Los elementos finales de control son mecanismos que modifican el

ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
Los elementos finales de control son mecanismos que modifican el valor de una variable
que ha sido manipulada como respuesta a una señal de salida desde un dispositivo de
control automático; es decir, se encarga de manipular alguna característica del proceso
según lo ordenado por el controlador. Según el tipo de proceso, hay dispositivos que
reciben señales de control del tipo discretas, tipo batch o continuas.
Los elementos finales de control pueden ser una válvula de control, variadores de
frecuencia y motores eléctricos, una servoválvula, un relé, elementos calefactores de
carácter eléctrico o un amortiguador.
Ya que industrialmente lo más común es que la variable manipulada por estos dispositivos
sea un caudal, el elemento de control de más amplia difusión es la válvula y por ello se hará
énfasis en éste.
VÁLVULAS DE CONTROL
Su función es variar el flujo de material o energía a un proceso de control, modificando el
valor de la variable de medida, comportándose como un orificio de área variable.
Las válvulas pueden ser modelas siguiendo una dinámica de segundo orden. Para válvulas
pequeñas o de tamaño medio, la dinámica es tan rápida que se consideran procesos de
primer orden.
Las válvulas funcionan según el teorema de Bernoulli, el cual describe que el flujo a través
de un orificio como:
√
Donde,
Las válvulas están constituidas por dos partes:
 Actuador: recibe la señal de controlador y la transforma en un desplazamiento

(lineal o rotacional) producto de un cambio en la presión ejercida sobre el
diafragma.
Cuerpo: el diafragma está ligado a un vástago o eje que hace que la sección de
pasaje del fluido cambie y con ésta el caudal.
PARTES DE UNA VÁLVULA DE CONTROL
Una válvula de control típica se compone de cuerpo y de servomotor.
 El cuerpo de la válvula contiene en su interior el cuerpo y los asientos provistos de
roscas o bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la
acción de control del paso de fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje
o tener un movimiento rotativo.
 El servomotor acciona el movimiento del vástago y con ello el obturador. Puede ser
neumático, eléctrico, hidráulico o digital (los más utilizados, son los dos primeros)
*Servomotor neumático: Consiste en un diafragma o
pistón con resorte que trabaja (con algunas excepciones)
entre 3 y 15 psi, es decir, que las posiciones extremas de
la válvula ocurren a 3 y 15 psi. Al aplicar una cierta
presión sobre el diafragma, el resorte se comprime de tal
modo que el mecanismo empieza a moverse y sigue
moviéndose hasta que llega a un equilibrio entre la fuerza
ejercida por la presión del aire sobre el diafragma y a la
fuerza ejercida por el resorte.
*Servomotor eléctrico: Es un motor eléctrico acoplado al
vástago de la válvula a través de un tren de engranajes. El
motor se caracteriza fundamentalmente por su par y por el
tiempo requerido (usualmente 1 minuto) para hacer pasar la
válvula de la posición abierta a la cerrada o viceversa.

Vástago: Su función es la de unir al obturador con el servomotor, este
dispone de una marca que indica la apertura o cierre. de la válvula

Tapa: La tapa de la válvula tiene como como función el cuerpo al
servomotor, según la temperatura del fluido con el que se esté trabajando y
el grado de estanqueidad están los siguientes tipos de tapas:
 Tapa normal: Se usa para trabajar con fluidos cuya temperatura este




entre 0 °C y 200 °C
Tapa con columnas de extensión: Es ideal para trabajar con fluidos
de baja temperatura.
Tapa con fuelle de estanqueidad: Es usada para fluidos con
temperaturas entre 20 °C y 450 °C.
Tapa con aletas de radiación: Se usa para trabajar con fluidos entre
20 °C y 450 °C aunque se recomienda invertir la válvula en
temperaturas por encima de 350 °C para facilitar el enfriamiento de
la empaquetadura.
Empaquetadura: Es una caja de protección que se ubica entre la tapa y el
vástago cuya función es impedir que el fluido escape a través de la tapa.

Cuerpo: Es el alojamiento de las partes internas de la válvula (AsientoObturador) 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.

Bridas: Es la parte donde se realiza la conexión del cuerpo de la válvula con
la tubería. Las bridas están normalizadas de acuerdo con las presiones y
temperaturas de trabajo.
 Obturador: Es la parte que realiza la función de control de paso del fluido y
puede actuar en su propio eje o bien tener un movimiento rotativo.
 Asiento: Junto con el obturador forman el corazón de la válvula, al controlar
el caudal gracias al orificio de paso variable que forman al variar su posición
relativa, y que además tienen la misión de cerrar el paso del fluido.
TIPOS DE VALVULAS
Las válvulas se pueden clasificar de acuerdo a la forma de su cuerpo y al
movimiento del obturador, como se muestra en la siguiente imagen:
Las válvulas de movimiento lineal, en las cuales el obturador se mueve en la
dirección de su propio eje, se clasifican así:
 Válvula de globo
La válvula de globo es adecuada para
utilizarse en una amplia variedad de
aplicaciones, desde el control de caudal
hasta el control abierto-cerrado (On-Off).
Cuando el tapón de la válvula está en
contacto firme con el asiento, la válvula
está cerrada. Cuando el tapón de la válvula está alejado del asiento, la válvula
está abierta. Por lo tanto, el control de caudal está determinado no por el tamaño
de la abertura en el asiento de la válvula, sino más bien por el levantamiento del
tapón de la válvula (la distancia desde el tapón de la válvula al asiento). Una
característica de este tipo de válvula es que incluso si se utiliza en la posición
parcialmente abierta, hay pocas posibilidades de daños al asiento o al tapón por
el fluido.
 Válvula en ángulo
Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas
turbulencias. Es adecuada para disminuir la erosión
cuando ésta es considerable por las características del
fluido o por la excesiva presión diferencial. Es empleada
en fluidos que vaporizan (flashing), para trabajar con
grandes presiones diferenciales y para los fluidos que
contienen sólidos en suspensión.
 Válvula de tres vías
Es una válvula mezcladora de fluidos o que deriva un
flujo de entrada en dos de salida. Se emplean
normalmente en el control de temperatura de
intercambiadores de calor, facilitando un control muy
rápido de la temperatura, gracias a que el fluido de
calefacción puede derivar, a través de la válvula, sin
pasar por el intercambiador. Suelen estar dotadas de un
actuador eléctrico, neumático o térmico.
 Válvula de jaula
Es un tipo de válvula de globo. Su nombre se debe a
que el obturador es guiado por una especie de jaula
inmersa en el cuerpo de la válvula. Se caracteriza por
el fácil desmontaje del obturador. Se emplea cuando
deba trabajarse con una alta presión diferencial. Como
el obturador esta contenido dentro de la jaula, la
válvula es muy resistente a las vibraciones y al
desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de
aros de teflón que, con la válvula en posición cerrada,
asientan contra la jaula y permiten lograr así un cierre
hermético.
 Válvula de compuerta
Efectúa su cierre con un disco vertical
plano o de forma especial, que se
mueve verticalmente al flujo del
fluido. Por su disposición es adecuada
generalmente para control todo-nada,
ya que en posiciones intermedias
tiende a bloquearse. Tiene la ventaja
de presentar muy poca resistencia al
flujo de fluido cuando está en posición de apertura total.
 Válvula en Y
Es adecuada como válvula de cierre y de control.
Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja
pérdida de carga y como válvula de control presenta
una gran capacidad de caudal. Posee una
característica de autodrenaje cuando está instalada
con un cierto ángulo. Se emplea usualmente en
instalaciones criogénicas.
 Válvula de cuerpo partido
Es una modificación de la válvula de globo, el cuerpo
esta partido en dos partes entre las cuales está
presionado el asiento, debido a su disposición permite
una fácil sustitución del asiento y ayuda a que el fluido
fluya de forma suave y sin espacios muertos en el
cuerpo, es muy útil para trabajar con fluidos viscosos y
en la industria alimentaria.
 Válvula de Saunders
En este tipo de válvula el obturador es una membrana flexible
que a través del vástago es forzada contra un resalte del cuerpo y
de esta manera cerrando el paso del fluido, presenta gran
facilidad para revestirse de goma o plástico para trabajar con
fluidos agresivos, aunque necesita de un servomotor muy potente
para su uso.
 Válvula de compresión
Esta válvula funciona mediante el pinzamiento de dos o más
elementos flexibles, ofrece un gran control de cierre parcial y
se usa principalmente en el manejo de fluidos negros
corrosivos, viscosos o que contengan partículas sólidas en
suspensión.
 Válvula de obturador excéntrico rotativos
Presenta un obturador de superficie esférica, se caracteriza por
presentar un alto flujo de caudal, comparado al de las válvulas
de mariposa.
 Válvula de obturador cilíndrico excéntrico
Este tipo de válvula tiene un obturador cilíndrico que se
asienta contra un cuerpo cilíndrico, se logra un cierre
hermético con un revestimiento de goma o teflón, es muy útil
para fluidos corrosivos y líquidos viscosos.
 Válvula Mariposa
El cuerpo está formado por un anillo cilíndrico dentro del
cual gira transversalmente un disco circular. La válvula
puede cerrarse herméticamente mediante un anillo de
plástico encastrado en el cuerpo. Las válvulas de
mariposa usualmente sirven para aplicaciones de baja
presión (125 lbs). Se pueden usar para abrir o cerrar el
paso a un fluido o para regularlo aunque no es
completamente recomendable. Se caracterizan por su
operación rápida ya que abren y cierran a ¼ de vuelta.
 Válvula de bola
Las válvulas de bola ofrecen muy buena
capacidad de cierre y son prácticas porque
para abrir y cerrar la válvula es tan sencillo
como girar la manivela 90°. Se pueden
hacer de 'paso completo', lo que significa
que la apertura de la válvula es del mismo
tamaño que el interior de las tuberías y esto
resulta en una muy pequeña caída de
presión. Otra característica principal, es la
disminución del riesgo de fuga de la glándula sello, que resulta debido a que el eje
de la válvula solo se tiene que girar 90°.
Cabe señalar, sin embargo, que esta válvula es para uso exclusivo en la posición
totalmente abierta ó cerrada. Esta no es adecuada para su uso en una posición de
apertura parcial para ningún propósito, tal como el control de caudal, debido a que
se puede deformar el asiento.
 Válvula de flujo axial
Consisten 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. Este tipo de válvulas se emplea para gases y es
especialmente silencioso.
 Comparación entre los diferentes tipos de válvulas:
VAPORIZACIÓN (FLASHING) Y CAVITACIÓN
La cavitación es un proceso de dos etapas, asociado al flujo de líquidos a través de los
internos de las válvulas. Comienza con la formación de cavidades de vapor o burbujas en la
corriente del líquido, como resultado de la caída de presión local por debajo de la presión
de vapor del líquido. La segunda etapa del proceso consiste en la implosión de las burbujas
de vapor, volviendo de nuevo a la fase líquida, en el momento en que la presión local es
mayor que la presión de vapor. En el núcleo de implosión de la burbuja se produce un pico
de presión local del orden de 7000 bar. Si la implosión de esas burbujas ocurre cerca de una
pieza metálica, como el obturador o el asiento de la válvula, el metal se daña rápidamente.
El mejor método para librarse de los daños provocados por la cavitación es impedir que
ésta se origine. Si la caída de presión a través de la válvula se produce en varios saltos
pequeños, mediante una tubería interna adecuada, se evita que la presión local del líquido
caiga por debajo de la presión de vapor, con lo que la cavitación no aparece.
El flashing es un proceso parecido a la cavitación, pero con una diferencia importante: en el
flashing, la presión aguas abajo es siempre inferior a la presión de vapor del líquido que
entra aguas arriba, con lo que éste ya no vuelve a la fase líquida. Así, el líquido entra a la
válvula, se vaporiza al atravesarla, y sale como vapor. Si la presión aguas abajo de la
válvula está prefijada, y es menor que la presión de vapor del líquido, el flashing va a
ocurrir siempre, inevitablemente. El problema está en que la vaporización del líquido no
ocurre instantáneamente en todo el seno del fluido a la vez, sino que es un proceso gradual.
La corriente de vapor recién generado arrastra gotas de líquido aún sin evaporar, que
impactan contra las superficies metálicas del interior de la válvula.
Para evitar que el flashing produzca daños, se utilizan válvulas de globo en ángulo, con
flujo por encima del asiento, internos de material duro y cuerpos de acero aleado
APLICACIONES INDUSTRIALES DE LAS VÁLVULAS


Industria embotelladora: Se emplean válvulas de encendido y apagado para el llenado de
líquidos de las botellas.
Válvulas de presión: Se emplean como brazos neumáticos para automatización de procesos.

Control de nivel: Se direcciona el fluido en el sentido deseado según se requiera.

Control de caudal: Para evitar pérdida de producto y llenado en tiempo óptimo de
recipientes