ICI-Unidad IV

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Published on April 15, 2014

Author: gparra989

Source: slideshare.net

Universidad de Oriente Núcleo de Monagas Departamento de Ingeniería de Sistemas Cursos Especiales de Grado Instrumentación y Control Industrial Válvulas (Descripción de sus componentes) Tutor de Seminario: Equipo CRM: Edgar Goncalves Alejandro Elimar, C.I. 19.876.597 Parra Gabriel, C.I. 19.256.648 Maturín, Marzo 2014

INDICE Contenido INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 3 Válvulas de control .................................................................................................. 4 El cuerpo.............................................................................................................. 4 Partes internas..................................................................................................... 5 Actuador o servomotor......................................................................................... 5 Tapa de la válvula................................................................................................ 6 Empaquetadura.................................................................................................... 6 Materiales ............................................................................................................ 7 Aplicaciones de la válvula de control....................................................................... 7 Tipos de acciones de las válvulas de control .......................................................... 8 DISCUSIÓN. ........................................................................................................... 9 CONCLUSIÓN ...................................................................................................... 11 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 12

INTRODUCCIÓN En toda industria son llevados a cabo un continuo conjunto de procesos, estos procesos involucran un gran número de variables las cuales necesitan ser controladas, para realizar esta acción existen diversos números de elementos o dispositivos de control como son los elementos primarios, los transmisores, los controladores, los controladores y los elementos finales de control los cuales son los encargados de monitorear y controlar estas variables. Los elementos finales de control son dispositivos que modifican directamente el valor de la variable manipulada. Una válvula es un elemento final de control, la misma es usada para modificar el flujo o fluido que pasa a través de ella, cuando se habla del flujo o fluido que pasa a través de la válvula, se refiere a que este no necesariamente tiene por qué ser liquido también se refiere a que puede ser gas, con las diferentes propiedades y características que presentan estos dos elementos. El objetivo de realizar este trabajo es el de exponer en forma resumida los diferentes componentes que forman parte de cualquier válvula de control y el cómo variando la posición de ciertos elementos dentro de ella puede cambiar por completo la forma de trabajo de la válvula.

Válvulas de control Las válvulas de control son las encargadas de regular el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida y por lo tanto la variable controlada, comportándose como un orificio de área continuamente variable. En el control automático de los procesos industriales, la válvula de control juega un papel muy importante en el bucle de regulación. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y controlador. Una válvula de control típica se compone básicamente del cuerpo y del servomotor. La válvula de control neumática consiste en un servomotor accionado por la señal neumática de 3-15 psi (0,2-1Kg/cm2 ). El servomotor está conectado directamente a un vástago que posiciona el obturador con relación al asiento. La posición relativa entre el obturador y el asiento permite pasar el fluido desde un caudal nulo (o casi nulo) hasta el caudal máximo, y con un relación entre el caudal y la carrera que viene dada por las curvas características de la válvula. El cuerpo de la válvula de control contiene en su interior el obturador y los asientos, y esta provista de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su proprio eje o bien tener un movimiento rotativo. Esta unido a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el servomotor. Figura 1. Componentes principales de una válvula El cuerpo Es el alojamiento de las partes internas de la válvula (Asiento-Obturador) que están en contacto con el fluido, por lo tanto debe ser de material adecuado para resistir altas temperaturas y presiones del fluido sin pérdidas, tener un tamaño adecuado al caudal que se debe controlar y ser resistente a la erosión o corrosión producidas por el fluido. Este conjunto (Asiente-Obturador) se conoce con el nombre de trim de la válvula.

Partes internas (Obturador y Asiento) Como partes internas se consideran generalmente las piezas metálicas internas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vástago, la empaquetadura, los anillos guías del vástago, el obturador y el asiento. Vástago: es el eje que transmite la fuerza del accionamiento al obturador para que este último se posicione. Anillos guías: son anillos que tienen la función de resistir a la deformación bajo carga radial guiando al pistón y al vástago en el sistema. Asiento: parte de la válvula donde se realiza el cierre por medio del contacto con el obturador. Para efectuar la selección del conjunto obturador-asiento se recomienda evaluar los siguientes aspectos: 1. Materiales aptos y especiales para contrarrestar la corrosión, la erosión y el desgaste producidos por el fluido. 2. Características del caudal en función de la carrera (características del caudal inherente). 3. Tamaño normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de la válvula con el mismo tamaño del cuerpo. Actuador o servomotor Conceptualmente, un actuador o servomotor es la parte de la válvula automática que, respondiendo a la señal de control aplicada, ocasiona el movimiento que repercute en la modificación del flujo de un fluido. El servomotor neumático de resorte-membrana (el más utilizado en las válvulas automáticas) está basado en el movimiento de una membrana que se deforma bajo la acción de la señal de aire modulado procedente del controlador o convertidor electro-neumático. La membrana empuja al vástago hacia abajo si se trata de acción directa, o lo empuja hacia arriba si se trata de acción inversa. El movimiento del vástago se contrarresta con la acción del resorte. Puesto que el obturador se puede montar con el cierre hacia arriba o hacia abajo, generalmente se suele utilizar el servomotor de acción directa porque es más simple desde el punto de vista constructivo. Con la inversión del obturador, al aumentar la presión se puede obtener el efecto “aire abre” o el “aire cierra”.

Figura 2. Servomotor Muchos actuadores de válvulas presentan histéresis o banda muerta debido a la fricción de la empaquetadura. Esto puede ocasionar inestabilidad. Tapa de la válvula La tapa de la válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo de la válvula al servomotor. Este vástago dispone generalmente de un índice que señala en una escala la posición de apertura o de cierre de la válvula. Para que el fluido no escape a través de la tapa es necesario disponer una caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal debe ser elástica, tener un bajo coeficiente de rozamiento, ser químicamente inerte y ser un aislante eléctrico, con el fin de no formar un puente galvanizo con el vástago que dé lugar a una corrosión de partes de la válvula. La empaquetadura que se utiliza normalmente es de teflón cuya temperatura máxima de servicio es de 220º C. A temperatura superiores o inferiores a este valor es necesario o bien emplear otro material o bien alejar la empaquetadura del cuerpo de la válvula para que se establezca así un gradiente de temperaturas entre el fluido y la estopa y esta última pueda trabajar satisfactoriamente. La empaquetadura normal no proporciona un sello perfecto para el fluido, esta empaquetadura suele ser de aros de teflón que es auto lubricante y no necesita engrase. Cuando el fluido y las condiciones de servicio no permiten el empleo aislado de teflón se utiliza grafito en forma de filamento, laminado y cinta. En el caso de fluidos corrosivos, tóxicos, radiactivos, o muy valiosos hay que asegurar un cierre total en la estopada. La estanqueidad lograda es tan perfecta que las posibles fugas sólo pueden detectarse con un espectrómetro de masas. Empaquetadura Un factor muy importante, desde el punto de vista de control, es el comportamiento del conjunto de empaquetadura. Existen diversos materiales para efectuar el cierre entre el cuerpo de la válvula y el vástago que está unido al obturador. Estos materiales se conocen con el nombre de empaquetaduras, y

suelen ser de teflón, asbesto, grafito formando anillos alrededor del vástago. Estos anillos se comprimen por medio de un sistema que puede ser una tuerca o bien un conjunto de brida con los espárragos y tornillos correspondientes. Debido al permanente movimiento longitudinal del vástago, la empaquetadura sufre un desgaste que puede llevar a que la válvula tenga fugas de producto por la zona del vástago. Por tanto, el conjunto debe tener la particularidad de impedir fugas de producto al exterior sin que la fricción sea tan alta que impida el correcto deslizamiento del vástago. Algunos fabricantes recomiendan que la tuerca o brida de aprieto tenga el par de torsión necesario para cada uso en concreto. Si se sobrepasa el par de torsión recomendado se obtiene como resultado una fricción excesiva que puede llegar incluso a bloquear totalmente el movimiento de la válvula. Materiales El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable porque este material es muy resistente a la corrosión y a la erosión del fluido. Cuando la velocidad del fluido es baja, pueden utilizarse PVC, fluorocarbonos y otros materiales blandos, solos o reforzados con fibras de vidrio o grafito. El obturador determina la característica de caudal de la válvula; es decir, la relación que existe entre la posición del obturador y el caudal de paso del fluido Aplicaciones de la válvula de control Plantas de proceso químico. Proceso en plantas de bebidas, cervecerías, refrescos, vitivinícolas, etc. Líneas de conducción de agua de riego, potable y tratadas. Estaciones de bombeo, de riego, potable y tratadas. Plantas siderúrgicas, mineras, sistemas aire acondicionado. Sistemas de vacío. Plantas de proceso de aguas industriales. Plantas generadoras de energía eléctrica. Plantas de proceso petroquímico. Proceso en plantas alimenticias. Tabla 1. Aplicaciones de la válvula de control

Tipos de acciones de las válvulas de control Según su acción los cuerpos de las válvulas se dividen en válvulas de acción directa, cuando el obturador tiene que bajar para cerrar, e inversa cuando tiene que subir para cerrar. Esta misma división se aplica a los actuadores que son de acción directa cuando aplicando aire, el vástago se mueve hacia abajo, e inversa cuando al aplicar aire el vástago se mueve hacia arriba. Al combinar estas acciones se considera siempre la posición de la válvula sin aire sobre su diafragma, con el resorte manteniendo el diafragma y por tanto la válvula en una de sus posiciones extremas. Cuando la válvula se cierra al aplicar aire sobre el diafragma o se abre la acción del resorte cuando se quita el aire, se dice que la válvula sin aire cierra, aire para abrir, normalmente cerrada o de acción inversa. La figura muestra dos válvulas, una de simple y otra de doble asiento. En la primera de ellas el fluido tiene a abrir, mientras que en la segunda es auto equilibrada. Las válvulas auto equilibradas mejoran la estabilidad Figura 3. Acciones de la válvula

DISCUSIÓN. Como explicamos anteriormente las válvulas son elementos finales de control los cuales son capaces de controlar el valor de la variable manipulada la cual en varios procesos es el fluido, este fluido presenta propiedades y características y ser de tipo corrosivo o toxico los cuales podrían afectar el funcionamiento de la válvula, es por esto que en un proceso industrial se debería de escogerse el tipo de válvula correspondiente al tipo de fluido que pasará a través de ella. En general una válvula en dentro de un proceso es capaz de impedir o permitir, según sea el caso, la circulación de un fluido (sea este líquido o gas) por la tubería a la cual está conectada, regular el caudal, permitir el pase del fluido a través de ella únicamente cuando la diferencia de presión a un lado y a otro de la misma sobre pasa un cierto valor el cual es previamente establecido. Las válvulas pueden estar unidas a tuberías conectadas a ellas mediante rosca, soldaduras y otros procedimientos. El cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin perdidas, tener un tamaño adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente a la erosión o a la corrosión producida por el fluido. El material del que están hechas las válvulas es de acero ya que al igual que el cuerpo esta debe resistir la erosión y corrosión producida por el fluido. Con respecto a las funciones de las válvulas (acción directa inversa) se dice que en general es mejor que el fluido tienda a abrir la válvula ya que la fuerza necesaria para contrarrestar la acción del resorte más la del fluido es muy grande para despegar el obturador, bajando bruscamente en el momento de abrir por equilibrarse las presiones antes y después de conjunto obturador-asiente (trim). Un punto a tratar de gran importancia de la válvula y del cual no nos referimos en este trabajo por ser solo sobre la descripción de los componentes de ella es sobre los tipos de válvula, el tipo de válvula está determinado según el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador, este obturador es el elemento que hace que la sección de paso varíe, regulando el caudal y por tanto la pérdida de presión, de acuerdo a esto las válvulas se clasifican en dos grandes grupos las de obturador con movimiento lineal y las obturador con movimiento rotativo. Las válvulas de control pueden tener incorporados ciertos tipos de accesorios para realizar funciones adicionales de control. El posicionador es un accesorio para la válvula cuyo objetivo es compensar las fuerzas de desequilibrio que actúan en la válvula y que influyen en la posición del vástago de la válvula y hacen que el control sea errático, entonces un posicionador de válvula es básicamente un dispositivo que sensa tanto la señal de un instrumento (controlador) como la posición del vástago de una válvula. Su función principal es la de asegurar que la posición de este vastago corresponda a la señal de salida del controlador o regulador.

El posicionador está acoplado mecánicamente al vástago a través de una leva, de tal forma que el movimiento de este es realimentado en el posicionador y comparado con la señal de entrada, utilizando normalmente el equilibrio de fuerzas. También es necesario en diversos casos contar con un volante de accionamiento manual en los casos en que se exige máxima seguridad de funcionamiento de una instalación y el proceso debe continuar trabajando independiente de las fallas que se presentan en el bucle de control es necesario mantener un control de apertura de la válvula, lo cual se realiza mediante el volante de accionamiento manual que puede estar ubicado en la parte superior o lateralmente.

CONCLUSIÓN Las válvulas son los elementos finales de control más utilizados en la industria, ellos tienen las funciones de permitir o impedir la circulación de un fluido (líquido o gas) por la tubería. Las válvulas son utilizadas en procesos industriales como en procesos químicos, procesos de aguas industriales, en plantas siderúrgicas y mineras, entre otros. Las válvulas están compuestas de un conjunto de elementos que ayudan a su composición y desempeño en el trabajo que realiza, en donde dependiendo del movimiento que realice su obturador esta se puede dividir en diferentes tipos. Para escoger el trim de la válvula es necesario evaluar una serie de componentes o elementos dentro de ella tales como las piezas internas metálicas con las que están compuestas y el tipo de fluido que va a controlar.

BIBLIOGRAFÍA Sánchez, José. 2013. INSTRUMENTACION Y CONTROL BASICO DE PROCESOS. Consultado el 19 de Marzo de 2014. [Libro en línea]. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?id=eTbkjZzCe74C&pg=PA353&dq=valvulas+elem entos+finales+de+control&hl=en&sa=X&ei=yNUlU- jmH4yMkAf87YGwAw&ved=0CFIQ6AEwAw#v=onepage&q=valvulas%20elemento s%20finales%20de%20control&f=false Caroli, José. Válvulas. Consultado el 19 de Marzo de 2014. [En línea]. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos11/valvus/valvus.shtml#ixzz2w9gRRlQY Elementos finales de control. Consultado el 19 de Marzo de 2014. [En línea]. Disponible en: http://html.rincondelvago.com/elementos-finales-de-control- industrial.html Figueroa, Arcenio. 2008. Tendencias tecnológicas en el control e instrumentación de calderas. Consultado el 19 de Marzo de 2014. [En línea]. Disponible en: http://es.scribd.com/doc/99110048/16/Tipos-de-acciones-de-las-valvulas-de- control Posicionadores de válvula. Consultado en 19 de Marzo de 2014. [En línea]. Disponible en: http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos- libres/instrumentacion/curso-completo-instrumentacion-industrial/item/224-los- posicionadores-de-valvulas-conceptos-claros-y-definitivos.html

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