Actuadores y Elementos Finales de Control

Actuadores: Es el elemento final de control que efectúa la corrección de la variable para que obtenga el valor indicado por el controlador. El objetivo es que la variable medida mantenga los rangos establecidos.

La Válvula de Control

La válvula realiza la función de variar el caudal del fluido de control, lo que modifica a su vez el caudal de la variable medida, comportándose como un orificio de área continuamente variable. El obturador es quien realiza la función de paso del fluido.

Las válvulas pueden ser de varios tipos según el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador.

Clasificación de Válvulas

Válvulas de Movimiento Lineal

Son aquellas en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje. Se clasifican de la siguiente manera:

• Válvula de Globo

  Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presión del fluido es baja y se precisa que las fugas en posición de cierre sean mínimas. La válvula de doble asiento o de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial.

• Válvula en Ángulo

  Esta válvula permite tener un flujo de caudal regular y es adecuada para disminuir la erosión cuando esta es considerable. El diseño es idóneo para el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión. Este tipo de válvulas se emplea generalmente para mezclar fluidos.

• Válvula de Jaula

  Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal. Se caracterizan por el fácil desmontaje del obturador y porque este puede incorporar orificios. Este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial.

• Válvula de Compuerta

  Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Se utiliza principalmente para servicio todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse.

• Válvula en “Y”

  Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja pérdida de carga. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.

• Válvula de Cuerpo Partido

  Esta válvula es una modificación de la válvula de globo de simple asiento, teniendo el cuerpo partido. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo.

• Válvula Saunders (o de Diafragma)

  En esta válvula, el obturador es una membrana flexible que, a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo, cerrando así el paso del fluido. Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente.

• Válvulas de Compresión

  Funciona mediante el apretamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma.

Válvulas de Movimiento Rotativo

• Válvulas de Obturador Excéntrico Rotativo

  Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento excéntrico rotativo y que está unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles. Se caracteriza por su gran capacidad de caudal.

• Válvula de Obturador Cilíndrico Excéntrico

  Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. La válvula es de bajo coste y tiene una capacidad relativamente alta. Es adecuada para fluidos corrosivos, y líquidos viscosos o conteniendo sólidos en suspensión.

• Válvula de Mariposa

  El cuerpo está formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a baja presión.

• Válvulas de Bola

  El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola. La válvula de bola se emplea principalmente en control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión.

Otros Tipos de Válvulas

• Válvula de Orificio Ajustable

  El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que está perforada con dos orificios (uno de entrada y uno de salida) y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. La válvula es adecuada en los casos en que hay que ajustar manualmente el caudal máximo del fluido.

• Válvula de Flujo Axial

  Consiste en un diafragma accionado neumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. Se utiliza también para gases.

Componentes Estructurales de la Válvula de Control

Cuerpo de la Válvula

El cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin pérdidas, 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 cuerpo y las conexiones a la tubería están normalizados de acuerdo con las presiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI.

Tipos de Conexiones

• Las conexiones roscadas se utilizan hasta 2 pulgadas (2”).
• Las bridas pueden ser planas, con resalte, machihembradas, o machihembradas con junta de anillo.
• Las conexiones soldadas pueden ser con encaje o con soldadura a tope. Las primeras se emplean para tamaños de válvulas hasta 2” y las segundas desde 2 ½” hasta tamaños mayores.

Tapa de la Válvula

La tapa de la válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo de la válvula al servomotor. Para que el fluido no escape a través de la tapa es necesario disponer una caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago.

Partes Internas de la Válvula (Obturador y Asientos)

Como partes internas de la válvula se consideran generalmente las piezas metálicas internas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son: el vástago, la empaquetadura, el collarín de lubricación en la empaquetadura, los anillos de guía del vástago, el obturador y el asiento o los asientos. Hay que señalar que el obturador y el asiento constituyen el Corazón de la Válvula.

Bombas y Compresores

Admisión y Salida de Presión

En ningún caso debe disminuirse por razones de instalación o reparación el diámetro nominal de esta conexión. Asimismo, se debe mantener la altura entre el nivel mínimo de aceite y la entrada en el cuerpo de la bomba.

Para las bombas de engranajes, paletas y pistones sin válvulas, los fabricantes dan valores de succión del orden de 4 a 5 pulgadas de mercurio cuando operan con aceites minerales, disminuyendo este valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sintéticos. Las bombas de pistones con igual válvula de admisión y salida no proveen una succión suficiente, por ello se recurre al llenado o alimentación por gravedad.

Tipos de Bombas

• Bomba de Engranajes

  Es una bomba de caudal constante. En su forma más común, se compone de dos piñones dentados acoplados que giran, con un cierto juego, dentro de un cuerpo estanco. El piñón motriz está enchavetado sobre el árbol de arrastre, accionado generalmente por un motor eléctrico.

• Bomba de Engranajes de Dientes Internos

  Esta bomba la constituyen elementos como: engranajes de dientes externos (motriz), engranajes de dientes internos (conducido) y una placa en forma de media luna.

• Bomba de Lóbulo

  Esta bomba funciona siguiendo el principio de la bomba de engranajes de dientes externos, es decir, ambos elementos giran en sentidos opuestos, con lo que se logra aumentar el volumen y disminuir la presión, y por ello conseguir la aspiración del fluido.

• Bomba de Paletas Desequilibradas

  Al girar el rotor dentro del anillo volumétrico y ubicado en forma excéntrica a este, se genera una cierta diferencia que permite en algunos casos controlar la cilindrada.

• Bomba de Paletas Equilibradas

  Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones:

  • El rotor y el anillo están ubicados concéntricamente.
  • Posee dos zonas de aspiración y dos de descarga.
  • La aspiración y descarga se realiza dos veces en cada revolución.
  • Su caudal es fijo.
  • Las fuerzas resultantes se anulan, por lo tanto, la bomba es equilibrada.

Consideraciones Adicionales

Corrosión y Erosión de las Válvulas

No existe un material que resista el 100% de los efectos de la corrosión y erosión, por eso se utilizan en muchos casos materiales combinados.

Servomotores

Los servomotores pueden ser neumáticos, eléctricos, hidráulicos y digitales.

Servo Hidráulico

Consiste en una bomba de accionamiento eléctrico que suministra fluido a una servoválvula. Su ventaja es que es extremadamente rápido, potente y suave, pero su coste es demasiado elevado.

Servo Neumático

Consiste en un diafragma con resorte que trabaja entre 3 y 15 psi o entre 0.2 a 1 bar. Si la señal es de 3 psi (0.2 bar) la válvula está cerrada, y si es de 15 psi (1 bar) está abierta.

Se desvían de este comportamiento debido a las siguientes causas:

• Rozamiento en la estopada.
• Histéresis y falta de linealidad del resorte.
• Área efectiva del obturador.
• Esfuerzo en el obturador de la válvula.
• Fuerza adicional del servomotor.