im220_acerca de valvulas, actuadores y posicionadores

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Acerca de Válvulas, Actuadoresy Posicionadores

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Segunda RevisiónMayo, 1996

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manufacturing technology strategies, inc. (µ)

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Acerca de Válvulas, Actuadores y Posicionadores

CONTENIDO

Página Página

Revisado por:______________________Fecha de Revisión:_______________

Aprobado por: _____________________Fecha de Aprobación: ____________

1:000PREPARACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1:100 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1:200 OBJETIVOS DEL ENTRENADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1:300 IMPORTANCIA DE LOS OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1:400 MATERIALES DE ENTRENAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1:500 SUPOSICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1:600 QUE ESPERAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1:700 INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2:000 ACERCA DE LAS VÁLVULAS . . . . . . . . . . . . . . . 8

2:100 VÁLVULAS DE TAPÓN GIRATORIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2:200 VÁLVULAS DE MARIPOSA . . . . . . . . . 8

2:300 VÁLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2:400 ACCIÓN DE LA VÁLVULA . . . . . . . . . 10

2:500 CAVITACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3:000ACTUADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4:000POSICIONADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4:100 QUÉ SON LOS POSICIONADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4:200 ACCIÓN DE BALANCE . . . . . . . . . . . 15

4:300 ACCIÓN DEL POSICIONADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5:000SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

6:000 RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

7:000 RETROALIMENTACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

7:100 RETROALIMENTACIÓN . . . . . . . . . . .22

7:200 TRABAJO DE TALLER . . . . . . . . . . . .22

2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/txtTOC Contenido 1 MTSªTECNOLOGIA

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FIGURAS

Página Página

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Fig. 1 Diagrama de Bloques de un Circuito de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Fig. 2 Tipos de Básicos de Válvulas . . . . . . . . . . 24

Fig. 3 Algunas Variaciones de Válvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Fig. 4 Válvula de Tapón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Fig. 5 Variaciones de Tapones . . . . . . . . . . . . . . 27

Fig. 6 Válvula de Bola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Fig. 7 Válvula de Leva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Fig. 8 Válvula de Mariposa . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Fig. 9 Posiciones de Aleta Vs. Flujo . . . . . . . . . . 31

Fig. 10 Válvula de Mariposa . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Fig. 11 Fuerza en el Tapón de una Válvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Fig. 12 Tapón Balanceado . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Fig. 13 Características del Flujo . . . . . . . . . . . . . 35

Fig. 14 Acción de la Válvula . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Fig. 15 Guías de la Válvula . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Fig. 16 Válvula de Jaula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Fig. 17 Curva de la Bomba . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Fig. 18 Gradiente Hidráulico . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Fig. 19 Suma de las Cargas Hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Fig. 20 Clases de Actuadores . . . . . . . . . . . . . . . 42

Fig. 21 Actuador con Salida Rotativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

Fig. 22 Clases de Posicionadores . . . . . . . . . . . .44

Fig. 23 Clases de Acciones de Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

Fig. 24 Posicionadores Actuadores . . . . . . . . . . .46

Fig. 25 Acciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

Fig. 26 Diagrama de Bloques de un Posicionador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Fig. 27 Actuador con Posicionador . . . . . . . . . . .49

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ª1:000PREPARACIÓN

1:100 ALCANCE

Este manual describe las válvulas de control, los actuadores y los posicionadores, posiblemente será su primera mirada a lo que son estos equipos, qué hacen y cómo lo hacen. Se discutirán las varie-dades principales de estos equipos y se describirán las válvulas de control y algunas de las versiones de mayor uso. Se explora algo de razonamiento abs-tracto, por ejemplo, qué hace una válvula en un sis-tema hidráulico y porqué hay cavitación y el remedio para eliminarla.

Se establecen y se discuten brevemente los facto-res que se consideran para decidir qué válvula es mejor.

Se ilustran las clases de actuadores y posicionado-res. Este manual, en efecto, introduce lo que es un elemento final de un circuito de control, para aque-llos que tienen la necesidad de saber más acerca de este tipo de equipo (mantenimiento, operación, ingeniería).

1:200 OBJETIVOS DEL ENTRENADO

El entrenado podrá:

Actuadores

1. Describir qué es un actuador y qué hace.

2. Hacer diagramas de los actuadores más comunes y describir cómo trabajan.

Válvulas de control

1. Establecer qué hacen las válvulas de control.

2. Enumerar los tres tipos básicos de válvulas.

3. Delinear las características de posición/flujo de las cuatro válvulas más comúnmente usa-das.

4. Enumerar los factores a considerarse al selec-cionar una válvula de control.

5. Definir cavitación, presión de vapor y sistema (gradiente) hidráulico.

Posicionadores

1. Explicar qué hace un posicionador.

2. Enumerar las tres formas en que se balancea un posicionador.

3. Describir los tipos de posicionadores.

1:300 IMPORTANCIA DE LOS OBJETIVOS

Probablemente no podamos explicar cuán impor-tante puedan ser los objetivos para usted. Este es el caso debido a que toda clase de persona, desde el instrumentista hasta el dependiente de almacén, pueden encontrar este manual de utilidad. Así, de una forma realista, cada usuario de este manual debe mirar los objetivos y decidir por sí mismos si éstos son importantes para él. Todo lo que podemos decir con certeza es que el contenido de este manual, como se indica en los objetivos, involucra una categoría de equipo que se usa ampliamente y que muy a menudo lo que entendemos de ello es muy pobre. Para todos aquellos que necesiten saber más acerca de válvulas de control, actuado-res y posicionadores, los objetivos son importantes.

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1:400 MATERIALES DE ENTRENAMIENTO

1:410 MATERIALES DEL ENTRENADO

• Copia de este manual IM220 “Acerca de Vál-vulas, Actuadores y Posicionadores”.

• Papel, lápiz y marcadores de colores.

• Acceso a válvulas de control y posicionadores.

1:420 MATERIALES DEL INSTRUCTOR

• Copia de este manual IM220 “Acerca de Vál-vulas, Actuadores y Posicionadores”.

• Muestras de los siguientes equipos:

– Válvula de Control Lineal.

– Válvula de Tapón.

– Interiores de varias clases para válvulas.

– Interiores de una Válvula de Jaula.

– Actuador de Diafragma Directo.

– Actuador de Diafragma Inverso.

– Actuador de Pistón.

– Posicionador.

– Acetatos de las figuras de este manual.

– Retroproyector y pantalla.

1:500 SUPOSICIONES

No vamos a suponer nada en términos de pre-requi-sitos de entrenamiento. Sólo asumiremos que elentrenado tiene necesidad de ser capaz de cumplircon lo que piden los objetivos.

1:600 QUÉ ESPERAR

Planeamos tener disponibles todos los dispositivos que podamos. A medida que los discutamos, usted tendrá la oportunidad de mirarlos y de hacer pre-guntas.

Para ayudarle a aprender se le pedirá que haga diagramas de varios tipos de válvulas, actuadores y posicionadores.

Durante el entrenamiento se el pedirá que complete un examen escrito.

1:700 INTRODUCCIÓN

En este momento vamos a ponernos en que las vál-vulas de control, los actuadores y los posicionado-res son dispositivos individuales. Cada uno tiene su propia y única función y cada uno puede funcionar por sí solo, aunque es raro que ese sea el caso.

El actuador tienen que “accionar” algo y ese algo, en la gran mayoría de los casos, es una válvula de con-trol. También el posicionador debe “colocar en una posición” algo, casi siempre este es un actuador. Como resultado, la válvula, el actuador y el posicio-nador se pueden conectar juntos y funcionar como una sola unidad.

Y ahí es donde descansa la fuerte confusión, ya que las posibles combinaciones de clases de válvulas, clases de actuadores y clases de posicionadores son muy variables.

Esta plétora de combinaciones son en cierta forma el resultado necesario de la amplia variedad de apli-caciones. Después de todo, si cada aplicación es diferente (y éstas casi siempre lo son y encontrare-mos porqué más adelante), y si el elemento final (la combinación de válvula, actuador y posicionador), está diseñado para satisfacer cada una de esas innumerables aplicaciones, debemos tener combi-naciones muy variadas.

A la combinación de válvula de control, actuador y posicionador se le llama el “elemento final” de un cir-cuito de control. Los otros elementos del circuito son el elemento primario, (también se le conoce como elemento sensor) transmisor y controlador. Vea la ♦ Figura 1, “Diagrama en Bloques de un Circuito de Control”.

El elemento primario mide variables a controlar. El transmisor traduce esa medición a una señal de entrada de rango estándar. Esta señal va a un regis-trador o indicador o ambos, así como también al controlador.


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El controlador compara la señal de medición con la señal de punto de control (set-point) y produce una señal basada en esa comparación. Esa salida del controlador es la señal de entrada al elemento final. El elemento final actúa en el proceso hasta que la señal de medición se iguala con la señal de punto de control. ª




ª2:000 ACERCA DE LAS VÁLVULAS

Existen muchos tipos de cuerpos de válvulas, tapo-nes e interiores de válvulas y métodos de sellado de los vástagos de las válvulas. Pero independiente-mente de eso, existen tres clases básicas de válvu-las:

• Rotativa (tapón giratorio).

• Aleta (comúnmente llamada de mariposa).

• De movimiento lineal

El tapón en el tipo lineal se mueve en una línea recta. El tapón en el tipo rotativo gira y lo mismo hace la aleta. Vea la ♦ Figura 2, “Tipos Básicos de Válvulas”.

2:100 VÁLVULAS DE TAPÓN GIRATORIO

La válvula típica de tapón consiste de un tapón cilín-drico de forma alargada. El tapón tiene un agujero a través de él. Este tapón gira dentro del cuerpo de la válvula. A través del conjunto superior pasa una extensión del tapón. Una palanca fijada en esa extensión se usa para rotar el tapón. Según gira el tapón, la abertura a través del mismo queda cerrada

a medida que la abertura se aleja de la entrada y la descarga se interna en el cuerpo de la válvula. Vea la ♦ Figura 4, “Válvula de Tapón”.

Por ejemplo, la abertura puede ser en forma de “T”, o ángulo recto o dos puertas en forma de ángulo. Vea la ♦ Figura 5, “Variaciones de Tapones”. Estas aberturas se usan con cuerpos de válvulas que ten-gan tres o cuatro puertas. Las válvulas de este tipo se usan más para encauzar flujos que para contro-larlos.

2:110 VÁLVULAS DE BOLA

Una variación importante de la válvula de tapón es la válvula de bola. El nombre describe la forma de su tapón. En vez de ser cilíndrico, éste es esférico. El tapón de bola pudiera tener un hueco cortado a través de él. El tapón es media bola cuyas orillas están cortadas en forma de “V”.

Según la bola gira, la parte en “V” se aleja de la abertura en el cuerpo de la válvula y entra en éste. La forma en “V” gobierna la abertura según la bola gire desde completamente abierta, hasta completa-mente cerrada. Vea la ♦ Figura 6, “Válvula de Bola”.

2:120 VÁLVULA DE LEVA

Una segunda variación se llama Válvula de Leva. Esta válvula es en cierta forma una combinación y de movimiento lineal rotativo. El movimiento lineal resulta del hecho de que el vástago no gira en su centro. Como resultado el tapón se mueve hacia a dentro del asiento a medida que alcanza la posición de cerrada. Vea la ♦ Figura 7, “Válvula de Leva”.

2:200 VÁLVULAS DE MARIPOSA

Las válvulas de aleta se llaman también válvulas de mariposa. ¿Por qué? Este tipo de válvula cierra o abre, según la aleta gira dentro del cuerpo de la vál-vula. Vea la ♦ Figura 8, “Válvula de Mariposa”.

La rotación desde completamente abierta hasta completamente cerrada es teóricamente de 900. En la práctica estas válvulas giran aproximadamente cerca de 700. La aleta por sí misma tiene una forma para reducir la tendencia de golpear a medida que se acerca a la posición de cerrada.


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La aleta va fijada y se sostiene mediante un eje que va a través de ella. Uno de los extremos del eje pasa a través del cuerpo de la válvula de forma que pueda girar. Esto requiere un sello para el eje, por lo que ambos extremos están sellados. Una palanca o un engranaje de piñón va fijado al eje. Esta palanca o el piñón se usa para rotar la aleta. En este aspecto la válvula de mariposa es similar a la válvula de tapón.

A medida que la aleta gira desde completamente abierta hasta cerrada, el promedio de flujo dismi-nuye y se detiene. Desafortunadamente, según gira la válvula, digamos 5% desde completamente abierta, el flujo no cambia mucho. Pero una rotación de 5% cerca de la posición de cerrada resulta en un cambio de flujo relativamente grande. En otras pala-bras, el flujo no cambia en cantidades iguales con el cambio en el giro de la aleta, es decir, el cambio de flujo a rotación no es lineal por lo que la gráfica de grados de rotación vs flujo no es una línea recta. Vea la ♦ Figura 9, “Posiciones de la Aleta vs. Flujo”.

Esta no-linealidad puede causar problemas de con-trol. Un posicionador adecuado puede ayudar a minimizar este problema de no-linealidad.

Algunas válvulas de mariposa se construyen de tal forma que están más cerradas cuando la aleta está a 90ο con el cuerpo. En este caso la aleta es circular.

Algunas válvulas de mariposas tienen aletas elípti-cas. Estas válvulas cierran de 10 a 15oseparados de 90ο. Esta disposición da por resultado un cierre más ajustado ya que la aleta cierra contra el sello. Tam-bién este tipo de cierre es más costoso que el cierre de la aleta circular.

Para ayudarle a visualizar esto, vea la ♦ Figura 10, “Válvula de Mariposa”.

2:300 VÁLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL

Las válvulas de movimiento lineal vienen en toda clase de configuraciones. Esto es resultado en parte del hecho de que la válvula lineal está sujeta a ser forzada por el flujo de fluido que ella controla.

Si la caída de presión a través de la válvula es grande, la fuerza en el tapón es grande. Por ejemplo suponga que la caída a través de la válvula es de 200 lb/plg2. (Caídas de 1,000 lb/plg2 y hasta 5,000 lb/plg2 no son tan raras).

Luego, suponga que el diámetro del tapón de la vál-vula es de 4”. Si es así, el área es alrededor de 12 plg2. La caída de 200 lb/plg2 actuando en esas 12 plg2 producen una fuerza de 2,400 libras (una fuerza de más de una tonelada). Vea la ♦ Figura 11, “Fuerza en el Tapón de una Válvula”.

Esta fuerza en el tapón producida por el flujo, com-plica el mover el tapón y por lo tanto el trabajo que hace el actuador.

2:310 TAPÓN BALANCEADO

Una forma de minimizar este efecto de fuerza es usar un tapón balanceado. Un tapón balanceado son en realidad, dos tapones en el vástago de la vál-vula. Ver ♦ Figura 12, “Tapón Balanceado”. Note como el flujo empuja un tapón hacia arriba y uno hacia abajo (esto hace que ambas fuerzas se esta-bilicen y la resultante sea cero).

2:320 CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO

Suponemos que usted habrá notado la forma del tapón. Esa forma determina las características del flujo en la válvula. Esto es, cómo cambia el flujo según se mueve el tapón a través de su recorrido.

A los tapones se les da forma para proporcionar las siguientes características:

• Lineales.

• Porcentajes iguales.

• Abertura rápida.

• Parabólicas.

Cada uno de éstos produce un flujo diferente para el mismo cambio en el movimiento del vástago. Esto tiene que ver con los principios de control. Ver ♦ Figuras 13, “Características del Flujo”, que muestra las cuatro características diferentes.

Estas cuatro características de uso común es más o menos todo lo que necesitamos. No obstante, aprenderemos más tarde cuando miremos los posi-




cionadores que existen, posicionadores que pueden “caracterizar flujos”.

Estudie la curva de porcentaje y notará cómo un movimiento de 10% entre el 20% y el 30% cambia el flujo quizás 5%. Un movimiento de 10% entre el 80 y el 90% cambia el flujo 20%.

2:400 ACCIÓN DE LA VÁLVULA

La acción de la válvula tiene que ver con qué hace la válvula al flujo según se mueve el vástago.

Son posibles dos acciones:

1. La válvula cierra al bajar el vástago en el cuerpo.

2. La válvula abre al bajar el vástago en el cuerpo.

♦ Figura 14, “Acción de Válvula”.

Los tapones de las válvulas necesitan guiarse; esto es, soportarse según se mueven en la válvula. El fluido tiende a empujar el tapón hacia un lado. Para prevenir esto se facilitan guías al mismo. Las guías son unos manguitos montados en el cuerpo de la válvula. El conjunto del tapón tiene secciones cilín-dricas que se mueven dentro de los manguitos. La ♦ Figura 15, “Guías de la Válvula”, muestra una vál-vula con guía arriba y una válvula con guía arriba y al fondo.

Hemos visto cómo se le puede dar forma al tapón para producir las características deseadas. También tenemos otra forma de conseguir los mismos resul-tados. En vez de darle forma al tapón (podemos dejarlo básicamente como un cilindro) podemos darle forma al “asiento” o más exactamente un man-guito, llamado jaula, alrededor del tapón. Este tipo de válvula se llama Válvula de Jaula. Vea la ♦ Figura 16, “Válvula de Jaula”.

Según el tapón se mueve hacia arriba, una mayor parte de la abertura queda al descubierto y aumenta el flujo. Tenga en mente que hay más de un hueco a través de la jaula. Típicamente hay tres o cuatro. En efecto, algunas jaulas tienen un grupo de orificios de diámetro pequeño perforados a través de ésta. Muchos de ellos reducen el nivel de ruido.

El orificio a través de la jaula puede tener cierta forma que dé las características de uso común mos-tradas en la ♦ Figura 13, “Características del Flujo”.

La válvula de jaula puede ser de tal forma que el tapón esté balanceado. Esto se puede conseguir barrenando huecos a través del tapón de tal forma que la presión debajo del mismo podamos tenerla en la parte de arriba. Si la presión debajo o sobre la válvula es la misma, el diferencial de presión a tra-vés del tapón se elimina y se elimina el efecto de fuerza de flujo en la válvula.

Ya que hemos dado una mirada a las diferentes cla-ses de válvulas y las variaciones del principio de éstas tres clases básicas, preguntemos: “¿qué hace una válvula cuando está instalada?”

La contestación a esta pregunta parece obvia. La válvula controla el flujo de fluidos, esto es, según cambia la apertura de la válvula, cambia el flujo.

Pero, ¿cambia el flujo una válvula de control? La contestación a esa pregunta es considerablemente más compleja. La contestación simple y obvia es: “A medida que la válvula cierra, aumenta la restricción al flujo causando una disminución del mismo”.

Pero, aquí está el problema. Nosotros sabemos que “la suma de las cargas hidráulicas” es igual a cero. Si usted ha olvidado ésto, déle una mirada al manual de µ IM106 “Concepto de la Carga Hidráulica Aplicado a la Instrumentación”. Como un recordatorio rápido la ecuación dice que, en un cir-cuito hidráulico el aumento en la carga hidráulica en una sección iguala a la disminución de la carga hidráulica en otra sección.

Ahora volvamos atrás un instante. Lo que nosotros queremos en la aplicación de un control de flujo dado es lograr un flujo mínimo y un flujo máximo (y flujos intermedios). Luego, también debemos saber lo que es presión final. Esto lo determina, lo que tenemos al extremo de la línea. ¿Tenemos un tan-que abierto o un reactor operando a 800 lb/plg2? Nosotros sabemos la presión inicial. Si ésta es la presión de un reactor, sabemos esa presión. Si es una bomba la que proporciona la presión inicial, sabemos la presión de descarga para cada rango

Σh 0=


IM220Acerca de Válvulas, Actuadores y Posicionadores



de flujo. La curva de la bomba nos dice esto: mien-tras más alta la presión de descarga, más bajo el flujo. En efecto, si la válvula de descarga está cerrada, la presión es máxima y el flujo es cero. Por otro lado, mientras más baja la presión más grande el flujo. La ♦ Figura 17, “Curva de la Bomba”, nos muestra cómo varía la presión y el flujo.

Leamos la curva de la bomba. Si la presión de des-carga es 100 lb/plg2 ¿cuál es el flujo? Respuesta: Un poquito menos de 200 galones por minuto.

Otra pregunta ¿Si el flujo es de 300 galones por minuto, cuál es la presión de descarga? Respuesta: Alrededor de 80 lb/plg2.

¿Qué quiere decir ésto?. Esto significa que tenemos la curva de una bomba que nos dice cuál es la pre-sión de descarga. Y la presión de descarga nos dice cuál es el flujo. Si esto es cierto, y lo es, y si quiere un flujo especial porque esto es lo que el proceso necesita, entonces podré saber, cuál es la presión de descarga. Luego, si sé la configuración y el tamaño de la línea hacia la válvula de control, podría determinar cuál será la caída de presión a través de la línea para ese flujo. Luego, si resto la caída de presión a través de la línea de la presión de descarga de la bomba, habré encontrado la pre-sión que está en la entrada de la válvula de control.

Y, ¿qué hay acerca de la presión a la salida de la válvula? Esta presión va a igualar la caída de pre-sión a través de la línea desde la válvula al recibidor. Tome esa presión, súmela a la presión en el recibi-dor para obtener la presión en el lado de salida de la válvula. Así sabiendo la presión de la entrada y la presión de la salida, tengo la caída de la presión a través de la válvula para el flujo que necesita el pro-ceso.

Podría repetir el cálculo para la necesidad máxima de flujo y la necesidad mínima de flujo. La primera nos dará la caída de presión mínima a través de la válvula y la segunda nos daría la máxima.

Ahora volvamos a donde empezamos algunas pági-nas atrás ¿Cómo cambia una válvula de control el flujo? La discusión anterior lleva a la conclusión de que la válvula de control no nos ocasiona el cambio. En vez de ello la válvula de control nos llena la dife-

rencia en presión entre la entrada de la válvula y el proceso.

Esta diferencia de caída de presión en la válvula la determina el proceso. A la válvula se le da un tamaño para producir esa caída.

Admito que ésta no es la explicación usual. El mérito principal es que viene a ser correcto, por cuanto la primera contestación, “A medida que la válvula cierra, la restricción al flujo aumenta cau-sando que disminuya éste” no dice toda la historia. Esta idea se entiende mejor usando una gráfica en vez de palabras. Vea la ♦ Figura 18, “Gradiente Hidráulico”.

Ahora quizás hemos ido muy lejos en la pregunta, “¿Qué hace una válvula y cómo lo hace? “No obs-tante lo que nosotros sabemos, es que la mejor forma de seleccionar una válvula es conocer en pri-mer lugar las necesidades de caída máxima y mínima a través de la válvula. Pero usted protesta. No voy a ajustar una válvula. Bien, si ésto es cierto ¿va usted cambiando válvulas de un lugar a otro y espera hacer el mismo trabajo en control?

Volvamos a la idea de la suma de las cargas hidráu-licas. Estudie la ♦ Figura 19, “Suma de las Cargas Hidráulicas”.

La curva de la bomba nos muestra la carga hidráu-lica en aumento. La caída de presión del sistema nos muestra la disminución de la carga hidráulica en aumento. La caída de presión del sistema nos muestra la disminución de la carga hidráulica a tra-vés de la línea de tubería. Mire al flujo de 50 unida-des. La caída de presión es de 60 lb/plg2. La descarga de la bomba es 100 lb/plg2. Por lo tanto, la caída de presión a través de la válvula de control debe ser la diferencia entre 60 lb/plg2, o sea 40 lb/plg2.

Ahora usted puede apreciar que según el flujo aumenta, la caída a través de la válvula disminuye hasta un punto donde no existe ninguna caída para los sistemas de bombeo. Para obtener cualquier clase de control, la caída a través de la válvula debe ser por lo menos de 20% del total de caída del sis-tema.




2:500 CAVITACIÓN

Usted sabe o aprenderá que los líquidos bajo cier-tas condiciones producen cavitación, esto es, el líquido empieza a evaporarse. Se forman burbujas de aire. De hecho, los líquidos parecen querer con-vertirse en gas. Cuánto, depende de tres factores:

• El líquido involucrado. Algunos líquidos se evaporan más fácilmente que otros.

• La temperatura. Mientras más caliente el líquido, más tiende a evaporarse.

• La presión en la superficie del líquido. Mien-tras más baja la presión, más burbujas de aire se forman.

Estos dos últimos producen lo que se llama “presión de vapor”. Para cada líquido existe una combinación de temperatura y presión que es su presión de vapor. En esta “presión de vapor” un líquido comienza a convertirse en gas si aumenta un poco la temperatura o se reduce un poco la presión.

También en esta “presión de vapor” si aumenta un poco la presión cualquier burbuja volverá otra vez al líquido.

La formación de burbujas y la caída de esas burbu-jas otra vez al líquido, se llama cavitación.

Nosotros sabemos que según un flujo fluye a través de una restricción, la velocidad aumenta y por lo tanto la presión disminuye. Ahora, si resulta que el líquido que está fluyendo a través de la restricción está en alguna condición cerca de su presión de vapor, la reducción en presión debido al aumento en velocidad puede ser suficiente para permitir que se formen las burbujas de gas.

También, según disminuye la velocidad del flujo como sucede cuando pasa a través de la restric-ción, la presión aumentará. Este aumento en pre-sión podría muy bien aplastar esas burbujas. Si las burbujas se formaron en primer lugar, con toda pro-babilidad se eliminarán a medida que la presión regresa a su valor original en la línea.

Todo esto significa que bajo ciertas condiciones (condiciones de presión, de flujo y temperatura) podríamos tener cavitación en o alrededor de una

válvula de control. Y esto no es bueno. Esta cavita-ción es ruidosa, causa vibración y generalmente mueve hacia arriba el vástago y el asiento de la vál-vula.

Es suficiente decir que seleccionado el tipo y la forma de la válvula debe ser suficiente para eliminar las condiciones que causan cavitación. Ahora, cómo se hace está fuera del alcance de este manual. Los fabricantes de válvulas han desarro-llado un factor que indica qué le sucede a sus válvu-las a diversas velocidades y presiones. Este factor con información de presión de vapor y las presiones de admisión y descarga, le dará a usted lo que necesita para determinar si el fluido va a evapo-rarse, convertirse en vapor y cavitar. ª





ª3:000ACTUADORES

Primero llegaremos a un acuerdo sobre lo que hacen los actuadores. Lo que hacen es cambiar una señal de entrada en una posición de salida. Tenemos dos clases básicas de actuadores.:

• De diafragma.

• De pistón.

La diferencia principal de estas dos clases es la magnitud del recorrido de salida. El pistón puede tener un recorrido cualquiera desde digamos 4” “hasta más de 4 pies.

El recorrido típico de uno de diafragma es de 1” hasta 4". Vea la ♦ Figura 20, “Clases de Actua-dores”.

Las partes principales de las dos clases de actuado-res se muestran en la ♦ Figura 20, “Clases de Actu-adores”. El diafragma está hecho de unas capas de tejido y caucho o un material similar al caucho en cuanto a lo que concierne a flexibilidad, pero más resistente a los productos químicos. El diafragma se mueve hacia abajo en contra del resorte según se aplica presión en la parte de arriba del diafragma.

Cada una de las clases básicas viene en una varie-dad de disposiciones.

Una de las cosas que más nos interesa tiene que ver con qué hace el actuador si falla el aire que viene al mismo. En una falla ¿usted quiere que el vástago se mueva hacia afuera o hacia adentro? Esto depende de lo que hace el aire que viene hacia el actuador. Un aumento en presión de aire, ¿mueve el vástago hacia adentro o hacia afuera? Si mueve el vástago hacia afuera, nosotros llamamos esto acción directa. Si mueve el vástago hacia adentro es acción inversa. La clase de actuador que se use depende del recorrido y de la fuerza que se requiere. La fuerza que puede producir el actuador depende de su diámetro y de la presión que se le aplique.

La presión que le puede aplicar a un pistón es gene-ralmente mucho mayor que la que le puede aplicar a un diafragma. Un diafragma siendo lo que es sim-plemente no resistirá una presión mucho mayor, digamos de 30 lb/plg2. El pistón, por un lado, puede manejar varias veces esa presión.

El diafragma se balancea con un resorte de tal manera que la fuerza disponible para accionar la válvula sea la diferencia entre la presión de aire en el diafragma y la fuerza del resorte de balance.

El actuador de pistón es generalmente de doble acción. Esto es, se le aplica presión en la parte superior del pistón para mover el vástago hacia afuera y presión en la parte inferior para mover el vástago hacia adentro. Esto significa que la fuerza disponible es igual a la presión aplicada por el área del pistón.

Ambas salidas, la del actuador del pistón y la de dia-fragma son lineales (como opuestos a la rotación). Y usted sabe que existen muchas válvulas de tipo rotativo, pero cualquiera de estos dos puede usarse para accionar válvulas de tipo rotativo. Esto se hace introduciendo un conjunto de eje-palanca-eslabón entre la válvula de rotación y el actuador lineal o introduciendo un eje y piñón. Vea la ♦ Figura 21, “Actuador con Salida Rotativa”.

Los actuadores de diafragma viene en varios tama-ños. Los dos factores de tamaño son:

• Alcance.

• Fuerza.




La fuerza depende del diámetro del actuador o más exactamente del diámetro del diafragma. Estos se consiguen o están disponibles tan pequeños como de 6" de diámetro hasta 3 o 4 pies. Los más comu-nes son de alrededor de 18 a 24" de diámetro. ª





ª4:000POSICIONADORES

4:100 QUÉ SON LOS POSICIONADORES

Los posicionadores en su mayoría son neumáticos. Esto es, la señal que le llega al posicionador es pre-sión de aire y la salida de éste también es presión de aire. ¿Razón? Casi todos los actuadores de vál-vulas de control en la industria se manejan por pre-sión de aire. Esto significa que la salida del posicionador debe de ser o necesita ser una presión de aire. Tenemos una excepción notable. La excep-ción es, por ejemplo, la válvula manejada por un motor eléctrico. Un actuador tipo “Limitorque” se dis-cuten en el manual µ EM945 “Actuadores de Válvula Limitorque Eléctricos”. Sin embargo, muy raras veces se usan estas válvulas en servicios de estrangulación o de control. Casi siempre se usan en servicios de dos posiciones (abierta-cerrada).

Tenemos tres entradas a un posicionador. Una es la señal de mando, que es la señal que le dice al actuador qué hacer. La segunda es la señal que le dice al posicionador lo que el actuador está haciendo. Más exactamente, la señal que le dice al posicionador en qué posición está el vástago de la válvula. El posicionador “atiende” a esas dos seña-les y hace cambios en su salida hasta que “escu-

cha” que el actuador dice, “estoy en la posición que la señal de mando quiere”.

La señal de mando puede ser eléctrica y muchas veces lo es. Estos posicionadores son bastante comunes. En las plantas donde se usan instrumen-tos de transmisión y control electrónicos (y estos hay muchos y más por venir), la señal eléctrica se convierte en señal neumática. Este cambio puede llevarse a cabo por medio de un transductor que simplemente convierte la forma de la primera señal a otra, en este caso, de eléctrica a neumática, esta transducción puede hacerla el posicionador. Muchas plantas usan la salida neumática del trans-ductor como entrada a un posicionador neumático. Un posicionador electroneumático usa una señal eléctrica común y envía una presión de aire.

Los posicionadores están disponibles en dos estilos básicos:

• De instalación en el brazo lateral.

• Integral.

El estilo del brazo lateral tal como su nombre lo indica, se instala en el lado del actuador. El posicio-nador integral es parte integrante del actuador. Vea la ♦ Figura 22, “Clases de Posicionadores”.

Las compañías que hacen posicionadores general-mente fabrican ambos estilos. Aun así predomina el estilo del brazo lateral.

El posicionador integral se hace para conjuntos más pequeños. Es menos vulnerable a corrosión, daños, golpes o que se afloje.

Los eslabones que conectan el posicionador de brazo lateral al actuador están expuestos a todos esos peligros y sucumben frecuentemente. Así es que, ¿por qué es tan popular este posicionador? Una razón. Es más flexible en cuanto a aplicación y más fácil de ajustar.

4:200 ACCIÓN DE BALANCE

Los posicionadores como todos los instrumentos neumáticos son:

• De balance de fuerzas.




• De balance de movimientos.

El tipo de balance de movimientos es “angular” o “lineal”. Pensando en este momento, no recuerdo un posicionador de balance de movimientos linea-les. Vea la ♦ Figura 23, “Clases de Acciones de Balance”.

Como argumento general los posicionadores de balance de fuerzas integrales son de balance de fuerzas verdadero. Este tipo de balance se presta para construcción de tipo compacto en la línea. Una excepción para esta observación general es el posi-cionador integral “Conoflow”. La ♦ Figura 24, “Posi-cionadores Actuadores”, nos muestra un posicionador integral y uno de brazo lateral hechos por Masoneilan.

Muchos posicionadores de brazo lateral son de balance de fuerzas verdaderas. Así es que no llegue a la conclusión en acción de balance basado en si es de brazo lateral o de tipo integral.

Muchas veces los posicionadores vienen con la vál-vula de desvío o de derivación. Esta válvula hace posible que:

• Se pueda conectar directamente al actuador la señal de mando.

• Se pueda bloquear la señal de mando del posicionador.

El propósito de la válvula de desvío es hacer posible el retirar el posicionador sin alterar la posición de la válvula.

Los posicionadores muy a menudo vienen equipa-dos con tres indicadores de presión pequeños. Estos indicadores nos muestran:

• Señal de mando (rotulada frecuentemente “controlador”).

• Presión de salida (rotulada frecuente “presión de la válvula”).

• Presión de Suministro (generalmente rotulada “Presión de Suministro”).

4:300 ACCIÓN DEL POSICIONADOR

Los posicionadores están disponibles para usarse con actuadores donde la acción hace que el vás-tago se mueva hacia arriba con la presión o que el vástago se mueva hacia abajo con la presión.

También los posicionadores pueden disponerse para que:

• Aumento en señal de entrada — aumento en la salida del posicionador.

• Aumento en señal de entrada — disminución en la presión de salida del posicionador.

Dependiendo del controlador, se elige uno de éstos. La acción de los posicionadores es casi siempre fácil de cambiar.

Usted ya ha aprendido que las válvulas están dispo-nibles en dos acciones básicas:

• El vástago se mueve hacia adentro para abrir

• El vástago se mueve hacia adentro para cerrar

Ahora cuando añadimos un actuador a la válvula y un posicionador al actuador y la señal de mando al actuador puede ser directa o inversa, toda la acción en conjunto puede ponerse bastante confusa.

Tenemos:

• Acción del controlador.

• Acción del posicionador.

• Acción del actuador.

• Acción de la válvula.

♦ Figura 25, “Acciones”.

Así que sea precavido. Puede que se encuentre con cualquiera de las posibles combinaciones (dos a la cuarta potencia). Admitamos que algunas de las posibles combinaciones de acción no trabajen. El posicionador balanceará. El actuador irá todo el recorrido hacia afuera o todo el recorrido hacia adentro. (Lo que la válvula haga depende de su acción). La clave para este problema de balance es esta: El posicionador se balanceará sólo si las dos señales de entrada se balancean. Esto es, si la señal de entrada neumática mueve la laminilla





hacia la tobera, el movimiento del actuador que resulte debe alejarla de la tobera. La combinación específica de acciones depende de la aplicación.

La pregunta que nos hacemos que determina la acción es esta: ¿Qué quiere usted que haga la vál-vula cuando falta aire? ¿Abrir o cerrar? ¿Cuál es la posición segura de la válvula si hay una falla, abierta o cerrada?

Lo que nos trae una pregunta interesante. ¿Qué aire? ¿El aire al posicionador o el aire al controla-dor? Usualmente escogemos el aire al posicionador porque el suministro de aire en el campo está más propenso a fallar que el aire a la sala de control.

Démosle una primera mirada a cómo trabajan los posicionadores. No importando la forma en que se balancean, sabemos que los posicionadores tienen dos entradas y una salida. Vea la ♦ Figura 26, “Diagrama de Bloques de un Posicionador”.

Una de las señales es neumática o eléctrica. La otra es la posición mecánica del vástago del actuador. El posicionador compara estas dos señales. Si éstas son iguales, no se mueve la salida del posicionador esto es, está en algún sitio en medio de la gama del suministro de aire. Esta no es cero ni tampoco el máximo del suministro. Si una es mayor que la otra por más de uno o dos por ciento, la salida se saldrá de la escala. Esto significa que un posicionador no conectado es un dispositivo de alta ganancia. Alta ganancia debido a que un cambio de uno o dos por ciento en entrada ocasione un cambio de 100%.

En los manuales de µ sobre posicionadores sólo cubrimos cómo trabajan los mismos y cómo están hechos. Por ahora es suficiente saber que los posicionadores comparan la presión de entrada y la entrada mecánica y producen una salida en base a ello. Esta salida hace que el actuador vaya a la posi-ción que balancea la señal de mando de entrada.

Si conectamos el posicionador como se muestra en la ♦ Figura 27, “Actuador con Posicionador”, podre-mos ver de dónde viene la señal mecánica. Ésta vendrá de la posición del vástago del actuador. Y podremos ver también a dónde va la salida del posi-cionador. Va al actuador.

Aquí está cómo trabaja la combinación. Si aumento la señal de presión hacia el actuador, la salida del posicionador cambiará porque la señal de presión no está de acuerdo con la señal mecánica.

No obstante, ese cambio en salida va al actuador y éste empieza a moverse y continuará moviéndose hasta que la señal de posición mecánica llegue a estar de acuerdo con la nueva señal de presión.

El resultado neto de esta acción de balance es el siguiente:

• El posicionador producirá cualquier presión (entre cero y el suministro) que sea necesaria para mover el actuador.

4:310 UNA RÁPIDA MIRADA A POR QUÉ USAMOS POSICIONADORES EN LAS VÁLVULAS

Ahora recordaremos el hecho de que muchas válvu-las de control pueden tener fuerzas aplicadas a ellas por la diferencia en presión a través de la vál-vula. Si la diferencia de presión empieza a mover el vástago de la válvula, el posicionador cambiará la presión de aire en el actuador para balancear la fuerza.

También si la válvula tiene mucha fricción, el posi-cionador añadirá o restará presión de aire para ven-cer la fricción. El posicionador tiene otras ventajas. Se minimiza el tiempo de respuesta de la válvula con el uso de un posicionador. Cuando usamos apropiadamente los posicionadores se hace posible el recorrido de un actuador que normalmente va de 3 a 15 lb/plg2 usando 3 a 9 lb/plg2 o 9 a 15 lb/plg2.

4:320 ALGUNAS VARIACIONES COMÚNES DE POSICIONADORES

Como usted recordará los actuadores de tipo pistón a menudo se acoplan de tal forma que según aumenta la presión digamos, en la parte de arriba del pistón, otra presión disminuye debajo del mismo. Este tipo de disposición termina en que la fuerza en el pistón viene a ser muy grande. No obstante, si el pistón se mueve libremente, la diferencia de presio-nes, por tanto, fuerzas a través del pistón, necesita ser sólo lo suficiente para mover el pistón contra cualquier carga que haya sido puesta en el vástago del posicionador.




Un posicionador que aumenta una presión y dismi-nuye una segunda simultáneamente, es un posicio-nador de doble acción.

Los posicionadores pueden ser lineales, esto es, el movimiento del actuador graficado contra la señal de presión es una línea recta. O, ellos pueden ser no lineales. Muy a menudo queremos una relación no lineal. Esta relación no-lineal puede causar movi-miento en el actuador de la válvula no lineal. Este movimiento no lineal de la válvula puede ser exac-tamente lo que se necesita para producir el flujo lineal con respecto a la señal al posicionador. Esto es, el flujo cambia cantidades iguales según la señal de mando cambia cantidades iguales.

Un posicionador se hace no-lineal, introduciendo una leva en el mismo. Estas levas están disponibles (o pueden hacerse) para obtener la no linealidad requerida. Tenemos levas disponibles para obtener relaciones lineales.

No todos los posicionadores se pueden hacer no lineales. ª





ª5:000SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL

Seleccionar las válvulas de control es una especia-lidad, un tema aparte por sí mismo. Todo lo que podemos hacer aquí es discutir algunos de los fac-tores involucrados para decidir qué clase de válvula y tamaño se seleccionará para la aplicación.

Aplicación es la palabra clave. La aplicación que va a estar controlando la válvula, bajo qué condicio-nes y dentro de qué límites es lo que determina la clase y el tamaño de la válvula.

La clase de válvula entonces dicta la clase de actua-dor. Esa decisión nos lleva entonces a la clase de posicionador a usarse. Así es que todo comienza con los requerimientos del proceso.

Tenemos muchos factores relacionados en el pro-ceso de seleccionar una válvula. Estos factores pueden dividirse en cuatro categorías básicas:

1. Los que tienen que ver con las propiedades químicas y físicas del fluido que se va a con-trolar.

2. Los que tiene que ver con los factores ambien-tales del proceso, principalmente presión y temperatura.

3. Los factores de trabajo tales como flujo máximo, cierre de sellado, velocidad o res-puesta, etc.

4. Finalmente, costo.

Las propiedades físicas y químicas del fluido deter-minan el material de construcción de la válvula. Considere las propiedades químicas primero. Por ejemplo, el ácido clorhídrico es altamente corrosivo, los metales, aún algunos de los exóticos se pueden corroer muy rápido. Así, la válvula a usarse debe ser una no-metálica, digamos, alguna de los plásticos. Esto en cambio (algunos químicos son tan tóxicos que el cuerpo de la válvula tiene que fabricarse especialmente), limita el uso a las clases de válvula que se pueden hacer de plástico.

Las propiedades físicas que nos conciernen son la viscosidad, el porcentaje de sólidos y abrasión de los sólidos.

Esto determina su habilidad de fluir y su erosividad. Los materiales que contienen sólidos siempre son difíciles de manejar. Los sólidos causan toda clase de problemas. Desgastan el interior de la válvula. Los sólidos se asientan e interfieren con el movi-miento del vástago recubriendo las guías del mismo.

El factor viscosidad puede ser tal que haya que mantener el material caliente. Esto puede significar que la válvula tenga que tener camisa y ser calen-tada con vapor. Algunos materiales son sólidos a temperaturas ordinarias, nafta y azufre, por ejemplo, requieren válvulas con camisas.

Algunos fluidos tienen una viscosidad tan baja que es extremadamente difícil poder contenerlos. Estos fluidos hacen inaceptable el uso de sellado de vapor ordinario. Posiblemente se requieran instalaciones especiales de sellado de vapor.

Los factores del ambiente tienen que ver con la pre-sión y la temperatura. Obviamente el material del cuerpo y la fortaleza de la construcción las dicta básicamente la presión y la temperatura.

Una válvula que controla vapor sobrecalentado, a 1500 lb/plg2 debe construirse más robusta y dife-rente a una válvula trabajando con 150 lb/plg2 de agua fría.




En su mayoría las válvulas de alta temperatura y alta presión son de acero fundido y con bridas. Tam-bién las hacen para soldarse en la línea.

Los factores de trabajo mayormente tienen que ver con el tamaño de la válvula y cuán bien controlará. El tamaño básico se determinará por el flujo máximo y la caída en presión requerida. El flujo mínimo con-trolable depende del flujo máximo y de la válvula seleccionada. Usualmente el seleccionador de vál-vulas escoge para su uso una válvula con muchas posibles gamas. Esto quiere decir que le puede con-trolar razonablemente bien con poco flujo y con un flujo 100 veces más grande. Por ejemplo, podría-mos querer una válvula para controlar un flujo máximo de 250 galones por minuto. El flujo usual puede ser de 300 galones por minuto. Y quizás durante la arrancada el flujo tenga que controlarse a 4 o 5 galones por minuto. Es difícil obtener una vál-vula que haga todo eso. Sin embargo, usted ha aprendido que los tapones en promedio pueden hacer un trabajo razonable en una serie de gamas diferentes.

El factor de caída de presión puede ser muy impor-tante. Algunas válvulas operan completamente abiertas, por ejemplo, las válvulas que se aplican en interrupción automática. Esta clase de válvula debe interferir con el flujo lo menos posible.

Un requisito que es difícil de conseguir es el de cie-rre hermético. Conseguir que una válvula cierre her-méticamente es muy difícil. La solución común es un asiento blando. El cierre hermético se consigue debido a que el tapón presiona hacia adentro del asiento blando. Desafortunadamente usted no puede obtener un asiento blando para alta tempera-tura y alta presión.

En los procesos difíciles de controlar, la rapidez y precisión de la válvula es un factor crucial. En gene-ral, la velocidad y la precisión las proporcionan el actuador y el posicionador.

Hasta ahora no hemos mencionado el costo. Las válvulas de control son costosas. Una simple vál-vula puede costar miles de dólares. Algunos tipos de válvulas cuestan menos. Las válvulas de aleta en tamaño grande son menos costosas que las vál-vulas lineales. Si usted ha escogido válvulas que

pueden hacer el trabajo, entonces es más fácil escoger la que va a usar, sabiendo el costo. Es con-siderablemente difícil hacer una decisión de costo cuando usted tiene que sacrificar rendimiento y durabilidad para obtener un precio más bajo.

Podemos determinar el tamaño de la válvula de control si sabemos:

• El flujo máximo.

• El flujo mínimo.

• La caída de presión del sistema para esos dos flujos.

• La presión final del sistema.

• La presión de suministro del sistema.

• La curva de la bomba (para sistemas con bomba).

• La presión del vapor, viscosidad y gravedad específica.

Es materia fácil conseguir el tamaño de una válvula. Los fabricantes de válvulas proveen una especie de regla de cálculo que nos da la información requerida (Cv cuando ponemos en ella toda esta información). El fabricante no ofrece la Cv de sus válvulas.

Con todo esto podemos decir que seleccionar una válvula de control puede ser más arte que una cien-cia. ª



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ª6:000 RESUMEN

Hemos cubierto una vasta extensión de terreno, pero no hemos cavado muy profundo. Lo que usted ha aprendido hasta ahora es una rápida mirada a las válvulas, actuadores y posicionadores. De manera que no se sorprenda de saber que hay muchísimo más que aprender. ª

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ª7:000 RETROALIMENTACIÓN

Ahora que ha comprendido el estudio del contenido técnico de este manual, asegurémonos de que puede aplicar lo que ha aprendido. Para esto, com-plete la retroalimentación y el trabajo de taller y cualquier otra asignación que se le pida.

Recuerde la idea principal es darle a usted la opor-tunidad de demostrar lo que sabe y lo que puede hacer. Si no puede hacer todo lo que se le pide, se le dará oportunidad de volver sobre lo que no ha captado.

7:100 RETROALIMENTACIÓN

Se le han hecho numerosas preguntas y se le ha pedido que hiciera diagramas a medida que estu-diaba este manual. La retroalimentación es la requerida por usted.

7:200 TRABAJO DE TALLER

1. Examine varios tapones de válvula y varias válvulas.

2. Haga una gráfica de flujo contra la curva de una válvula en movimiento usando los datos que le dará el instructor. O lo que es mejor,

usando datos que usted ha tomado en la ins-talación de una válvula.

3. Visite la planta, localice varias instalaciones de válvulas y observe:

a) Las tres clases de válvulas.

b) Los actuadores de tipo de diafragma y de pistón.

c) Posicionadores de varios fabricantes. ª


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Fig. 1 Diagrama de Bloques de un Circuito de Control

INDICADOR

PROCESO

ELEMENTOFINAL

ELEMENTOPRIMARIO

TRANSMISOR

CONTROLADOR

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Fig. 2 Tipos de Básicos de Válvulas

Cuerpo

Cuerpo

Tapón Gira

DE ROTACIÓN, MOSTRADAPARCIALMENTE CERRADA

Cuerpo

LINEAL, MOSTRADAPARCIALMENTE CERRADA

Brida

Aleta Gira

Mariposa

Eje

MOSTRADA PARCIALMENTEABIERTA PUNTEADA, CERRADA


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Fig. 3 Algunas Variaciones de Válvulas

VÁLVULA LINEALVARIACIÓN SAUNDERS

Paso o Abertura

Cuerpo con Brida

Flujo

DiafragmaTornillo

Cuerpo

Bola

VÁLVULA DE TAPÓN, VARIACIÓN DE BOLA(MOSTRADA PARCIALMENTE ABIERTA)

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Fig. 4 Válvula de Tapón

Bridas

TapónTapa

La Abertura a través del TapónNos Muestra el Tapón Completamente Abierto

en Línea con la Entrada y la Salida

Cuerpo

Palanca

Extensión


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Fig. 5 Variaciones de Tapones

90o

ABERTURA EN "T"

ABERTURA DE "T"EN 90o

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Fig. 6 Válvula de Bola

VÁLVULA DE BOLA MOSTRADAPARCIALMENTE ABIERTA

Actuador

CORTE DE LA VÁLVULA

Válvula


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Fig. 7 Válvula de Leva

Eje

TapónCuerpo

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Fig. 8 Válvula de Mariposa

Eje

Recubrimiento paraSello Hermético

Aleta Abierta

Cuerpo

Sello del Eje

Rotacióndel Eje


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Fig. 9 Posiciones de Aleta Vs. Flujo

Flujo

0o

25o

45o

90o0o 100o50o 75o

Note como al Cerrar la Válvula la Mitad del Recorrido(esto es desde 90o a 45o) Cambia el FlujoAlrededor de 20 unidades, desde 100 a 80

Posi

ción

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Fig. 10 Válvula de Mariposa

Aleta

Cuerpo

Eje

Actuador

Caja delCojinete Inferior


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Fig. 11 Fuerza en el Tapón de una Válvula

Fuerza delFluido

Flujo

Asiento

Cuerpo

Empaquetadura

Vástago

Tapón

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Fig. 12 Tapón Balanceado

Flujo

Asiento

Cuerpo

Empaquetadura

Vástago

Tapón

Asiento

Tapón


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Fig. 13 Características del Flujo

Lineal

Isoporcentual

Parobólica

Abertura Rápida60 Unidades de Flujo a 30%

Unidades

Rec

orrid

o de

l Vás

tago

Cerrado

Abierto

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0 20 40 8060 100

2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/ftc 36



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Fig. 14 Acción de la Válvula

Vástago Baja, Válvula AbreAcción Directa

Vástago Baja, Válvula CierraAcción Inversa


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Fig. 15 Guías de la Válvula

Guía Superior

Guía Superiore Inferior

Guía

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Fig. 16 Válvula de Jaula

El Tapón se MueveDentro de la Caja

Empaquetadura

Vástago

Jaula oCaja

Abertura en la Cajacon las Características

del Flujo

Flujo

Cuerpo

Anillo de Asiento


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Fig. 17 Curva de la Bomba

Pres

ión

Des

cara

Lb/

Plg2

110

100

90

70

500 100 200 300 400

Flujo Galones/Tiempo

2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/ftc 40



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Fig. 18 Gradiente Hidráulico

Presión de Reación

ReacciónI.C

Descargade la Bomba

Caidacon FlujoMínimo

Caida a trávesde la Válvula de Control

con Flujo Máximo


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Fig. 19 Suma de las Cargas Hidráulicas

Caida a trávesde la Válvulade Control

Flujo

Caida de Presiónen la Tubería

Curva de la Bomba100 Lb/Plg2

60

45

300 80 10050

2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/ftc 42



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Fig. 20 Clases de Actuadores

Señal deEntrada

(Presión)

Pistón

Actuador de Diafragma

Actuador de Pistón

Señal de Salida(Posición

del Vástago)

Señal deEntrada

(Presión)

Resorte

Diafragma

Señal de Salida(Posición

del Vástago)


2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/ftc 43



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Fig. 21 Actuador con Salida Rotativa

Actuador

Cojinete

Palanca

Eslabón

Señal de Entrada(Movimiento Lineal)

Eje

Salida en Rotación

Piñón Fijado al Eje de la Válvula

Cremallera

Actuador

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Fig. 22 Clases de Posicionadores

Suministro de Aire

Señal deEntrada

Tipo Braso Lateral

Señal dePosición al

Posicionador

Presión de Aire

Tipo Integral

Señal de Posicióndel Vástago

Actuador

Suministro de AireSeñal deEntrada

Posicionador

Posicionador


2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/ftc 45



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Fig. 23 Clases de Acciones de Balance

Señal de Posición

Balance deMovimientos

Señal de Mando

Señal de Posición

D

Detector

Suministro de Aire

Señal de Posición

Balance deFuerzas Verdaderas

Señal de Mando Detector

Señal de Mando

Balancede Ángulos

Detector

Suministro de Aire

Suministro de Aire

2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/ftc 46



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Fig. 24 Posicionadores Actuadores

PosicionadorIntegral

Integral

Brazo Lateral


2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/ftc 47



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Fig. 25 Acciones

QUÉ ES ENTRADA/SALIDA ACCIÓNControlador Aumenta la medición.

Aumenta la salida del controlador.Directa

Posicionador Aumenta la entrada (desde el controlador).Aumenta la presión de salida.

Directa

Actuador Aumento de presión.El actuador se mueve hacia afuera.

Directa

Válvula El vástago se mueve haci adentro.El orificio se cierra.

Directa

Combinación Aumenta la señal de control.La válvula se cierra.

Directa

2rev 8/25/98 doc 4.5m im220/ftc 48



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Fig. 26 Diagrama de Bloques de un Posicionador

MECANISMODE

COMPARACIÓN

Posición delVástago

MECANISMO DEAJUSTE DE

GANANCIA YDETECTOR

POSICIONADOR

Diafragma

Señal deEntrada

(Mecánica)

Presiónde Salida

Fuerza o Movimiento

Fuerza o Movimiento

Señal deEntrada

(Presión)

Señal de Entrada(Mecánica)

Señal de Entrada(Presión) Presión de Salida


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Fig. 27 Actuador con Posicionador

POSICIONADOR

Suministro de Aire

Presión de SalidaSeñal Mecánica

Señal deEntrada (Presión)

Acción del Actuador:la Presión Mueve el

Vástago hacia Afuera

im220_acerca de valvulas, actuadores y posicionadores

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