cap 7 control final 1 (curtis-mayo 2010 )

8/16/2019 Cap 7 Control Final 1 (Curtis-mayo 2010 )

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Ing.Electrónica

1

Mayo 2010

UNIDAD IV

ACTUADORES



Ing.Electrónica

CONTROL FINAL

2

Capitulo 7 (Curtis D. Johnson)



Ing.Electrónica

Discutir la operación del eleento !nal de control

"nali#ar las caracter$sticas el%ctricas de los &C' y 'I"C

coo dispositios de control !nal para el control de

procesos "nali#ar las caracter$sticas de los DI"C coo dispositio de

disparo del &C' y el 'I"C.

3

OBJETIVOS



Ing.Electrónica

E*EME+, DEC,+',* -I+"*

&eal decontrol de

/aapotencia

Condiciónde altapotencia

*a unción del eleento !nal de control es trasladar las seales de

control de /aa potencia a nieles de acción conensura/les con elproceso /ao control.

Esto puede ser apli!cación o acondicionaiento de seal decualuier tipo.



Ing.Electrónica

Eleentos de operación del eleento !nal de

controlConersio

nes deseales

"ctuador

Eleento-inal deControl

3roceso

&olenoides4 otor de pasos4otores de CD y C"4interruptores electrónicos4

releadores de estadosólido (&C'6s4 'I"C&)4actuadores neu5ticos ehidr5ulicos.

&eal decontrol



Ing.Electrónica

Eleentos de operación del eleento !nal decontrol

Conersiones deseales

"ctuador

Eleentos-inal deControl

3roceso

andas transportadorasoidas por otor4enrolladoras de papel4sisteas de caleacción4

5lulas de control

&eal decontrol



Ing.Electrónica

8

"nali#ar la siguiente !gura

Acondiciona

miento de

señal

Convertidorde corriente

a voltaje

Controlador

4 to 20 mA

50 to 100 V

4 to 20 mA

Actuator

Elemento

Final de

control

Señal decontrol

Conversión de señalSetoint

Fotocelda Fuente de lu!

&istea de control ue controla el grado de cociiento de4 digaos4galletas4 deterinado por el color de la galleta.



Ing.Electrónica

10

Cathode

Gate

Anode

E* &C'

'ecti!cador Controlado de &ilicio (a/i%nllaado thyristor ).

3ara acondicionar seales el%ctricas dealta potencia y control.

Es un reepla#o de estado sólido para unreleador. El &C' conduce cuando el ;nodo es as

positio ue el C5todo. &i se polari#a directaente4 el &C' no

conducir5 a enos ue se apliue unoltae positio de disparo a la copuerta.



Ing.Electrónica

11

C"'"CE'<&IC"& = E&3ECI-IC"CI,+E& DE* &C'.

M5>ia corriente en sentido directo. ?oltae de pico inerso. ?oltae de disparo Corriente de disparo

Corriente de anteniiento ($nia corriente en sentidodirecto necesaria para antener al &C' en el estado @,+A.



Ing.Electrónica

12


Máxima corriente en sentido directo

M5>ia corriente ue el &C' puede llear en sentido

directo sin daarse.

Este alor ar$a de unos cuantos " a iles de

aperes.

*os &C'6s de alta potencia odernos est5n disponi/les

hasta de B. 9"



Ing.Electrónica

13


Vo!ta"e de #ico in$erso

?oltae de polari#ación inersa ue se puede aplicar sin

ue se dae.

Este alor ar$a de unos cuantos olts a algunos iles

de olts.

*os &C' de alta potencia est5n disponi/les hasta de

9?



Ing.Electrónica

1$


Corriente de mantenimiento M$nia corriente de 5nodo a c5todo necesaria para

antener al &C' conduciendo en el estado de

conducción directo.

Este alor ar$a de 20 a 100 ".



Ing.Electrónica

1%

n &C' para ariación del oltae de carga ue usaun circuito de edia onda.

Load

VACVT

VSCR

VL

*a condición de polari#ación inersa proee auto5ticaenteel apagado del &C' con los ciclos de oltae de C".

*as oras onda uestran coo el oltae rs eectio a

tra%s de la carga ar$a con el tiepo en ue el pulso esaplicado a la copuerta.V&

VAC

V'

VSC(



Ing.Electrónica

18

Circuito recti!cador de onda copleta

# El puente de diodos de onda copleta conierte la C" enuna CD pulsante4 ue a a cero cada 1F0G del ciclo de lauente.

# El &C' auto5ticaente se apaga cuando el oltae cae a

cero cada edio ciclo.

LoadVAC

VT

VL

V&

VAC

V'



Ing.Electrónica

1"

Control de disparo del &C' usando un acopladoróptico desde un circuito e>terno.

na ora en la ue laseal de control de /aapotencia ca/ia el 5ngulode encendido del oltaede disparo.

El optoHacoplador ca/iala corriente a tra%s deltransistor en elototransistor.

*a elocidad de carga delcapacitor ca/ia ycuando el oltae a tra%sdel capacitor alcan#a eloltae de copuerta

reuerido este sedescarga encendiendo as$

LoadVAC

C

R

Control Voltage

SCR



Ing.Electrónica

20

'I"C

&e puede disparar para uecondu#ca en cualuierdirección.

El 'I"C puede ser eleuialente a dos &C'6sconectados en paraleloinerso.

n disparo positio causar5la conducción en una

dirección. n disparo negatio

causar5 la conducción en laotra dirección.

Load

VAC

Anodo 2

Anodo 1GateVT

VL

VAC

V'

V&



Ing.Electrónica

21

DI"C

n sitch seiconductor dedos terinales de tipoespecial4 con recuencia seusa en conunto con el

'I"C para disparo.

El DI"C se apaga encualuier dirección tanpronto coo el oltaeaplicado caiga por de/aode un alor cr$tico4 ?*.

&i el alor se e>cede encualuier polaridad4 eldispositio coen#ar5 aconducir (se enciende).

V

I

)V

V'

*V' +,

*+,*V



Ing.Electrónica

22

Disparo de un 'I"C desde una l$nea de C"

usando un DI"C

Load

VAC

R

50%

C

DIAC TRIAC



Ing.Electrónica

23

'E&ME+

# *a unción del eleento !nal de control es trasladar lasseales de control de /aa potencia a un niel de acciónconensura/le con el proceso /ao control.

# " enudo es necesario reali#ar una conersión de la salidadel controlador para actiar el eleento !nal de control. En

este caso4 los dispositios tales coo el &C' y el 'I"Cnecesitan ser usados.

# El &C' y el 'I"C son reepla#os de estado sólido para unreleador.

# *os &C' odernos de alta potencia est5n disponi/les hasta

B. 9".# El 'I"C puede ser disparado para conducir en cualuier

dirección. El &C' es disparado en una sola dirección.



Ing.Electrónica

24

%ROBLEMA &'

n apli!cador agn%tico reuiere una seal de entrada de

a 10 ? a partir de una seal de control de 8 a 20 ". Diseeun sistea de conersión de seal para ue proea estarelación



Ing.Electrónica

25

SOLUCI(N AL %ROBLEMA &'

3riero conertios la corriente a oltae4 y luego se proee de la

ganancia reuerida y el @/iasA. &e puede o/tener un oltae usandouna resistencia en la l$nea de corriente4 digaos4 de 100 Ω. Entonceslos 8 a 20 " se conierten en un oltae ue ar$a de 0.8 ? a 2.0 ?.El sistea apli!cador de/e proporcionar una salida dada por

Binout V KV V +=

donde K es la ganancia y V B es un oltae de @/iasA apropiado.&a/eos ue la entrada de 0.8 ? de/e proporcionar una salida de ?4 y una entrada de 2.0 ? de/e proporcionar una salida de 10 ?. Estoperite encontrar y V B usando ecuaciones siult5neas4 coo

B

B

V K

V K

+=

+=

210

4.05

'estando4 o/teneos

125.3

6.15

=

=

K

K

ue usaos en cualuiera de las ecuaciones para encontrar



Ing.Electrónica

2$

75.3= B

V

SOLUCI(N AL %ROBLEMA &' )Cont*+

"s$4 el resultado es

2.1!125.3

75.3125.3

−=

+=

inout

inout

V V

V V

El circuito de la -ig. 7.B uestra coo se puede ipleentar esto

usando la con!guración de opHap. El resto de este diseo iplicar$ael deterinar si los op ap pueden entregar /astante corriente paraanear el apli!cador agn%tico. &i no4 pudiera reuerirse uneleador de corriente.



Ing.Electrónica

2%

V 2

1 5 V d c

0

V 1

1 5 V d c

V C C

( 1

1 1 5 0

( 3

1 0 -

0

( %1 0 0

+ 1

0 . 0 0 4 A d c

/ 2

' % 4 1

3

2

%

4

$

1

5)

*

V

)

V

*

/ &

S 1

S 2

0

( 2

1 0 0

0

/ 1

' % 4 1

3

2

%

4

$

1

5)

*

V

)

V

*

/ &

S 1

S 2

V C C

0

( 5

1 0 -

V C C

V E E

( $

3 1 . 2 5 -

V C C ( 4

3 1 . 2 5 -

V E E

V E E

V

SOLUCI(N AL %ROBLEMA &' )Cont*+



Ing.Electrónica

28

%ROBLEMA

na seal de control de 8 a 20 " est5 cargada por una resistencia

de 100 Ω y de/e producir una seal de 20 a 80 ? para oer unotor. Encuentre una ecuación ue relacione la corriente de entradaal oltae de salida.



Ing.Electrónica

2"

SOLUCIÓN

*a resistencia de 100 Ω proee ?a K 100 I tal ue I ar$a de 8 " a

20 "4 este oltae ariar5 de 0.8 ? (?a K 100 Ω > 8 " K 800 ? K0.8 ?) a 2.0 olts (?a K 100 Ω > 20 " K 2 ?).

iene ue ha/er un circuito lineal ue conierta esta ariación de 20a 80 ?olts. "si4

?out K ?a L ?o (Ec. 1)

sando las condiciones dada proee las ecuaciones20 K 0.8 L ?o80 K 2.0 L ?o

'estando

20 K 1. o K 201. K 12. entonces4

20 K (0.8)(12.)L?o?o K 20 N K 1



Ing.Electrónica

30

3or lo tanto4 de la Ec. 1

?out K 12. ?a L 1 (Ec.2)

3uesto ue4 ?a K 100 IEntonces4 ?out K 120 I L 1 (I en aperes)

2. Ipleente la ecuación del pro/lea 1 si se dispone de unapli!cador de potencia ue pueda dar una salida de 0 a 100 ?4 y

una ganancia de 10.So!,ci-n

Dado ue el apli!cador de potencia tiene una ganancia de 104 laecuación de arri/a puede ser reducida a un actor de 10.

sando la ecuación 24

?out K 1.2 ?a L 1. ó

?out K1.2 (?a L 1.2)

Esto puede ser proisto por un apli!cador dierencial coo elsiguiente.



Ing.Electrónica

32

%ROBLEMA ../

&e uiere edir teperatura en el rango de 20 GC a 80 GC con

una precisión de O 2 GC. El sensor es una resistencia ue ar$alinealente desde 2F0 Ω a 100 Ω para este rango de teperatura.*a potencia disipada en el sensor de/e antenerse de/ao de :.Desarrolle un circuito analógico de acondicionaiento de seal ueproea una ariación de oltae de H a L ? para este rango deteperatura. *a carga es un registrador de alta ipedancia.

SOLUCION&iguiendo la siguiente gu$a4 priero identi!caos todos loseleentos del pro/lea.Parámetro de la variable medida: Temperatura

'angoP 20 a 80 GC3recisiónP O 2 GC'uidoP no se especi!ca

Señal del sensor 3ar5etroP resistencia-unción de transerenciaP *ineal iepo de respuestaP no especi!cado.

'angoP 2F0 Ω a 100 Ω4 lineal



Ing.Electrónica

33

%ROBLEMA ../ )cont*+

3otenciaP M5>ia disipada en el sensor :.

Acondicionamiento de señal3ar5etroP oltae4 lineal

'angoP de H a L ?

Ipedancia de entradaP antener la potencia en el sensor de/ao de :.

Ipedancia de salidaP no hay pro/lea4 alta ipedancia del registrador.



Ing.Electrónica

34

ACTUADORES

&i una 5lula se utili#a para controlar Quo de Quidos4 ciertoecaniso de/e a/rir o cerrar $sicaente la 5lula. &i un

caleactor de/e calentar un sistea algRn dispositio de/e

encender o apagar el caleactor o ariar su e>citación. Estos

son eeplos de los reueriientos para un actuador en el

la#o de control de procesos. +ótese la dierencia de este

dispositio de la seal de control de entrada y del eleento

de control iso (la 5lula4 calentador4 etc%tera4 segRn loostrado en la -igura 7.1). *os actuadores aduieren uchas

oras diersas para satisacer los reuisitos particulares del

proceso H la#os de control. Considerareos algunos tipos de

actuadores el%ctricos neu5ticos.



Ing.Electrónica

35

ACTUADORES ELECTRICOS

&e presentan solaente las caracter$sticas esenciales de losdispositios y no un estudio proundo de los principios deoperación y caracter$sticas.

Fi0 &'1 na solenoide conierte una seal el%ctrica a undespla#aiento $sico.

I



Ing.Electrónica

3$

SOLENOIDES

n solenoide es un dispositio eleental ue conierte unaseal el%ctrica en un oiiento ec5nico4 generalente

rectil$neo (en l$nea recta). &egRn se uestra en la -igura 7.1F4

el solenoide consiste de una /o/ina y un e/olo. El e/olo

puede estar li/re o cargado por un resorte. *a /o/ina tendr5

cierta capacidad de oltae o corriente y puede ser de CD o

C". *as especi!caciones del solenoide incluyen la capacidad

el%ctrica y la uer#a del alón o de epue del %/olo cuandoson e>citadas por el oltae especi!cado. Esta uer#a se puede

especi!car en newtons o 9ilograos en el sistea &I y en

li/ras o on#as en el sistea ingles. "lgunos solenoides se

clasi!can solaente para ciclos de tra/ao interitente

I



Ing.Electrónica

3%

En este caso4 el 5>io ciclo de tra/ao (S en tiepo tiepo total) ser5 especi!cado. &e utili#an los solenoides

cuando una uer#a grande4 repentina se de/e aplicar para

reali#ar un cierto tra/ao. En la -igura 7.1T4 un solenoide se

utili#a para ca/iar los engranaes de una transisión de dos

posiciones.

SOLENOIDES )Cont*+

I



Ing.Electrónica

38

*os otores el%ctricos son 5uinas ue aceptan una entradael%ctrica y producen un oiiento de rotación continuo. *os estilos

de otores y taaos ar$an segRn la deanda de elocidad

rotacional reoluciones por inuto)4 torue de arranue4 torue

rotacional4 y arias especi!caciones 5s. E>isten nuerosos casos

donde los otores el%ctricos se eplean coo actuadores en control

de procesos. 3ro/a/leente la situación de control as coRn es

donde la elocidad del otor uee alguna parte de un proceso y

de/e ser controlado para controlar alguna aria/le en el proceso N el

sistea de ipulsión de un transportador4 por eeplo. Uay uchos

tipos de otores el%ctricos4 cada uno con un conunto de

caracter$sticas especiales. Discutireos sipleente las tres

ariedades 5s counesP el otor de cd4 el otor de ca y el otor

MOTORES ELECTRICOS

I



Ing.Electrónica

3"

MOTORES ELECTRICOS )Cont*+

Fi0,ra &'3 n solenoide usado para ca/iar engranes

I



Ing.Electrónica

40

Motor de cd .En su ora 5s siple un otor de cd usa un i5nperanente (3M) para producir un capo agn%tico est5ticoa tra%s de dos polos. Entre los polos se conecta una /o/inade ala/re ue gira li/reente(la aradura) y es conectadoa una uente de corriente de cd a tra%s de un interruptorontado en la Qecha (un conutador). Este sistea se

uestra esue5ticaente en la -igura 7.20 a. 3ara lacondición ostrada4 la corriente en la /o/ina producir5 uncapo agn%tico con una orientación nortesur parecida a laue se uestra en la -igura 7.20/. *a repulsión del 3M del sury la /o/ina del sur (y las del norte) causar5n un torue ue

rotar5 la /o/ina coo se uestra. &i el conutador noestuiera ranurado4 la /o/ina rotar$a hasta ue el 3M y lospolos norte y sur estuieran alineados4 y luego se para. 3erode/ido al conutador4 con la rotación4 la dirección de lacorriente a tra%s de la

Ing



Ing.Electrónica

41


+&

Corriente de e>citación4 cd

7alero

7o/ina

ConutadorMEsco/illas

+&

Corriente de e>citación4 cd

7alero

7o/ina

ConutadorMEsco/illas

(a)



Ing



Ing.Electrónica

43


(a) &erie (/) 3aralelo

Muchos otores de cd usan un electro agneto en lugar deun 3M para proeer el capo est5tico. *a /o/ina usada paraproducir este capo es llaada la /o/ina de capo. *acorriente para esta /o/ina de capo se puede proeercolocando la /o/ina en serie con la aradura o en paralelo(shunt ). En ciertos casos4 este capo es copuesto de dosdeanados4 uno de cada tipo. Este es un otor de cd

Ing



Ing.Electrónica

44

(/) Copuesto


copuesto. *os s$/olos esue5ticos de cada tipo de otorson ostrados en la -igura 7.21. Caracter$sticas del losotores de cd con una /o/ina de capo son las ue siguen.

Ing



Ing.Electrónica

45

Campo serie.Este otor tiene un torue de arranue grande pero es di$cilde controlar su elocidad. Es /ueno en aplicaciones para elarranue de cargas pesadas4 cargas no oi/les y donde laelocidad de control no es iportante4 tal coo la a/ertura de

5lulas r5pidas.Campo shunt Este otor tiene un torue de arranue 5s peueo4 pero/uen control de elocidad caracter$sticas producidas ariandola corriente de e>citación de la aradura. Es /ueno enaplicaciones donde la elocidad es controlada4 tales coo lossisteas de /andas transportadoras.

Campo compuestoEste otor procura o/tener las eores caracter$sticas de

a/os dos tipos anteriores. Weneralente4 el torue dearran ue la ca acidad de control de elocidad caen entre


Ing



Ing.Electrónica

4$

Motores de CA

E>isten uchos tipos de otores de ca. En losotores s$ncronos la elocidad de rotación sedeterina por la recuencia del oltae de ca ue loipulsa. &u aplicación priaria es en

tepori#ación4 de/ido a su alta esta/ilidad de larecuencia de l$nea. *a operación de este tipo deotor se puede er a parir de un siple eeploostrado en la -igura 7.22. El rotor es un 3M4 y elcapo es proisto de /o/inas oidas desde lal$nea de ca. De/ido a la inercia del 3M4 el torue dearranue no es uy alto4 pero una e# iniciada larotación el 3M girar5 en ase con el capo inersocausado por las oscilaciones del oltae de l$nea de

ca.

Ing



Ing.Electrónica

4%

Es eidente4 entonces4 ue la elocidad de rotación sedeterina por la recuencia de la l$nea de ca. n otor deinducción su/stituye el 3.M. por una /o/ina de ala/re4dentro de la cual se induce una corriente a partir del ca/iodel capo de las /o/inas de capo e>citadas con C". *a-igura 7.2B ilustra este otor. Coo antes4 una e# iniciada larotación4 el rotor continuar5 girando en ase con la recuenciade l$nea N por los ca/ios inducidos de e>citación en la /o/inade capo. *a di!cultad de estos otores es ue ellos no sonautoHarrancados4 y son necesarias odi!caciones especialespara o/tener un coien#o de rotación. Es eidente entonces4

ue el torue de arranue es uy /ao. n %todo deproporcionar autoHarranue es operar el otor con dos o asases de e>citación de ca. En general4 sin e/argo4 losotores de ca ni tienen un alto torue de arranue nisisteas conenientes de control de elocidad.

Motores de CA

Ing



Ing.Electrónica

48

+

&

Bobina de campo ca Bobina de campo caRotor PM

Voltaje ca

Fi0,ra &.. Motor siple de ca con un i5n peranente derotor.

Motores de CA



Ing



Ing.Electrónica

50

ACTUADORES NEUMATICOS

En la eecución auto5tica de los procesos industriales las$á!$,!as desepean un papel uy iportante en el la#o decontrolP

# 'egulan el caudal del Quido de control4 ue odi!ca a sue# el alor de la aria/le por controlar4 coport5ndose

coo un ori!cio de 5rea continuaente aria/le.3or eeplo4 si se desea antener una teperatura constanteen una caldera ue unciona con gas4 se necesita una 5lulaue auente o disinuya la cantidad de co/usti/le pararegular la teperatura.



Ing.



Ing.Electrónica

52

ACTUADORES NEUMATICOS )Cont*+

El 5stago noralente tiene una agua ue se despla#aso/re un indicador de posición gracias al cu5l puede sa/erser5pida y 5cilente ue posición tiene el o/turador en elrango de totalente a/ierto o totalente cerrado.

Los servomotores%,eden ser6 +eu5ticos4 el%ctricos4 electroneu5ticos4hidr5ulicos y digitales.

*os 5s epleados son los neu5ticos y los el%ctricos por seras siples4 de respuesta r5pida y tener gran capacidad de

esuer#o.

Ing.



Ing.Electrónica

53


El serootor neu5tico consiste de un diaraga conresorte ue noralente tra/aa entre B y 1 psi (0.2 a 19gc2)4 es decir ue las posiciones e>treas de la 5lulacorresponden a B y 1 psi. "l aplicar una cierta presión so/rela 5lula4 el resorte se coprie de tal odo ue elecaniso epie#a a oerse y sigue haci%ndolo hasta ue

llega a un euili/rio entre la uer#a eercida por la presión delaire so/re el diaraga y la eercida por el resorte. Estouee el 5stago y %ste a su e# la posición del o/turador.(-igura 7.27).

Idealente por seguridad4 con una seal de B psi la 5lula

de/e estar en la posición cero de su carrera4 cerrada y en unaseal de 1 psi4 en la posición de 1004 a/ierta. &i por algunacausa allara la alientación de la seal neu5tica la 5lulase cierra eitando una cat5stroe en un proceso. *a posicióndel o/turador es proporcional a la seal neu5tica aplicada.

Ing.



Ing.Electrónica

54

Ser$omotor e!7ctrico

Es un otor el%ctrico acoplado

al 5stago de la 5lula a tra%sde un tren de engranaes. Elotor se caracteri#aundaentalente por su par ypor el tiepo reuerido para

pasar la 5lula de la posicióna/ierta a la cerrada o iceersa.(?er -igura).

+oralente el otor es de C"de tal ora ue el circuito

el%ctrico ue los controla ser5 elue deterine el uncionaiento!nal de la 5lulaX esto es desdeun siple releador ue har5ue la 5lula uncione de odotodoHnada4 hasta un circuito contiristores para controlar la



Ing.



gElectrónica

5$

?5lula de control de 5stagodesli#ante

?5lula de control el%ctrica

Ing.



gElectrónica

5%

TI%OS DE V8LVULAS DE CONTROL

"ctualente e>iste una gran ariedad en los tipos de 5lulas4 ladierencia entre ellas est5 en el taao4 el diseo del cuerpo y eloiiento del o/turador.

*as 5lulas en las ue el o/turador se uee en la dirección de supropio ee se clasi!can coo se descri/e a continuaciónPa+ Vá!$,!a de 0!o9o

&e encuentra en tres oras

De sim#!e asiento 'euieren un actuador deayor potencia para ue el o/turador cierreen contra de la presión dierencial del proceso4

por tanto se eplean cuando la presión delQuo es /aa y se reuiere ue las ugas en laposición de cierre sean $nias.

Ing.



gElectrónica

58

TI%OS DE V8LVULAS DE CONTROL )Cont*+

De do9!e asiento *a uer#a de deseuili/riodesarrollada por la presión dierencial a tra%sdel o/turador es enor ue en la 5lula desiple asiento4 por ese otio se eplean en5lulas de gran taao o /ien cuando de/atra/aarse con una alta presión dierencial. En laposición de cierre las ugas son ayores ue enlas 5lulas de siple asiento.De o9t,rador e:,i!i9rado &us caracter$sticasy aplicaciones son siilares a las de do/leasiento.

Ing.



gElectrónica

5"


9+ Vá!$,!as en án0,!o 3erite o/tener un Quode caudal regular sin e>cesias tur/ulencias y esadecuada para disinuir la erosión cuando %staes considera/le por las caracter$sticas del Quido opor la e>cesia presión dierencial. El diseo de la

5lula es idóneo para el control de Quidos ueapori#an (fashin!4 para tra/aar con grandespresiones dierenciales y para los Quidos uecontienen sólidos en suspensión.



Ing.



Electrónica

$1


d+ Vá!$,!a de "a,!a Consiste en uno/turador cil$ndrico4 con ori!ciosadecuados para el tipo caudal ue sedesea controlar4 ue se desli#a dentro deuna aula. &e caracteri#a por el 5cil

desontae del o/turador y porue %stepuede incorporar ori!cios ue peritenpr5cticaente el deseuili/rio de uer#asproducido por la presión dierencial4 lo cualaorece la esta/ilidad del uncionaiento.

Ing.



Electrónica

$2


e+ Vá!$,!a en < Es adecuada coo 5lula de cierre ycontrol. Coo 5lula todo N nada secaracteri#a por su /aa p%rdida de carga ycoo 5lula de control presenta una gran

capacidad de caudal. "duiere la ora deautodrenae cuando se instala inclinadacon cierto 5ngulo. &e eplea usualenteen instalaciones criog%nicas.

Ing.



Electrónica

$3


e+ Vá!$,!a de c,er#o #artidoEs una odi!cación de la 5lula de glo/ode siple asiento4 el cuerpo est5 partidoen dos partes entre las cuales se presionael asiento. Este arreglo perite una 5cil

sustitución del asiento y acilita un Quosuae del Quido sin espacios uertos en elcuerpo. &e eplea principalente paraQuidos iscosos y la industria de alientos.

Ing.



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0+ Vá!$,!a Sa,ndersEl o/turador es una e/rana Qe>i/le ue atra%s de un 5stago unido a un serootores or#ado contra un resalte del cuerpocerrando as$ el paso del Quido.

&e caracteri#a porue el cuerpo puedereestirse 5cilente de goa o de pl5sticopara tra/aar con Quidos agresios.

iene la desentaa de ue el serootor deaccionaiento de/e ser uy potente. &eutili#a principalente en procesos u$icosdi$ciles4 en lo particular en el aneo deQuidos negros o agresios4 o /ien en elcontrol de Quidos ue contiene sólidos ensuspensión.

Ing.



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=+ Vá!$,!a de o9t,radorexc7ntrico rotati$oConsiste en un o/turador desuper!cie es%rica ue tiene unoiiento rotatio e>c%ntrico yue est5 unido al ee de giro poruno o dos /ra#os Qe>i/les.El ee de giro sale al e>terior delcuerpo y es accionado por el5stago de un serootor. El par de%ste es reducido gracias al

oiiento e>c%ntrico de la caraes%rica del o/turador.*a 5lula puede tener un cierreher%tico ediante aros de teQóncolocados en el asiento y se

caracteri#a por su gran capacidad

Ing.ó



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i+ Vá!$,!a de o9t,rador ci!;ndricoexc7ntrico iene un o/turador cil$ndrico e>c%ntricoue asienta contra un cuerpo cil$ndrico. Elcierre her%tico se consigue con unreestiiento de goa o teQón en la caradel cuerpo donde asienta el o/turador. *a5lula es de /ao costo y tiene unacapacidad relatiaente alta. Esadecuada para Quidos corrosios yl$uidos iscosos o con sólidos en

suspensión.

Ing.l ó i



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Vá!$,!a de mari#osaEl cuerpo est5 orado por un anillocil$ndrico dentro del cual giratransersalente un disco circular. *a5lula puede cerrar her%ticaenteediante un anillo de goa encastrado enel cuerpo. n serootor e>terior accionael ee de giro del disco y eerce un par5>io cuando la 5lula est5 totalentea/ierta4 En la selección de la 5lula esiportante considerar las presiones

dierenciales correspondientes a lasposiciones de copleta apertura y decierreX si la ca$da de presión es eleada senecesita una uer#a grande del actuadorpara accionar la 5lula.

Ing.El t ó i



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El actuador traduce a enudo una seal de control a unauer#a o a un esuer#o de torsión grande segRn lo reueridopara anipular un cierto eleento de control. El actuadorneu5tico es el 5s Rtil para tal traducción. El principio se/asa en el concepto de la presión coo uer#a por unidad de5rea. &i nos iaginaos ue una dierencia de presión netaes aplicada a tra%s de un diaraga de super!cie de 5rea "4entonces una uer#a neta actRa so/re el diaraga dada por

(7.2)

donde p" N p# K dierencia de presión (pa)

" K 5rea del diaraga (2)- K -uer#a (+)

( ) A p p F 21 −=

Ing.El t ó i



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&i necesitaos do/lar la uer#a disponi/le para una presióndada4 es sipleente necesario do/lar el 5rea del diaraga.&e pueden desarrollar uer#as uy grandes por los rangos deacción est5ndares de presión de la seal de B a 1 3&I (20 a100 93a). Muchos tipos de actuadores neu5ticos est5n

disponi/les4 pero ui#5s los 5s counes son auellosasociados a las 5lulas de control. Considerareos %stos enun cierto detalle para transportarnos a los principiosgenerales.

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Fi0,ra &.& n actuador neu5tico directo para conertir sealesde presión en un oiiento ec5nico de una Qecha.

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*a acción de un actuador neu5tico directo se deuestra enla -igura 7.27. *a -igura 7.27 a la i#uierda uestra lacondición de estado /ao de presión de la seal4 donde elresorte4 &4 antiene el diaraga y la Qecha de controlconectada en la posición ostrada. *a presión en el ladoopuesto (resorte) del diaraga es antenido a la presiónatos%rica por el hueco a/ierto4 U. El auento de la presiónde control (presión ano%trica) aplica una uer#a en eldiaraga4 or#ando el diaraga y el ee conectado a/aocontra la uer#a del resorte. *a -igura 7.27 del lado derechouestra este en el caso de 5>ia presión de control y

5>ia carrera de la Qecha. *a presión y uer#a est5nlinealente relacionadas4 coo se uestra en la Ecuación(7.2)4 y la copresión del resorte est5 relacionada linealentecon la uer#a4 coo se discutió en el cap$tulo . Entonceseos ue la posición del ee est5 relacionada linealente

con la presión aplicada de control




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n actuador inerso4 ostrado en la -igura 742F4 uee el eeen el sentido opuesto desde el actuador directo pero o/edece

el iso principio de uncionaiento. "s$4 el ee es aladohacia adentro por el uso de una presión de control.

Fi0,ra &.1 "ctuador neu5tico de acción inersa.

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EJEM%LO &>

&uponga ue una uer#a de 800 + de/e aplicarse a una5lula a/ierta. Encuentre el 5rea del diaraga si una presiónde manom$trica de 70 93a (apro>.10 psi) de/e proporcionaresta uer#a.

cap 7 control final 1 (curtis-mayo 2010 )

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