688 APÉNDICE C

los posicionadores también se pude determinar la acción de las válvulas de control (CFo AF).

Multiplicadores

Los multiplicadores que también se conocen como relevadores de aire, se utili-zan con los accionadores de las para acelerar la respuesta de la válvula a un cam-bio de señal proveniente de un controlador o transductor con baja capacidad de salida.También se debe hacer notar que para los circuitos de control de respuesta rápida,como los de flujo o presión de líquidos, en los cuales no es indicada la utilización de cionadores, la utilización de multiplicadores puede ser la elección

Para los multiplicadores se tienen otros posibles usos:

1. Amplificación de una señal neumática; algunas razones típicas de amplificaciónson y

2. Reducción de una señal neumática, cuyas razones típicas son 5: 1, 2: 1 y 3: 1.3. Inversión de una señal neumática, lo cual significa que, conforme se incrementa

la señal de entrada, disminuye la señal de salida. Cuando la señal de entrada esde 3 psig, la de salida es de 15 psig; cuando la señal de entrada es de 15 psig,la señal de salida es de 3 psig.

Interruptores de límite

Estos interruptores se montan a un lado de las válvulas y se disparan mediante la posicióndel vástago. Con estos interruptores generalmente se manejan alarmas, de sole-noide, luces o cualquier otro de dispositivos.

VÁLVULAS DE CONTROL, CONSIDERACIONES ADICIONALES

En esta sección se presentan varias consideraciones adicionales que se deben tomar encuenta cuando se dimensiona y elige la de control; por tanto, con esta secciónse complementa la sección 5-2.

En las figuras hasta C-39d se muestran ejemplos de de fabricantes(Masoneilan y Fisher controls). Una vez que se calcula el coeficiente mediante lasecuaciones del capítulo 5, se utilizan esas cantidades para determinar las dimensiones dela válvula.

Correcciones de viscosidad

En la ecuación (5-1) no se considera el efecto de la viscosidad del líquido al calcular elcoeficiente Para la mayoría de los servicios de líquidos se puede despreciar la co-rrección de viscosidad, sin embargo, en algunos otros casos esto puede conducir a erroresde dimensionamiento.

SENSORES, TRANSMISORES Y DE 089

ANSI Class 150-600 40)

Figura Ejemplo del catálogo de Masoneilan. (Cortesía de Masoneilan division, Co.)

propone que se calcule un turbulento y uno laminar y que se utili-ce como valor mayor el que se requiere.

= 9

(C-3a)

C (C-3b)

690

Factor de F l u j o e n

ANSI (2” 12”)ANSI Class 150 (14” to

APÉNDICE C

ANSI Class 150

Figura C-39b. Ejemplo del de Masoneilan. (Cortesía de Masoneilan division, Co.)

SENSORES, TRANSMISORES Y DE CONTROL

COEFICIENTES DE FLUJO

De porcentaje igual de

Figura Ejemplo del catalogo de de Fisher: diseño especificaciones C y D;el de la es de igual. de Fisher Controls.)

donde:

= viscosidad, centipois

En Fisher se desarrolló una nomograffa y un procedimiento con el cualse puede obtener el factor de corrección que es posible aplicar al coeficiente normalpara determinar el coeficiente corregido, En’la figura se muestra la nomograffacon las instrucciones para su uso; cuando ya se ha obtenido el factor de corrección, enton-ces el coeficiente corregido se calcula como sigue:

=

692

COEFICIENTES DE FLUJO

C

Lineal Característica

247 514 864 9869 5 1 17903 184 1840

Figura del de de Fisher: diseño EB, especificaciones C y D;el oclusor de la es lineal. (Cortesía de Fisher Controls.)

Vaporización y cavitación

El hecho de que en la de control exista vaporización o cavitación, oambas, puede tener efectos significativos sobre la operación de la válvula y el procedi-miento de dimensionamiento. Es importante comprender el significado e importancia deestos dos fenómenos; en la figura se muestra el perfil de presión de un liquido quefluye a través de un elemento restrictivo (posiblemente una válvula de control).

Para mantener el flujo en estado estacionario la velocidad del liquido se debe incre-mentar conforme disminuye el de la sección transversal para el flujo. La velocidad

del líquido se alcanza en un punto inmediatamente posterior al dela sección transversal (el de puerto para una de control); el punto develocidad se conoce como “vena contracta”*, en este punto se tiene también la presiónmás baja en el liquido. Lo que ocurre es que el incremento de velocidad (energía cinética)se acompaña por un incremento en la “energfa de presión”, la energía se transforma deuna forma a otra.

par

a la

cor

recc

ión

de v

iscos

idad

. (C

orte

sfa

de F

isher

Con

trol

s.)

694 APÉNDICE C

Figura Perfii de la presión de un liquido que pasa través de un elemento de restricción.

Cuando el liquido pasa por la vena contracta, su velocidad disminuye, y entoncesse recupera parte de la presión. Las como las de mariposa, de esfera o la

de las rotatorias tienen de recuperación de presión altas;en cambio, en las de vástago recfproco esta característica es baja. En lasde vástago recfproco la trayectoria del flujo es tortuosa que en las rotatoriasy, por lo tanto, la de presión del liquido es mayor a través de esas queen las de tipo rotatorio.

Ahora se utiliza nuevamente la figura y se supone que la presión de vapor delíquido a la temperatura de flujo es cuando la presión del líquido cae abajo de estapresión parte del líquido empieza a cambiar de la fase líquida a la de vapor, es de-cir, el líquido se evapora (flashea). Con la vaporización instandnea sepueden producir serios danos por erosión en el oclusor de la válvula y en el asiento, comose muestra en la figura C-42.

Además del daño físico que se ocasiona a la la vaporización instantánea tien-de a disminuir la capacidad de flujo en la Conforme se empiezan a formar burbu-jas, esto tiende a causar una “condición de obstrucción” en la con lo cual selimita el flujo; además, esta condición de obstrucción puede agravarse al grado de ocasio-nar “bloqueo” del flujo a de la es decir, más allá de esta condición debloqueo, el incremento en la caída de presión en la no dará por resultado un incre-mento en el flujo. Es importante reconocer que con la ecuación de la ecuación

no se describe esta condición. Conforme se incrementa la caída de presión, conla ecuación se predicen razones de flujo altas; dicha relación se muestra gráficamenteen la figura junto con la condición de bloqueo de flujo.

En esta figura se observa que para el ingeniero es importante conocer la caída máxi-ma de presión, la cual es efectiva para producir el Los fabricantes eligie-ron indicar esta caída de presión mediante una ecuación para con caídasde presión superiores a esta se puede ocasionar un bloqueo del flujo. de-pende en mucho no del fluido, sino también del tipo de Varios fabricantes

SENSORES, TRANSMISORES Y DE CONTROL 695

Figura C-42. Daño que se produce en el oclusor de la a causa de vaporización instanthea.(Cortesfa de Masoneilan division, Co.)

han realizado investigaciones tendientes a obtener datos y desarrollar una parapredecir propone la siguiente ecuación:

=

Figura Condiciones del flujo con bloqueo.

APÉNDICE C

Y

0, si OSP,,

de válvula Dimensiónd el a ju st e

A

1 . 50 m a y o r

En

dirección

Abier to

C e n a d o

Abier to

Abier to

Figura Factor de flujo crítico, con abertura completa. (Cortesía de Masoneilan division,

SENSORES, TRANSMISORES Y VÁLVULAS DE CONTROL 697

Tipo de d el a ju st e

Flujo 1.50 m a y o r

Abier to

BAbier to

B Puerto vcu rvad o

Figura (Continuación.)

donde:

= presión de vapor del liquido, en = factor de flujo = presión critica del líquido, en

En la figura se muestra el factor de flujo critico para diferentes tipos de estos valores son el resultado de pruebas de flujo sobre las válvulas.

Fisher propone la siguiente ecuación:

donde:

= coeficiente de recuperación de la = razón de presión

El coeficiente depende del tipo de válvula y también es un resultado de las pruebasde flujo. En la última columna de las figuras y C-39d se muestran los valores de

para cada tipo particular de El se determina con base en la figura

Si la recuperación de presión que experimenta el liquido es suficiente como para ele-var la presión por arriba de la presión de vapor del líquido, entonces las burbujas de

696 APÉNDICE C

Esta curva se usa para agua . Se inicia en la con el valor de la presióndel vapora la entrada de la se procede de manera ve rtica l,hasta intercepta r la curva; poster iormente se cont inúa hacia la izquierda pa-ra leer la de pres ión cr í ti ca , en la ordenada.

Presión cri t ica dedi ve rs os f lu id os.

Amoníaco. . . . . . . . . . .Argón . . . . . . . . . . . . .Bu tano . . . . . . . . . . . .

de carbono . . . . de carbono.

Cloro . . . . . . . . . . . .

Etileno................... . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .Helio . . . . . . . . . . . .Hidrógeno . . . . . . . . . .Cloruro de . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .M e t a n o . . . . . . . . . . .Nit rógeno . . . . . . . . . .

nitroso . . . . . . . .Oxigeno . . . . . . . . . . .Fosgeno . . . . . . . . . . .Propano . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .Refrigerante ll . . . . . . .Ref rigerante 12 . . . . . . .Ref rigerante 22 . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . .

Figura Razón de presión crítica según Fisher. (Cortesía de Fisher Controls.)

por se empiezan a colapsar 0 a implosionar, lo cual se conoce como “cavitación”. Laenergía que se libera durante la cavitación produce ruido, como si fluyera grava a travésde la en la figura se muestra el daño típico que se produce en la al desprenderse material por efecto de la cavitación. Ciertamente, en las de vás-tago rotatorio, cuya recuperación de presión es alta, se tiende a experimentar cavitaciónmás frecuentemente que en las válvulas de vástago recíproco, las cuales poseen recupera-ción baja de presión.

SENSORES, TRANSMISORES Y DE CONTROL 699

Figura C-46. Daño causado por la (Cortesfa de Masoneilan division,Co.)

Con las pruebas se ha demostrado que, en las con recuperación de presiónbaja, el bloqueo de flujo y la cavitación se presentan aproximadamente a la mismay, en consecuencia, las ecuaciones (C-5) y (C-8) también se pueden utilizar para calcularla caída de presión a la cual comienza la cavitación. En las con alta recuperaciónde presión, la cavitación puede ocurrir a caídas de presión por abajo de para es-tos tipos de propone la siguiente ecuación:

donde:

=

= coeficiente de incipiente, el cual se muestra en la figura C-44Fisher propone la misma ecuación y sus términos se muestran en la figura

fabricantes de producen dispositivos especiales con losque se tiende a incrementar el de la y, por lo tanto, la caída de pre-sión a la cual ocurre la cavitación.

RESUMEN

En este breve apéndice se tuvo como propósito familiarizar al lector con algunos de losinstrumentos que se utilizan comúnmente. en los circuitos de control de proceso. Entrela instrumentación que se expone se incluye parte de los instrumentos que se necesitan

700 APÉNDICE C

0.6

0.5

0.4 .

0.2

0.1

20 40 60 80 100Porcen taje de abertura de la

Figura C-47. Coeficiente de Fisher para la incipiente. (Cortesía de Fisher Controls.)

para medir (M) las variables, del proceso (elementos primarios) como flujo, tem-peratura y presión. Se presentaron dos tipos de transmisores y se expusieron sus prin-cipios de funcionamiento. Finalmente, también se presentaron algunos tipos muy comunesde (elementos finales de control) que se utilizan para ejecutar la acción (A), juntocon sus características de flujo.

Como se mencionó en la primera frase de este resumen, éste es un apéndice breve.En este libro es imposible presentar y abordar todos los detalles que se relacionan conlos diferentes tipos de instrumentos, pero existen manuales completos y colecciones muyexhaustivas de articulos disponibles para este fin. Se remite al lector a la bibliografía queaparece al final de este apéndice. Además de los numerosos tipos diferentes de instru-mentos de que se dispone en la actualidad, cada mes se introducen al mercado nuevosy “mejorados” tipos de elementos primarios, transmisores y elementos finales de con-trol. En el área de elementos primarios se desarrollan constantemente nuevoscon los que se puede medir variables difíciles con mas exactitud, más frecuente yrápidamente, por ejemplo, la concentración. En el área de transmisores, la ultima palabrason los “transmisores inteligentes’ .

Con estos transmisores de hoy en día, en los que se utilizan microprocesadores, sepuede entregar la información a los controladores en una forma más comprensible. Lade los elementos finales de control es otra de investigación en la que existeactividad; no solamente se mejoran continuamente las de control, si-no que se desarrollan y mejoran los actuadores para lograr la

con otros componentes electrónicos, como son los controladores y las computadorasAdemás, están en desarrollo otros elementos finales de control, como los manejado-res para bombas y ventiladores de velocidad variable, cuya razón de desarollo es la con-servación de energía. A causa de la falta de espacio no se presenta en este libro la factibilidady la justificación para estos ventiiadores y bombas de velocidad variable en la re-gulación del flujo, sin embargo, el lector puede consultar las referencias21, 22, 23 y 24 para estudiar este tema.

Ciertamente, en los últimos el lector se cuenta que se llevan caboinvestigaciones, principalmente por los fabricantes, en el de