Elementos Finales De Control

5. ELEMENTOS FINALES DE CONTROL.
5.1 GENERALIDADES.
La válvula es un elemento final de control, ya sea automático y/o manual. Realiza la función de variar el caudal del fluido de control (líquido, gaseoso o vapor), que modifica a su vez el valor de la variable controlada, comportándose como un orificio de área continuamente variable.

De los elementos de un lazo de control, es el que mayorcantidad de energía maneja.

Proceso
Proceso
Válvula
Válvula
Controlador

Controlador


mkkk
mkkk
V + E M1 M

-
Medición
Medición
B



Figura 1: diagrama en bloques de un lazo convencional de control.

SIENDO:

• M1: señal de entrada al llamado indistintamente actuador,servo actuador o servomotor de la válvula (normalmente una señal de 3 a 15 psig. Esta a su vez proviene de un convertidor i/p que recibe una señal de 4 a 20 ma del controlador.

• M siempre será un caudal a través del cuerpo de la válvula inserta en el proceso.

Como sabemos, cada bloque se denomina función de transferencia, para el caso de la válvula, se puede desdoblar según puede apreciarsea continuación:


Actuador
Actuador
Cuerpo
Cuerpo
m1 x m m

Figura 2. Donde x: 1(carrera) o grados de (rotación).

Como se observa, el servoactuador convierte la señal de entrada en un desplazamiento lineal o rotacional (x) que trasladado al cuerpo permite el mayor o menor paso del caudal en juego.

A continuación puede verse una válvula de control típica. Éstase compone básicamente del servomotor, vástago, cuerpo y tapa de cuerpo.

Figura 3: válvula de control.

5.2 TIPOS.
5.2.1 VÁLVULAS LINEALES.
Una válvula es de tipo lineal si la relación entre el factor de capacidad y la posición o abertura es lineal. Por lo tanto, la función para una válvula de características lineales es:

CV=CV,MAXX

Figura 4. Curvas características de una válvula decontrol

La válvula de característica lineal produce un coeficiente proporcional a la posición de la válvula. A una abertura, por ejemplo, del 50 % el flujo a través de la válvula es el 50 % de su flujo máximo. Las válvulas de características lineales se utilizan en procesos lineales y en casos en los cuales la caída de presión a través de la válvula no cambia con la variación en el flujo.OBTURADOR CON CARACTERÍSTICA LINEAL.
En el obturador con característica lineal, el caudal es directamente proporcional a la carrera según la ecuación:
Q = K * L
DONDE:
• Q = caudal.
• K = cte.
• L = carrera (lineal o rotacional)

Gráficamente se representa por una línea recta. Para entender por qué de estos tipos de válvulas, introduciremos un primer concepto: el de rangeabilidad(rangeability), la cual definimos como:

La rangeabilidad o campo de control de caudales que la válvula es capaz de regular manteniendo la curva característica inherente es en la válvula lineal de 15 a 1 o de 30 a 1.
Si bien teóricamente ésta podría ser infinita, las dificultades de fabricación la limitan a estos valores. Debe apreciarse en las curvas características de caudal inherente que ninguna deellas llega al cero de carrera y por lo tanto, ninguna llega al cero de caudal.
Por consiguiente, el valor de rangeabilidad jamás podrá ser infinito, aunque teóricamente pueda pensarse así.
5.2.2 VÁLVULAS DE APERTURA RÁPIDA.

La válvula de abertura rápida no es útil para la regulación de flujos porque la mayor parte de la variación del coeficiente de la válvula se realiza en el tercio inferiordel desplazamiento de la válvula. Se desarrolla muy poca variación en el coeficiente de la válvula en un tramo considerable del recorrido de la válvula.

Las válvulas de abertura rápida son apropiadas para válvulas de alivio y para sistemas de control de dos posiciones.

Las válvulas de alivio deben permitir un flujo muy grande, tan rápido como sea posible para prevenir sobre presiones en...