Controladores de Presión

MAGAZINE

OPC

Diversidad Calidad TecnologĂa Aplicaciones de Control

Universidad de Oriente Núcleo Monagas Dpto. de Ing. de Sistemas CEG-ACPI

Controladores de Presión Editor: Daniela González

Editora Asociada: Karla Hernández Diseño: Daniela González y Karla Hernández Equipo OPC Seminario de Instrumentación y Control Industrial (ICI)

Nota Editorial MAGAZINE OPC es una revista académica que tiene sus inicios dentro del Curso Especial de Grado “Automatización y Control de Procesos Industriales” de la especialidad de Ingeniería de Sistemas de la Universidad de Oriente, Núcleo Monagas. Esta segunda edición está dedicada al seminario de Instrumentación y Control Industrial (ICI) donde presentaremos todo lo relacionado a los Controladores

de Presión, los diferentes tipos de controladores existentes en el mercado, válvulas y reguladores utilizados. Esperamos que esta revista sea de gran ayuda y agrado para el lector y la continuación de nuevas publicaciones en el transcurso de estos seminarios.

Equipo OPC

Contenido          

Introducción…………………….............. 4 Controladores de Presión………….…. 5 Funcionamiento…………………………... 6 Elementos que componen un Controlador de presión………………... 7 Tipos de controladores…………….….. 8 Válvulas de secuencia………….…….… 9 Uso de los controladores de presión…………………………………….…. 10 Cierre…………………………………………. 11 Conclusiones…………………………….… 12 Referencias……………………………….… 12

Introducción

El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción.

Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema. Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación.

La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión.

Un controlador o regulador de Presión es una válvula que controla una característica específica de un sistema. Existen los Reguladores Mecánicos que usan la presión de trabajo en contra de un resorte para controlar la presión de entrada o de salida. Los Reguladores con Actuación Eléctrica que requieren para controlar los parámetros de un sistema de un controlador, o de un sensor.

“La potencia de los motores de los compresores está diseñada para operar en el rango de temperaturas para la cual son aplicados” El ciclo térmico de refrigeración consta básicamente de un compresor, un evaporador, un condensador, y un dispositivo de dosificación o regulación del refrigerante, tuberías, refrigerante o sustancia de trabajo. En teoría estos componentes deberían de trabajar dentro de un balance perfecto sin embargo, es sabido que los ciclos termodinámicos funcionan de acuerdo a su medio ambiente, que en alguna forma tienen que rechazar calor a este (por medio del condensador), y dado que estas condiciones ambientales son continuamente variables (durante cada día, durante la noche, durante el año) la operación del condensador es diferente dependiendo de esas condiciones.

Funcionamiento

Un regulador básicamente es una válvula de recorrido ajustable conectada mecánicamente a un diafragma. (Ver figura 1). El diafragma se equilibra con la presión de salida o presión de entrega y por una fuerza aplicada del lado contrario, a la cara que tiene contacto con la presión de salida. La fuerza aplicada del lado opuesto al diafragma puede ser suministrada por un resorte, un peso o presión aportada por otro instrumento denominado piloto. El piloto es, por lo general, otro regulador más pequeño o un equipo de control de presión. (En el caso de la figura 1, aparte de la carga del resorte, existe la presión ejercida por el aire (presión atmosférica)). Figura 1. Regulador de Presión

Elementos que componen un controlador de presión

En esencia un regulador está compuesto por tres elementos: • Elemento Restrictor: orificio de la válvula y tapón. • Elemento de medida o sensor: diafragma y conductos o tubing. • Elemento de Carga: Resorte, gas comprimido o gas regulado suministrado por un piloto.

Un regulador típico es una válvula de globo en la cual el vástago se mueve por la interacción de un diafragma. El vástago es solidario al diafragma y su cambio de posición es transferido al vástago, modificando el área de la sección transversal que atraviesa la corriente de flujo. El movimiento del diafragma está “limitado” o “controlado" por un resorte que actúa del lado opuesto al área que sensa la presión de entrega o presión a controlar. La presión de entrada actúa sobre el área proyectada del tapón. Para alcanzar el balance de fuerzas, el área del diafragma debe ser mayor que el área proyectada del tapón. En el diseño y fabricación de reguladores, la relación de superficies diafragma/tapón es un factor muy importante para determinar la precisión y sensibilidad del equipo.

Tipos de Controladores Se distinguen dos tipos de controladores de presión:  De tres vías, con escape.  De dos vías, sin escape. Si estando la válvula cerrada aumentase la presión de salida debido, por ejemplo, a la disminución del volumen de la instalación neumática, en el regulador de tres vías este aumento de presión es purgado al exterior por el orificio de escape. En el regulador de dos vías debe aparecer un consumo de aire por parte de la instalación con el fin de que se rebaje la presión. Por esta razón los controladores de tres vías actúan también como válvulas de seguridad ya que en la instalación no puede haber nunca una presión superior a la dada por el regulador.

Válvulas limitadoras de presión Las válvulas limitadoras de presión impiden la elevación de la presión máxima admisible en un sistema. Es un componente de todo equipo productor de aire comprimido, pero apenas se emplea en los equipos neumáticos. La válvula limitadora de presión sirve para seguridad, puesto que al sobrepasarse la presión máxima permitida en sistema, abre hacia la atmósfera libre el orificio de salida y escapa el exceso de presión hasta el valor nominal, cerrándose el orificio de escape por la fuerza de un muelle.

Válvulas de secuencia

La válvula de secuencia es completamente similar en su funcionamiento a una válvula limitadora de presión, diferenciándose únicamente en la aplicación. La salida de la válvula de secuencia permanece bloqueada hasta que se alcanza la presión preseleccionada; sólo entonces la válvula se abre y permite circular el aire comprimido desde la entrada hacia la salida.

En los equipos neumáticos, las válvulas de secuencia se utilizan donde deba garantizarse una presión mínima determinada para el funcionamiento y, por tanto, donde deba evitarse el proceso de la maniobra con una presión inferior. Además, se emplean también donde hayan de conectarse consumidores con preferencia y los restantes consumidores sólo deban alimentarse cuando hay suficiente presión. 9

Usos de los Controladores de Presión Gas Canalizado La presión de distribución es conveniente que sea alta para reducir el volumen del gas en el transporte y debe ser más alta que la requerida para el uso en los aparatos a gas. Para garantizar ese mínimo: se utiliza un manorreductor.

Suministro de Agua Domiciliaria y Riego La presión directa del suministro de agua puede ser excesiva y normalmente varía según los horarios (mayor o menor consumo general), de una localidad a otra o por otros motivos. Para evitar daños y dar una regulación homogénea se utiliza un manorreductor previo a la instalación de suministro.

Gas Combustible La presión de la bombona de combustible varía según se vacía o cambia la temperatura ambiente. Para que la presión en el aparato (cocina, calentador) sea la correcta, la de la bombona se reduce a una presión fija más baja, (20 mb. en el caso de gas natural y 38 mb. en el caso de Glp).

Buceo La presión directa de la botella de aire afectaría la salud del buzo a términos mortales. Cualquier otro uso que requiera una presión constante y más manejable. Cualquier otro uso que requiera una presión constante y más manejable.

Cierre La presión se define como fuerza por unidad de área. Para describir la influencia sobre el comportamiento de un fluido, usualmente es más conveniente usar la presión que la fuerza. Para medir la presión existen varios instrumentos, pero todo dependerá de qué variable se vaya a medir. Por ejemplo, para líquidos, aire y gas se puede hacer uso de los controladores de presión que más que medir, también permiten controlar la presión de las variables ya mencionadas. De la misma manera existen válvulas limitadoras de presión, las cuales impiden la elevación de la presión máxima admisible en un sistema. Es un componente de todo equipo productor de aire comprimido, pero apenas se emplea en los equipos neumáticos. Este tipo de instrumentos más sencillos se suelen emplear en los sistemas para bombear agua que existen en los hogares, por lo que se puede decir que son más comunes, pero no son de la misma calidad de los industriales.

En general, los controladores de presión son extremadamente importantes donde se necesite automatizar y controlar siendo parte fundamental de los procesos preventivos y correctivos en la industria. Hay que resaltar que estos reguladores solamente son capaces de reducir la presión, de modo que si la presión de entrada es inferior a la de consigna de la válvula, la presión de salida será igual a la de entrada, es decir, en la mayoría de los casos, insuficiente. En el caso de los gases combustibles, las llamas serían de menor potencia; en el caso del riego, los regadores no tendrían el alcance requerido; en el caso del agua de suministro domiciliario no llegaría a los grifos más elevados. En estos dos últimos casos, para elevar la presión sobre la de la red, sería necesario utilizar un grupo de presión.

Conclusiones La selección de un regulador, como en la mayoría de los equipos, está ligada a consideraciones económicas, de operación y mantenimiento. El énfasis que se haga para definir con exactitud el requerimiento de presión y flujo del proceso, así como los márgenes de variación posibles y su impacto en la producción, es el primer paso para garantizar una buena elección. Estos equipos, si se seleccionan adecuadamente, pueden operar por muchos años sin acarrear grandes costos de mantenimiento, pero la falla de uno de ellos puede significar la parada del equipo que alimenta, de un tren de producción o la parada de la planta en su totalidad. Por eso es importante tomar las previsiones en la instalación a fin de contar con desvíos o by-pass que permitan realizar labores de mantenimiento o recambio sin afectar la continuidad de flujo. También es aconsejable contar con repuestos a la mano de las partes susceptibles a daño, tales como: diafragma, carcaza, resortes, etc. y dependiendo de la criticidad del proceso otro regulador de reemplazo.

Referencias ACEDO, J. (2006). Instrumentación y control avanzado de procesos. [Libro en línea]. Madrid: Díaz de Santos, S.A. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?i d=3NkfbokoggcC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=fal se. [2015, 12 de abril].

CREUS, A. (2011). Instrumentación Industrial. [Libro en línea]. Barcelona: Marcombo, S.A. Disponible en: http://books.google.co.ve/books?id=iVpNZ9H0tUC&printsec =frontcover#v=onepage&q&f=false. [2015, 13 de abril]. GUILLÉN, A. (1988). Introducción a la neumática. [Libro en línea]. Santiago de Chile: Editorial Macombo.

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