinámica de medida de una válvula puede definirse como la relación entre los caudales máximo y mínimo controlables. Se la obtiene dividiendo el coeficiente de caudal (en porcentaje) mínimo efectivo o utilizable por el coeficiente de caudal (en porcentaje) máximo efectivo o utilizable. En la figura 1 se muestra como se obtiene la dinámica de medida de una válvula de control.

Figura de dinámica de medida de una válvula de control.




Características de caudal inherentes

La característica de caudal es proporcionada por la forma del obturador (en el caso de las válvulas globo convencionales), o por la forma de la ventana de la jaula (en el caso de las válvulas tipo jaula), o también por la posición del elemento de cierre en relación al asiento (en el caso de válvulas mariposa y esférica).

Básicamente, hay cuatro tipos de características de caudal inherentes:
· Lineal;
· Igual porcentaje (50:1);
· Parabólica modificada;
· Abertura rápida.
En un gráfico caudal vs. Carrera, estas características presentan las formas dadas en la figura , mientras que en la otra figura se pueden ver las características de caudal inherentes de distintos tipos de válvulas que no poseen obturadores caracterizados.


Figura de características de caudal inherentes y válvulas no caracterizadas. 




Figura cierre rápido, lento y lineal de apertura vs señal de presión (PSI).

ACCIÓN DIRECTA E INVERSA EN LAS VÁLVULAS DE CONTROL:

     Según su acción, los cuerpos de las válvulas se dividen en válvulas de acción directa cuando tienen que bajar para cerrar, y válvulas de acción inversa cuando tienen que subir para abrir. Esta división de acción directa y acción inversa la define los actuadores o servomotores neumáticos, que son de acción directa cuando se aplica aire de control para desplazar el vástago hacia abajo y cerrar la válvula, y son de acción inversa cuando se aplica aire de control al actuador para que este pueda desplazar el vástago hacia arriba para abrir la válvula. Al combinar estas acciones se considera siempre la posición que tiene la válvula sin aire de control sobre su diafragma, es considerar que la válvula sin ninguna acción de control estará totalmente abierta y por ello esta válvula será de aire para cerrar, o la otra condición de una válvula que sin aire de control estará totalmente cerrada y será una válvula de aire para abrir.

      Para la válvula de control de aire para cerrar se le aplica presión de control al actuador para que el resorte se comprima y el pistón se coloque dentro de la jaula (acción directa) y se abre por la acción del resorte. Para la válvula de control de aire para abrir se le aplica presión de control al actuador para retirar el tapón de la jaula manteniendo su apertura al 100% (acción inversa) y se cierra por la acción del resorte. En las siguientes figuras se muestran las válvulas de control de aire para cerrar y de aire para abrir. Se podrá observar que esta condición de acción directa o acción inversa de la válvula de control depende únicamente del actuador de la válvula y en forma práctica se puede identificar por la alimentación del aire de control. En las válvulas de aire para cerrar se alimentan con la señal neumática de control por arriba del actuador, mientras que las válvulas de aire para abrir se alimentan con la señal neumática de control por la parte de abajo del actuador. En las siguientes figuras se muestra la válvula de aire para cerrar y la válvula de aire para abrir.


Figura de posición directa e inversa de la válvula de control.

DIFERENTES TIPOS DE VÁLVULAS

Entre los diferentes tipos de valvulas tenemos las siguientes:





PARÁMETROS PARA SELECCIONAR LA VÁLVULA DE CONTROL:

Parámetro definido para el Actuador:
•Válvula de aire para abrir o aire para cerrar.

Parámetros definidos para el Cuerpo:
• Diámetro de la tubería.
• Presión del Fluido en la tubería.
•Temperatura máxima en la tubería.
• Fase liquida o gaseosa del Fluido.
•Características físico-química del fluido.
•Tipo de apertura: rápida, lenta o lineal.
•Tipo de unión: brida o roscada.



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VIDEO DE VALVULAS DE CONTROL INDUSTRIAL





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