INDICECAPITULO III

1. Introducción…………………………………………………………….. ……….. Pág. 22. Arquitectura…………………………………………………………….. ………….Pág.23. Estructura y Características………………………………………………….. Pág.34. PIC 16F84……………………………………………………………… …………… Pág.4

4.1. Los pines del 16F84……………………………………………….. Pág.44.2. Programar el PIC……………………………………………………. Pág.54.3. Programación……………………………………………… ………… Pág.64.4. Técnicas para programar…………………………………………. Pág.74.5. Datos curiosos del 16F84………………………………………. Pág.84.6. Usos del 16F84……………………………………………. ………. Pág.8

CAPITULO IV

1. ACTUADORES………………………………………………………………….. Pág.91.1. Actuadores Neumáticos……………………………………….. .Pág.91.2. Actuadores Hidráulicos…………………………………………. Pág.101.3. Actuadores Eléctricos…………………………………………… Pág.10

2. PARTES DE UN ACTUADOR……………………………………………… Pág.113. ELEMENTOS FINALES DE CONTROL………………………………….. Pág.16

3.1. Válvulas…………………………………………………………….. Pág.163.2. Bombas……………………………………………………………… Pág.173.3. Amplificadores de Potencia………………………………….. Pág.183.4. Trasmisores………………………………………………………… Pág.18

3.4.1. Trasmisión Neumático……………………………………. Pág.183.4.2. Trasmisión electrónico……………………………………. Pág.183.4.3. Trasmisión digital………………………………………...... Pág.19

4. VALVULA DE MAGUITO FUNDICIÓN/ALUMINIO……………….. Pág.204.1. Ventajas……………………………………………. ………………….. Pág.204.2. Funcionamiento…………………………………………… ………… Pág.204.3. Principio………………………………………………………. ………… Pág.214.4. Características Técnicas………………………………………… Pág.214.5. Materiales de construcción…………………………… ………… Pág.214.6. Dimensiones………………………………………………… ……….. Pág.224.7. Peso y embalaje………………………………………….. ….……. Pág.234.8. Protección……………………………………………………………. Pág.23

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CAPITULO III

1. INTRODUCCION:

Microchip fabrica una serie de microcontroladores llamados PIC. Los hay disponibles de distintas capacidades, desde algunos tipos básicos con poca memoria, hasta los que tienen convertidores Analógico a Digital (ADC) incluidos o incluso los que llevan dentro PWMs (Pulse Width Modulators = Moduladores de Ancho de Pulso). Voy a concentrarme en el PIC 16F84. Una vez que aprendas como programar un tipo de PIC, aprender el resto será fácil. Hay diversas formas de programar el PIC, - usando BASIC, C, o Lenguaje Ensamblador.

2. ARQUITECTURA:

Von Neumann Dispone de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control).

Harvard Dispone de dos memorias independientes, una que contiene sólo instrucciones, y otra que contiene sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias, ésta es la estructura para los PIC's.

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CONTROLADORES (PIC 16F84)

3. ESTRUCTURA Y CARACTERISITCAS:

CARACTERISITICAS: • Tiene una arquitectura Harvard, es decir memoria de programa y memoria de datos se acceden por buses separados.• Las instrucciones se ejecutan en un sólo ciclo de reloj, con excepción de las instrucciones de salto que se ejecutan en 2 ciclos de reloj.• El bus de programa es de 14 bits de ancho.• 15 registros de funciones especiales.• Memoria de datos RAM de 68 bytes o registros.• Contiene una memoria EEPROM de 64 bytes.• Memoria de programa Flash de 1k x 14 bits.• Dispone de 2 puertos paralelos(A y B) los cuales se pueden programar individualmente como entradas o salidas.• Dependiendo del tipo de encapsulado tiene 18 ó 20 pines.• Contiene un contador/temporizador de 8 bits.• ALU de 8 bits y Registro de Trabajo W no direccionable.• 40 años de retención de la memoria EEPROM.• Puede operar bajo 4 modos diferentes de oscilador.• Repertorio de 35 instrucciones.• Pila de 8 niveles.• Modos de direccionamiento directo, indirecto y relativo.• Rango de alimentación de 4 a 5.5 V en configuración de oscilador XT, RC y LP, y de 4.5 a 5.5 V en configuración de oscilador HS.• 4 fuentes de interrupción.• Modo de bajo consumo SLEEP.• 13 pines E/S con control individual de dirección.• Protección de código.• Programación en serie a través de dos pines.

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4. PIC 16F84

4.1. Los pines del 16F84:RA0 a RA4

RA es un puerto bidireccional. Eso quiere decir que puede ser configurado como entrada o como salida. El número que hay después de RA indica el numero de bit (0 a 4). Por tanto, tenemos un puerto bidireccional de 5 bits donde cada bit puede ser configurado como entrada o como salida.

RB0 a RB7

RB es un segundo puerto bidireccional. Se comporta exactamente de la misma manera que RA, excepto que este tiene 8 bits.

VSS y VDD

Estos son los pins de alimentación. VDD es la alimentación positiva, y VSS es el negativo de la alimentación, o 0 Voltios. La tensión máxima de alimentación que puedes utilizar son 6 Voltios, y el mínimo son 2 Voltios.

OSC1/CLK IN y OSC2/CLKOUT

Estos pines son donde conectaremos el reloj externo, para que el microcontrolador disponga de algún tipo de temporización.

MCLR

Este pin se utiliza para borrar las posiciones de memoria dentro del PIC (p.ej. cuando quiero reprogramarlo). Durante el funcionamiento normal está conectado a la alimentación positiva.

INT

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Este es un pin de entrada que puede ser monitorizado. Si el pin se pone a nivel alto, podemos hacer que el programa se reinicie, se pare o cualquier otra función de deseemos. No lo utilizaremos mucho.

TOCK1 Esta es otra entrada de reloj, que opera con un temporizador interno. Opera aisladamente del reloj principal. De nuevo, este tampoco lo utilizaremos mucho.

4.2. Programar el PIC:

¿como programas realmente ese código y lo metes en el PIC? Pues hay dos maneras, la sencilla y la "Hazlo tu mismo". La manera sencilla es comprar un programador de PIC, que se conecte a tu PC, que trae un software con el que puedes programar el PIC. La "Hazlo tú mismo" se trata de que construyas tu propio programador y utilices software gratuito de Internet y lo programes de ese modo.

Si prefieres el método "hazlo tu mismo". El más económico es el "TAIT Classic Programmer". Lo siguiente que necesitas es un ensamblador. Este convertirá el programa que escribas en un formato que el PIC comprende. El mejor es del propio Microchip, llamado MPLAB. Es un programa de ventanas, que incluye un editor, un simulador y el ensamblador. Este es un software escrito por los propios fabricantes del PIC, y por encima de todo es gratuito

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4.3. Programar:

El lenguaje simbólico que se utiliza para codificar los programas origen que se procesan por el ensamblador es llamado lenguaje ensamblador.

Este lenguaje es una colección de símbolos mnemónicos que representan: operaciones (mnemónicos de instrucciones para la máquina o de directrices para el ensamblador), nombres simbólicos, operadores y símbolos especiales.

El lenguaje ensamblador proporciona códigos de operación de los mnemónicos para todas las instrucciones de la máquina contenidas en la lista de instrucciones.

Además, el lenguaje ensamblador contiene mnemónicos directrices, los cuales especifican acciones auxiliares que se llevan a cabo por el ensamblador.

Estas directrices no siempre son traducidas a lenguaje máquina.

Un programador escribe el programa origen en lenguaje ensamblador utilizando cualquier editor de textos o procesador de palabras que sea capaz de producir una salida de texto en ASCII.

Una vez que el código origen ha sido escrito, el archivo origen es ensamblado mediante su procesamiento a través de algún ensamblador.

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4.4. Técnicas para programar:

Si escribes un; (punto y coma) en cualquier punto de tu programa, el compilador ignorará cualquier cosa que haya detrás de él, hasta llegar al retorno de carro. Esto significa que podemos añadir comentarios a nuestro programa que nos recuerden que estábamos haciendo en ese punto. Esta es una buena práctica incluso para los programas más sencillos. Ahora mismo puede que entiendas completamente qué es lo que hace tu programa, pero dentro de unos meses, puede que te acabes tirando de los pelos. Por tanto, utiliza comentarios donde puedas, no hay límites.

Segundo, puedes asignar nombres a las constantes vía los registros (hablaremos de estos más adelante). Hace lo que estás escribiendo mucho más sencillo de leer, para saber de qué valor se trata, más que intentar entender que significan todos esos números. Así que utiliza nombres reales como CONTADOR. Date cuenta de que hemos puesto el nombre en letras mayúsculas. Esto lo hace destacar, y también significa (por convención) que se trata de una constante.

Tercero, añade algún tipo de cabecera en tus programas utilizando el punto y la coma. Un ejemplo sería algo así:

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; Autor:;; Fecha:;; Versión:;; Titulo:;;;; Descripción:; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

Date cuenta de que hemos hecho una especie de caja utilizando puntos y comas. Esto es simplemente para hacerlo más pulcro.

Finalmente, prueba y documenta el programa sobre papel también. Puedes usar o bien diagramas de flujo o bien algoritmos o lo que tu quieras. Esto te ayudará a escribir tu programa paso a paso.

Bien, eso es todo al respecto, vamos a entrar en materia.

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4.5. Datos curiosos sobre un pic16F84:

El PIC16F84 posee una ULA (Unidad Lógica Aritmética) limitada que impide hacer cálculos matemáticos básicos, como por ejemplo, una multiplicación de dos números a 8 bits en una única instrucción, o una división en una única instrucción. Por lo que el programador debe valerse de otras técnicas matemáticas que se apoyan en el juego de instrucciones aritméticas disponibles en este PIC para realizar este cálculo matemático básico.

Los datos almacenados en la memoria EEPROM pueden durar almacenados por más de 40 años.

La memoria de datos no se puede acceder completamente en un único registro sino que se debe acceder por bancos, por lo que se debe estar atento al momento de escribir el programa de no sobrescribir algún registro en el banco 0 queriendo escribir sobre el banco 1.

Muchos estudiantes de electrónica, por no decir la mayoría, eligen este PIC para iniciarse en la programación de microcontroladores cuando en el mercado existen otros PIC con una arquitectura interna mucho más simple que la que posee este microntrolador

4.6. Usos del pic16F84:

En los últimos años se ha popularizado el uso de este microcontrolador debido a su bajo costo y tamaño. Se ha usado en numerosas aplicaciones, que van desde los automóviles a decodificadores de televisión. Es muy popular su uso por los aficionados a la robótica y electrónica.

Puede ser programado tanto en lenguaje ensamblador como en Basic y principalmente en C, para el que existen numerosos compiladores. Cuando se utilizan los compiladores Basic, es posible desarrollar útiles aplicaciones en tiempo récord, especialmente dirigidas al campo doméstico y educacional.

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CAPITULO IV1. Actuadores

Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía (en nuestro caso eléctrica) en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Su función en un sistema domótico va a ser la de cambiar la situación de la vivienda tras un evento ocasionado al hacer por ejemplo una lectura de un sensor que debe ser tratada.

Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado.

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden del regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.

Existen tres tipos de actuadores:

Hidráulicos Neumáticos Eléctricos

Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatronicos. Por lo general, los actuadores hidraulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidraulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía, asi como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitados desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.

Los actuadores eléctricos tambein son muy utilizados en los aparatos mecatronicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores de CA sin escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento precio debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.

1.1. Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidraulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos:

1. Cilindro hidráulico2. Motor hidráulico3. Motor hidráulico de oscilación

Cilindro hidráulico

De acuerdo con su función podemos clasificarlos en dos tipos: de efecto simple y de acción doble. En el primer tipo se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa,

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diferente, para contraer. El segundo tipo se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones.

Motor hidraulico

En los motores hidraulicos el movimiento rotatorio es generado por la presion. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos: El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presion, y el segundo, de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por la accion oscilatoria de un piston o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia.

1.2. Actuadores neumaticos

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.

De efecto simple

Cilindro neumático

Actuador neumático de efecto doble

Con engranaje

Motor neumático con veleta

Con pistón

Con una veleta a la vez

Multiveleta

Motor rotatorio con pistón

De ranura vertical

De embolo

Fuelles, diafragma y musculo artificial

1.3. Actuadores eléctricos

La estructura de este actuador es simple en comparación con los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que solo se requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables electricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.

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Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua.

Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña.

La forma más sencilla para el accionamiento con un pistón, sería la instalación de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón de accionamiento y a las entradas roscadas.

Existen actuadores de estado sólido, los cuales permiten realizar movimientos silenciosos sin motores. Es la tecnología más innovadora para robótica y automática, como así también para la implementación de pequeños actuadores.

2. Partes de un actuador

1. Sistema de “llave de seguridad”: Este método de llave de seguridad para la retención de las tapas del actuador, usa una cinta cilíndrica flexible de acero inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a máquina. Esto elimina la concentración de esfuerzos causados por cargas de centradas en los tornillos de las tapas y helicoils. Las Llaves de Seguridad incrementan de gran forma la fuerza del ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra desacoplamientos peligrosos.

2. Piñón de ranura: Esta ranura en la parte superior del piñón provee una transmisión autocentrante, directa para indicadores de posición e interruptores de posición, eliminando el uso de bridas de acoplamiento (bajo la norma de Namur)

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3. Cojinetes de empalme: Estos cojinetes de empalme barrenados y enroscados sirven para amplificar el acoplamiento de accesorios a montar en la parte superior (Bajo normas ISO 5211 Y VDI)

4. Pase de aire grande: Los conductores internos para el pasaje de aire extra grandes permiten una operación rápida y evita el bloqueo de los mismos.

5. Muñoneras: Una muñonera de nuevo diseño y de máxima duración, permanente lubricada, resistente a la corrosión y de fácil reemplazo, extiende la vida del actuador en las aplicaciones más severas.

6. Construcción: Se debe proveer fuerza máxima contra abolladuras, choques y fatiga. Su piñón y cremallera deber ser de gran calibre, debe ser labrado con maquinaria de alta precisión, y elimina el juego para poder obtener posiciones precisas.

7. Ceramigard: Superficie fuerte, resistente a la corrosión, parecida a cerámica. Protege todas las partes del actuador contra desgaste y corrosión.

8. Revestimiento: Un revestimiento doble, para proveer extra protección contra ambientes agresivos.

9. Acople: Acople o desacople de módulos de reposición por resorte, o de seguridad en caso de falla de presión de aire.

10. Tornillos de ajuste de carrera: Provee ajustes para la rotación del piñón en ambas direcciones de viaje; lo que es esencial para toda válvula de cuarto de vuelta.

11. Muñoneras radiales y de carga del piñón: Muñoneras reemplazables que protegen contra cargas verticales. Muñoneras radiales soportan toda carga radial.

12. Sellos de piñón- superior o inferior: Los sellos del piñón están posicionados para minimizar todo hueco posible, para proteger contra la corrosión.

13. Resortes indestructibles de seguridad en caso de falla: Estos resortes son diseñados y fabricados para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la corrosión. Los resortes son clasificados y asignados de forma particular para compensar la pérdida de memoria a la cual esta sujeta todo resorte; para una verdadera confianza en caso de falla en el suministro de aire.

Los actuadores más usuales son:

Cilindros neumáticos e hidráulicos. Realizan movimientos lineales. Motores (actuadores de giro) neumáticos e hidráulicos. Realizan movimientos

de giro por medio de energía hidráulica o neumática. Válvulas. Las hay de mando directo, motorizadas, electros neumáticos, etc. Se

emplean para regular el caudal de gases y líquidos. Resistencias calefactoras. Se emplean para calentar. Motores eléctricos. Los más usados son de inducción, de continua, sin

escobillas y paso a paso. Bombas, compresores y ventiladores. Movidos generalmente por motores

eléctricos.

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Actuadores y elementos finales de control

El elemento final de control o elemento de corrección es el dispositivo que permanece conectado físicamente con el proceso, dentro de un sistema de control, y que transforma la salida de un controlador en un cambio de la variable manipulada para producir un cambio en la variable controlada (Bolton, 2004; Hunter, 1978; Johnson, 1984). El actuador forma parte del elemento de corrección, es la pieza de equipo que recibe una señal y la convierte en un movimiento mecánico apropiado, proveyendo la potencia requerida para llevar a cabo la acción de corrección que afecte el proceso bajo control, también se les llama servomotores. Por lo general la señal viene directamente desde un controlador y en ocasiones a través de un transmisor (Bolton, 2004; Hunter, 1978; Smith & Corripio, 1997).

El equipo más allá del actuador está específicamente determinado por los requerimientos del proceso, no por el sistema de control. Los actuadores son entonces el final de la línea concerniente al sistema de control (Hunter, 1978).

Actuadores eléctricos

El actuador eléctrico de uso más común es el solenoide, éste convierte una señal eléctrica de entrada en un campo electromagnético. El solenoide consta de un hilo metálico enrollado en hélice sobre un núcleo de material magnético de forma cilíndrica. Cuando una corriente eléctrica recorre el hilo se induce un campo magnético comparable al de un imán, este campo desplaza el cilindro sobre su eje; una vez que la corriente se corta, el campo magnético desaparece y el núcleo regresa a su posición de descanso. El solenoide se utiliza mayoritariamente como un elemento digital, aplicando la potencia máxima o no aplicándola, los relevadores son un ejemplo típico, pero si la cantidad de energía eléctrica con la que se excita el solenoide varía en forma analógica, el campo electromagnético y el movimiento mecánico pueden variar en forma analógica también. La mayoría de los solenoides se diseñan para efectuar un movimiento lineal del núcleo; sin embargo, existen también solenoides rotatorios, aunque su potencia es limitada (Hunter, 1978).

Entre los actuadores eléctricos también se encuentran los motores de corriente directa (DC) y los motores de corriente alterna (AC). Los motores eléctricos son utilizados en los sistemas de control de velocidad o de posición. Los motores operan bajo tres principios básicos: el de atracción y repulsión de polos magnéticos, el de la aparición de un campo

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magnético a través de un conductor al fluir una corriente, y el de la aparición de una corriente en un conductor que se mueve a través de un campo magnético (Bolton, 2004; Hunter, 1978).

En un motor DC hay rollos de alambre montados en ranuras en un cilindro de material magnético llamado armadura. La armadura se monta sobre rodamientos y tiene libertad de rotación.

La armadura se envuelve por imanes permanentes o electroimanes que producen el campo magnético, llamado estator. Los extremos de la armadura se conectan a los segmentos adyacentes de un anillo segmentado llamado conmutador que gira junto con la armadura. Unos cepillos en posiciones fijas hacen contacto con el conmutador mientras gira y transmiten corriente a la armadura. Conforme gira la armadura, el conmutador invierte de polaridad lo que permite mantener el movimiento en la misma dirección. El control de la velocidad del motor DC puede realizarse variando el voltaje aplicado, mientras que la dirección se controla con la polaridad (Bolton, 2004; Hunter, 1978).

Los motores AC operan básicamente bajo el mismo principio de interacción de campos electromagnéticos. En ambos casos un campo gira mientras el otro se mantiene estacionario, pero a diferencia de los motores DC, los motores AC son de velocidad fija, aunque se puede controlar al variar la frecuencia de la corriente AC con que se alimenta ya que la velocidad de un motor AC es directamente proporcional ésta, por lo que al disminuir la frecuencia la velocidad también disminuye (Hunter, 1978; Mott, 1996).

Actuadores neumáticos / hidráulicos

Los principios de operación de los sistemas neumáticos y los hidráulicos son prácticamente los mismos, los sistemas neumáticos operan con aire comprimido mientras que los hidráulicos lo hacen con aceite presurizado. Los equipos neumáticos tienden a ser más baratos, pero debido a la compresibilidad del aire requieren reservorios para evitar cambios en la presión. Los sistemas hidráulicos no tienen este inconveniente; sin embargo, son más costosos y existen peligros asociados a las fugas de aceite. Los actuadores de este tipo pueden clasificarse en dos grupos: actuadores lineales y actuadores rotatorios (Bolton, 2004; Hunter, 1978).

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Entre los actuadores lineales están el cilindro y el diafragma. El cilindro consiste en un tubo cilíndrico hueco dividido en dos secciones por un pistón conectado a un eje, donde ambos poseen libertad de movimiento. El cilindro está sellado excepto por los puertos de conexión del fluido. La presión aplicada a uno de los extremos hace que el pistón se mueva. Si la presión se aplica por los dos extremos se le llama de doble acción, y el pistón puede

tener uno o dos ejes (Figura 2.9). Si no se requiere de doble acción un resorte (interno o externo) o un contrapeso se encargan de retornar el pistón a la posición de descanso (Bolton, 2004; Healey, 1967; Hunter, 1978).

El actuador de diafragma es un dispositivo extremadamente simple donde la presión, normalmente neumática, se aplica en un extremo (Hunter, 1978). Éstos son los actuadores más comunes en las industrias de proceso. Consisten en un diafragma flexible colocado entre dos envolturas, una de las cámaras resultantes es la cámara de presión. El diseño de un actuador neumático para válvulas se puede ver en la Figura 2.10. Una señal de aire comprimido se conecta a la cámara de presión, de modo que un aumento en la presión del aire produce un movimiento del vástago en forma lineal. Un resorte mantiene una fuerza opuesta que devuelve el vástago hacia su posición original cuando se reduce la presión en la cámara. El movimiento del vástago se detiene cuando la fuerza del resorte y la fuerza debida a la presión de la cámara sobre el diafragma están en equilibrio (Creus, 2001; Orozco, 1974; Smith y Corripio, 1997).

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Los actuadores rotatorios usualmente son hidráulicos, el más simple consiste en una cámara sellada dividida en dos compartimentos por un pistón rectangular. El movimiento de salida está limitado a menos de 360°; sin embargo, se pueden obtener enormes torques con este tipo de motor.

También es muy común encontrar un actuador lineal conectado a un simple brazo articulado para obtener movimiento rotatorio (Hunter, 1978). La rotación continua también es posible con algunos diseños, siendo entonces equivalentes a los motores eléctricos (Bolton, 2004).

3. Elementos finales de control

De acuerdo con Altmann (2005), en la mayoría de los sistemas de control de procesos el elemento final de control es algún tipo de válvula; sin embargo, también es posible controlar el flujo con algunas bombas y en otros procesos los elementos de corrección suelen ser de otro tipo como resistencias para calefacción. Estos elementos se detallan a continuación.

3.1. Válvulas de control

Las válvulas son el dispositivo que permite variar el caudal que pasa por una tubería modificando la pérdida de carga en la misma mediante una obturación variable. Son un elemento importante en el control automático de procesos, existiendo muchos distintos tipos de válvulas para control. Los ocho tipos de válvulas más comunes son: de bola, de mariposa, de globo, de pellizco, de obturador, de diafragma Saunders, de compuerta y digitales (Altmann, 2005). Smith y Corripio (1997) las clasifican en dos grandes categorías: las de vástago reciprocante y las de vástago rotatorio.

El accionamiento comúnmente es neumático, aún cuando el sistema de control sea eléctrico, pero puede ser también electromecánico o hidráulico (Bolton, 2004; Creus, 2001). Una válvula de control típica, suele ser la combinación de un actuador neumático de diafragma y una válvula de vástago reciprocante (Figura 2.10). La válvula actúa por medio de una señal de presión que se aplica al final de un tubo capilar. Si la señal de

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presión aumenta la presión en la cámara aumenta actuando sobre el diafragma para producir una fuerza que tiende a cerrar la válvula contra la fuerza de compresión del resorte (Orozco, 1974). Las válvulas con actuador neumático pueden ser de dos tipos: aire para abrir (normalmente cerrada) y aire para cerrar (normalmente abierta). El tipo de válvula se selecciona de manera que se obtenga la operación más segura en un proceso, ya sea que en caso de falta del suministro eléctrico, o una baja en la presión de la línea de aire, la válvula se mantenga abierta, o bien, cerrada.

La selección de la forma del cuerpo y el obturador determinan la característica de la válvula de control, o sea, la relación entre el flujo y la carrera del vástago (Bolton, 2004, Creus, 2001). La característica de un fluido incompresible fluyendo a presión diferencial constante a través de una válvula se denomina característica de flujo inherente. Las curvas características más importantes son la de apertura rápida, la lineal y la isoporcentual y se muestran en la Figura

Con un obturador con característica de apertura rápida el flujo aumenta mucho al inicio de la carrera, llegando al máximo rápidamente. Con un obturador de característica lineal el flujo es directamente proporcional a la carrera. Con un obturador con característica isoporcentual, cada incremento de la carrera produce un incremento proporcional al cambio en el flujo. Cabe señalar que en condiciones reales la presión diferencial cambia cuando varía la apertura de la válvula, por lo que la curva real se aparta de la curva característica inherente. A la curva real se le llama característica de flujo efectiva o característica instalada de la válvula (Creus, 2001; Smith & Corripio, 1997).

3.2. Bombas

Las bombas pueden ser una alternativa a las válvulas de control. Por ejemplo las bombas dosificadoras son accionadas por actuadores neumáticos o electrónicos y se utilizan para

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el envío de cantidades precisas de líquidos para mezclas, como en el control de pH, tratamiento de aguas y adición de productos en industrias alimenticias (Creus, 2001). Como señala Mott (1996), los sistemas de bombeo comúnmente se diseñan con una capacidad más grande a la requerida, si se requiere regular el flujo se coloca una válvula en la línea, y se utiliza una válvula de desahogo que disipa el excedente de energía. El costo de la energía desperdiciada hace conveniente modificar esta forma de operación. Una opción son las bombas de desplazamiento variable, en la cuales el desplazamiento por revolución puede cambiarse de alguna forma. Estas unidades funcionan frecuentemente con motores eléctricos de velocidad constante y, por lo general, utilizan pistones con movimiento alternativo para bombear. Cuando la bomba funciona a velocidad constante, el flujo de salida puede variarse cambiando el desplazamiento (acción que se efectúa variando la carrera de la bomba). De esta forma, la salida de fluido de la bomba está controlada por su carrera. Con una carrera nula, no se bombea fluido alguno; conforme se aumenta la carrera, el flujo a la salida aumenta en forma lineal (Harrison y Bollinger, 1976).

Tal como se menciona anteriormente, se puede variar la velocidad de un motor AC al variar la frecuencia. Al disminuir la velocidad del motor de una bomba también disminuye la capacidad de bombeo y la potencia requerida. El inconveniente de instalar un variador de frecuencia es que éstos son más costosos que el motor mismo, por lo que debe efectuarse una evaluación económica a largo plazo (Mott, 1996).

3.3. Amplificadores de potencia

En ciertos procesos que se regula la temperatura se hace necesario controlar la potencia entregada a resistencias de calefacción. Como describe Creus (2001), los primeros elementos que salieron al mercado fueron el tiratrón (un tubo lleno de gas) y el ignitrón (tubo con mercurio) pero sus dimensiones y costo eran excesivos para las potencias requeridas. Luego aparecería el amplificador magnético o bobina saturable que es un equipo robusto y de bajo costo, siendo la primera aplicación industrial práctica.

Actualmente se cuenta también con el rectificador controlado de silicio o SCR que tiene dimensiones reducidas y permite trabajar con altas densidades de corriente. Los rectificadores controlados de silicio (SCR), también llamados tiristores, emplean rectificadores de silicio que bloquean el paso de la corriente en sentido inverso, como los diodos convencionales, pero también la bloquean en sentido directo mientras no se aplique una señal en el cable de control o puerta. Sus características son: ganancia alta, buena linealidad, salida mínima de hasta 0 V, bajas caídas de tensión y corto tiempo de respuesta.

3.4. Transmisores

Los transmisores son elementos intermedios entre los sensores y el controlador y entre el controlador y los actuadores, su función es captar la señal proveniente del elemento anterior a él para transmitirla a distancia al elemento siguiente sin pérdida de información (Creus, 2001; Johnson, 1984; Smith & Corripio, 1997).

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Las señales de transmisión pueden ser neumáticas, electrónicas, digitales, hidráulicas, y telemétricas; siendo las tres primeras las más comunes en la industria. Las señales hidráulicas se utilizan sólo cuando se requiere de gran potencia, y las telemétricas cuando hay una distancia de varios kilómetros entre el transmisor y el receptor (Creus, 2001).

3.4.1. Transmisión neumática

Históricamente, el control de proceso se realizaba utilizando sistemas neumáticos, donde un transmisor convierte la información de entrada en una señal de presión de aire que se transporta por tuberías hasta el cuarto de control (Johnson, 1984). La señal se ha estandarizado de 20 a 100 kPa man. (3 a 15 psig), de manera que el límite de presión inferior corresponde con el mínimo de la medición; permitiendo calibrar más fácilmente el instrumento y dejando el cero para detectar una fuga en el circuito de presión (Bolton, 2004; Creus, 2001). Estos sistemas aún se encuentran en uso, al ser una técnica simple y exitosa comprobadadurante muchos años (Johnson, 1984; Smith & Corripio, 1997). Según Altmann (2005) las ventajas de los sistemas neumáticos son: costo inicial del equipo bajo, diseño simple, poco afectados en ambientes corrosivos, facilidad de conexión con válvulas de control y seguridad en ambientes peligrosos. El inconveniente de las transmisiones neumáticas está en que la distancia reduce el tiempo de respuesta, limitando las señales a 300 m, además el mantenimiento es caro y son sensibles a vibraciones (Bolton, 2004; Creus, 2001).

3.4.2. Transmisión electrónica

Existen muchos tipos de señales hoy en día; pero afortunadamente existen algunos pocos “estándares” para los sistemas de control. Las tres categorías principales de grupos de voltaje son las siguientes:

Voltajes bajos: típicamente 5 VDC o menos. Voltajes medios: 12 VDC, 24 VDC, 48 VDC. Voltajes altos: 120 VAC o mayores, la mayoría de los voltajes AC

Los voltajes bajos son muy susceptibles a recibir interferencia mientras que los altos voltajes son propensos a causar la interferencia. El voltaje DC medio (24 VDC) tiende a estar entre los dos extremos y por esto que los 24 VDC es común en usos industriales. En el caso de las señales de corriente, la señal analógica más comúnmente utilizada hoy día es la de 4 a 20 mA. Se pueden encontrar módulos de entrada/salida analógicos y convertidores para todas las clases de voltajes y corrientes, pero 4 a 20 mA son ahora el estándar. Al ser corriente continua se elimina la posibilidad de captar ruido, por lo que sólo requiere de dos cables que no necesitan blindaje.

Las señales de corriente se prefieren sobre las señales de voltaje porque las primeras son independientes de la resistencia, bajo cierto límite. La caída de voltaje a través de los cables puede introducir un error en la señal que se envía cuando se utilizan señales de voltaje, mientras que con señales de corriente esto no ocurre (Creus, 2001, Johnson, 1984). Al igual que en los sistemas neumáticos, el valor mínimo de la señal permite detectar un corte en el cableado y calibrar más fácilmente, además de permitir distinguir

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mejor del ruido de la transmisión cuando la variable está en el nivel más bajo (Creus, 2001).

3.4.3. Transmisión digital

La señal digital consiste en una serie de pulsos en forma de bits, en código binario (unos y ceros). Un número digital siempre tiene determinada longitud que se mide en bits. Un solo byte tiene 8 bits y puede entonces almacenar 28 = 256 valores numéricos distintos, se dice entonces que posee una resolución de 8-bit. Un número digital de 16-bit puede almacenar 216 = 65536 valores numéricos distintos (Creus, 2001). La transmisión digital se hace a través de cables de cobre, por fibra óptica o de manera inalámbrica. Para representar los unos y los ceros pueden utilizarse distintos métodos, los protocolos patentados por los fabricantes limitan la interoperabilidad de sus instrumentos. La transmisión por fibra óptica se realiza utilizando LEDs (Light Emiting Diodes, diodos emisores de luz) o diodos láser que convierten una señal digital en pulsos de luz que viajan a través de la fibra y son detectados por fotodiodos o fototransistores en el otro extremo, entonces se convierten nuevamente en una señal eléctrica. Las ventajas de estos sistemas están en su inmunidad a las interferencias causadas por el ruido electromagnético, las señales pueden enviarse a distancias mayores con menor pérdida de información, y las fibras además de ser más pequeñas y livianas que los cables de cobre son más inertes en áreas peligrosas (Bolton, 2004; Creus, 2001; Desjardins & Clot, 1983).

Como lo afirma Creus (2001), las comunicaciones digitales permiten manejar grandes cantidades de datos, aumentan la precisión unas diez veces respecto a las señales de 4 a 20 mA y permiten enviar varias variables en secuencia a través de un mismo cable de comunicaciones, en vez de una sola señal. El principal inconveniente de las transmisiones digitales es el hecho de no existir una normalización de las señales; mientras que los transmisores analógicos pueden intercambiarse con los de otras marcas, esto no es posible si son de señales digitales, ya que cada fabricante define su propio estándar de comunicación.

Las válvulas que utilizaremos para nuestro PIC será la siguiente:

4. VÁLVULAS DE MANGUITO FUNDICIÓN/ALUMINIO

A continuación se detallara el porqué se utilizara este válvula, detallaremos las características, propiedades y las funciones que desempeña.

Principales utilizaciones

Gracias a sus características técnicas, las válvulas de manguito de deformación elástica en fundición/aluminio tienen la ventaja de adaptarse a numerosas aplicaciones: líquidos, suspensiones, granulados, pastas, etc.

4.1. Ventajas

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• Paso integral:- No hay pérdidas importantes de cargas.- No hay riesgo de obstrucción.• Cierre total incluso en presencia de partículas sólidas, gas, polvos, Líquidos cargados, etc.• Longevidad de los manguitos:- Tres calidades de manguitos disponibles en estándar (otros materiales, a petición).- Manguitos reforzados con telas incorporadas.• Sin riesgo de escapadas en el entorno a causa de la ausencia de prensaestopas.• Protección de la instalación:- Se evitan los golpes de ariete en el cierre y en la apertura.• Simplificación del montaje:- Conexión por bridas atornilladas (excepto DN 20: racores roscados).

4.2. FuncionamientoSe obtiene el cierre de la válvula aplicando, entre el cuerpo (A) y el manguito (B), una presión creada por un fluido, en general aire comprimido, pero puede ser sustituido por agua a presión. Bajo la acción del fluido (C), el manguito se aplasta en una dirección preferencial, obtenida por la disposición juicosa de las telas (D), permitiendo el cierre total.

4.3. PrincipioLa válvula automática de deformación elástica está constituida por un cuerpo de válvula (A), un manguito cilíndrico entelado de goma natural o caucho sintético (B), y dos contrabridas (E).

4.4. Características técnicas

Condiciones de utilización:

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4.5. Materiales de construcción:

• Cuerpo- Fundición: DN 20 a DN 80- Aluminio: DN100 a DN 300• ConexionesRacores roscados- Inox: DN 20Contra-bridas*- Fundición: DN 40 a DN 300- Inox: DN 40 a DN 200• Manguito*- Goma natural anti-abrasión: DN 20 a DN 300- Neopreno: DN 20 a DN 200- Goma no tóxica: DN 20 a DN 200• Resistencia a la temperatura- Goma natural anti-abrasión: -5 °C a 80 °C- Neopreno: -5 °C a 80 °C- Goma no tóxica: -5 °C a 80 °C

4.6. Dimensiones

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4.7. Peso y embalaje

4.8. Protección

Las válvulas tienen una capa de pintura poliuretano Ameron color amarillo RAL 1018 de 65 micras.

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