U3 t7 controladores de posición ici

1. Universidad de Oriente
Núcleo Monagas
Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas
Departamento de Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Área: Automatización y Control de Procesos Industriales
Instrumentación y Control Industrial (ICI)
Controladores de Posición
Unidad III –Conceptos básicos de control
Tutor de Seminario: Integrantes:
Ing. Edgar Goncalves Marcano Spréa, Estefani Carolina
C.I: 20 646 564
Paris Acuña, Iliana Gabriela
C.I:22 968 567
Equipo OPC
Maturín, Febrero de 2016

2. ÍNDICE
INTRODUCCIÓN..................................................................................................................3
MARCO TEÓRICO ...............................................................................................................4
1. Servomotor ..................................................................................................................4
2. Características del Servomotor ....................................................................................4
3. Tipos de Servomotores ................................................................................................4
4. Posicionador ................................................................................................................5
5. Función del Posicionador ............................................................................................5
6. Posicionador de Válvula ..............................................................................................6
7. Tipos de Posicionadores ..............................................................................................6
DISCUSIÓN ...........................................................................................................................8
CONCLUSIONES................................................................................................................10
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................11

3. INTRODUCCIÓN
Dentro de las industrias existen elementos controladores que permiten la realización de
varias actividades del proceso. Una de las actividades dentro que puede existir es el control
de flujo de líquido o gas que puede haber a través del cambio de movimiento del vástago
previo a su salida por una válvula, algo muy importante que se debe considerar siempre ya
que pueden ser riesgosos dentro de la industria, para ello existen los denominados
posicionadores. Estos pueden ser de varios tipos y funcionar de diferentes maneras.
Además existen otros mecanismos como los servomotores que permiten ubicarse en
cualquier punto de su rango de operación a fin de realizar una función específica,
presentándose dentro del mercado en varios tamaños y potencia, dependiendo de las
necesidades que requiera el cliente. Es por ello que dentro de la siguiente investigación se
procede a explicar que son los servomotores, sus características, sus tipos y cómo
funcionan además de los tipos de posicionadores y sus características a fin de mostrar la
importancia que poseen estos dentro de la industria.

4. 4
MARCO TEÓRICO
1. Servomotor
Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente
continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de
operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico
que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición.Es posible modificar un
servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la
capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza
a estos dispositivos. [1]
2. Características del Servomotor
 Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. También
potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, tiene un
consumo de energía reducido. [1]
 La corriente que requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante
indica cuál es la corriente que consume. La corriente depende principalmente del
par, y puede exceder un amperio si el servo está enclavado. [1]
En otras palabras, un servomotor es un motor especial al que se ha añadido un sistema
de control (tarjeta electrónica), un potenciómetro y un conjunto de engranajes. Con
anterioridad los servomotores no permitían que el motor girara 360 grados, solo
aproximadamente 180; sin embargo, hoy en día existen servomotores en los que puede ser
controlada su posición y velocidad en los 360 grados. Los servomotores son comúnmente
usados en modelismo como aviones, barcos, helicópteros y trenes para controlar de manera
eficaz los sistemas motores y los de dirección. [1]
3. Tipos de Servomotores
Hay 4 tipos fundamentales de servomotores:
Servomotores de corriente continua (cc): Los más habituales. Funcionan con un pequeño
motor de corriente continua. El servomotor se controla por PWM (modulación por ancho de pulso).
[5]
Servomotores de corriente alterna (ac): Pueden utilizar corrientes más potentes y por lo
tanto se usan para mover grandes fuerzas. [5]
Servomotores de imanes permanentes o Brushless: Se llama brushless por que es un
motor de corriente alterna sin escobillas (como las que llevan los de cc). Se utilizan para grandes

5. 5
torques o fuerzas y para altas velocidades. Son los más usados en la industria. Están basados en los
motores síncronos. [5]
Motor Paso a Paso: Es un motor eléctrico, pero que no gira, sino que avanza un "paso". No
giran de manera continua sino por pasos, es decir, giran un número determinado de grados. La
característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada
pulso que se le aplique. Su control se basa en polarizar las bobinas que llevan incluidas de manera
adecuada para que giren correctamente. Son ideales para la construcción de mecanismos en donde
se requieren movimientos muy precisos. [5]
4. Posicionador
El posicionador es el instrumento que posiciona el vástago de una válvula cuando éste
no presenta la presión aplicada para su movimiento. Este instrumento es uno de los más
usados por las industrias debido a que aproxima a un valor casi exacto la posición del
vástago, evitando así perdidas que no favorecen a las empresas. Existen casos en donde es
preferible no usar posicionador debido a que se presentan cambios bruscos durante el
proceso que realiza para cierto producto; un ejemplo de esto sería la magnitud de flujo
debido a la rapidez inconstante en el tiempo que puede tener cualquier fluido usado en
cualquier proceso industrial.El posicionador es un servomecanismo neumático que se usa
como componente en los sistemas de control de proceso para mejorar las características del
funcionamiento de válvulas por reducción de la histéresis. También conocido por servo
neumático. [2]
5. Función del Posicionador
Las fuerzas de desequilibrio que actúan en la válvula de control influyen en la posición
del vástago de la válvula y hacen que el control sea errático e incluso inestable. Estas
fuerzas, son esencialmente las siguientes [3][4]:
 Fuerza de rozamiento del vástago al deslizarse a través de la empaquetadura,
variable según el vástago esté en movimiento o parado y según el estado de su
superficie. [3][4]
 Fuerza estática del fluido sobre el obturador, que depende de la presión diferencial
existente, o sea, del grado de abertura de la válvula y de las presiones anterior y
posterior a la misma. [3][4]
Estas fuerzas pueden compensarse empleando el posicionador. Esencialmente, es un
controlador proporcional de posición con punto de consigna procedente del controlador,
variable entre 0,2 a 1 bar (3 a 15 psi según sea la señal estándar adoptada).El posicionador
compara la señal de entrada con la posición del vástago y, si ésta no es correcta (existe una
señal de error), envía aire al servomotor o bien lo elimina en el grado necesario para que la
posición del vástago corresponda exactamente, o bien sea proporcional, a la señal

6. 6
neumática recibida; en este último caso, el posicionador actúa además como un
amplificador, por ejemplo señal de entrada 3-9 psi, señal de salida 3-15 psi, es decir, la
válvula efectuará toda su carrera para la señal 3-9 psi del controlador. [3][4]
6. Posicionador de Válvula
Un posicionador de válvula es básicamente un dispositivo que sensa tanto la señal de un
instrumento (controlador) como la posición del vástago de una válvula. Su función
principal es la de asegurar que la posición de este vástago corresponda a la señal de salida
del controlador o regulador. [3][4]
Por ejemplo, si el posicionador recibe una señal neumática de 35%, debe dar la
suficiente presión de aire al actuador para hacer que el recorrido del vástago sea de 35% de
todo su rango. Puede efectivamente ser descrito como un controlador de lazo cerrado, que
tiene como señal de entrada a la del instrumento, su salida que va al diafragma del actuador
y su señal de realimentación proveniente del vástago de la válvula.Es usado en válvulas que
operan en rango partido, para invertir la acción de una válvula de control, para superar las
fuerzas de fricción dentro de una válvula y en aplicaciones que requieren un control rápido
y preciso. Normalmente, se monta sobre la válvula de control. [3][4]
7. Tipos de Posicionadores
Los posicionadores se pueden dividir neumáticos, electroneumáticos y electroneumático
digital:
 Neumáticos
El posicionador neumáticoes generalmente un instrumento neumático del tipo de
equilibrio de fuerzas. La fuerza ejercida por un resorte de margen, comprimido por una leva
unida al vástago de la válvula, se equilibra contra la fuerza con que actúa un diafragma
alimentado neumáticamente por un relé piloto. [3][4]
Consiste básicamente de un fuelle que recibe la señal del controlador, una barra fija al
fuelle por un lado y un relé neumático cuya tobera forma un sistema tobena-actuador con la
barra. Mientras el fuelle se mueve respondiendo al cambio de la señal del instrumento, el
arreglo tobera-obturador se mueve, admitiendo aire al diafragma o expulsando aire del
mismo, hasta que la posición del vástago corresponda a la señal enviada por el controlador.
En ese momento el posicionador estará nuevamente en equilibrio con la señal de control.
[3][4]
 Electroneumáticos
Los posicionadores electroneumáticos surgieron por el uso cada vez mayor de sistemas
de control electrónicos que actúan sobre válvulas de control neumáticas. Básicamente,

7. 7
consisten en una combinación de un conversor de corriente a presión (I/P) y un
posicionador. Es un dispositivo de balance de fuerzas y se puede utilizar con acción directa
o acción inversa. [3][4]
Ante la aparición de los controladores electrónicos y la necesidad de controlar válvulas
neumáticas, aparecieron los denominados conversores de corriente a presión (1/ P). Estos
convierten las señales estándar de 0/ 4 -20 mA en señales neumáticas para actuar sobre la
válvula de control o el posicionador respectivo. Poco tiempo después son fabricados
posicionadores con el conversor incorporado lográndose así los denominados
posicionadores electroneumáticos. [3][4]
 Electroneumático Digital
El posicionador electroneumático digitalfunciona del modo siguiente: un motor paso a
paso de c.c. es excitado por la señal de entrada en escalón y gira unos 200 pasos por
revolución, con un total de 5 revoluciones para el campo de medida total. El eje del motor
arrastra, en su giro, una tuerca que tensa un resorte. Éste actúa sobre el conjunto tobera-
obturador y el relé piloto, alimentando la válvula a una señal neumática proporcional a la
señal de entrada. [3][4]
La realimentación es proporcionada por una palanca jada al vástago de la válvula. La
señal neumática a la válvula se mantiene en un valor fijo cuando el momento creado por el
resorte del mecanismo de tornillo iguala el momento producido por el resorte de la palanca
de realimentación. Este posicionador es muy sensible y cambia la posición de la válvula en
ambos sentidos con sólo una variación en escalón del 0,05%. [3][4]
El posicionador inteligente o digital dispone de una interfaz con protocolos de
comunicaciones HART (Highway Addressable Remote Transducer) o Fieldbus
FOUNDATION (u otros) y de un microprocesador, lo que le permite realizar diversas
funciones, aparte de la propia del posicionador que es la de posicionar el obturador de la
válvula y convertir la señal de intensidad 4-20 mA c.c. a una señal neumática de salida
hacia el servomotor neumático de la válvula. [3][4]

8. 8
DISCUSIÓN
Dentro de un proceso debe existir una serie de elementos que permitan alcanzar el
objetivo o meta por la cual el mismo debe funcionar. Dentro de las industrias, los elementos
físicos como sensores, transmisores, controladores, actuadores son definitivamente una
parte esencial para que la maquinaria realice todas las actividades por las que fue
desarrollada. Existen muchos tipos de cada uno de estos dependiendo de la variable la cual
se ésta manipulando o controlando, es por ello que es necesario conocer cada una de estas
para poder implementar los elementos necesarios para cumplir con dicho fin.
Los controladores de posición son una opción más, estos pueden ser de dos tipos,
posicionador y servomotor. Uno (posicionador) con la finalidad de saber la posición de un
fluido dentro de una válvula y el otro (servomotor) con la capacidad de posicionar un
elemento dentro de su ángulo de posición dependiendo de la configuración estipulada
dependiendo también de que elemento requiere el cambio de posición.
Para el diseño de un sistema de supervisión y control automatizado para la unidad de
ahumado de carnes animal el posicionador se pudiese implementar dentro de una máquina
especial denominada ahumador que es quien permite el paso del humo hacia el horno, pero
debido a que el mismo ya viene con una serie de elementos que permite la configuración y
conocimiento del humo que fluirá a través del horno no se considera necesaria su
implementación dentro del sistema pues se estaría utilizando un elemento extra que
realmente estaría supervisando o analizando una variable que ya el ahumador reconoce.
Respecto al servomotor, desde el comienzo uno de los aspectos que se consideró al
realizar la propuesta fue el cómo movilizar la materia prima (carne) a través de las
diferentes etapas que se requieren para el proceso, es por ello que un de las ideas que se
tiene para éste aspecto es la movilización a través de rieles, dentro del cual se podría
considerar la implementación de servomotores, pero por la naturaleza de su funcionamiento
no se ve de una manera clara u optima dicha idea. Por otra parte si se implementaran cintas
transportadoras, lo más probable es que la utilización de los servomotores sea necesaria.
Si se consigue una forma más óptima de movilizar las piezas de una etapa a otra se debe
considerar si el uso de servomotores es necesario. De todas maneras los controladores de

9. 9
posición no por no tener una implementación clara dentro del proceso de la propuesta
quiere decir que no sea optima en otros procesos donde el uso de válvulas o movimientos
de elementos como brazos robots o cintas transportadoras, igualmente en un futuro si se
conocen más aspectos del proceso que de los cuales aún no tenemos una noción clara, estos
se pueden considerar si son necesarios.

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CONCLUSIONES
 El control de flujos de líquidos o gases debe ser tomado en cuenta entro de toda
industria, ya que puede representar un riesgo para los involucrados dentro del
proceso. Es por ello que la implementación de posicionadores sea necesaria dentro
del proceso.
 La existencia de varios tipos de posicionador depende de las necesidades que tenga
la empresa respecto al control del flujo.
 Los servomotores han sido de gran ayuda para la industria ya que permiten el
cambio de posición de elementos dependiendo de una configuración establecida,
facilitando el proceso de movilización

11. 11
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Wikipedia. La enciclopedia libre. Servomotor [Página web en línea]. Disponible en:
https://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor. [Consulta: 2016, Febrero 19]
[2] Wikipedia. La enciclopedia libre. Posicionador [Página web en línea] Disponible en:
https://es.wikipedia.org/wiki/Posicionador. [Consulta: 2016, Febrero 19]
[3]VILLAJULCA, J. (2010). Los posicionadores de válvulas: conceptos claros y
definitivos. [Página web en línea] Disponible en:
http://www.instrumentacionycontrol.net/cursos-libres/instrumentacion/curso-completo-
instrumentacion-industrial/item/224-los-posicionadores-de-valvulas-conceptos-claros-y-
definitivos.html. [Consulta: 2016, Febrero 19]
[4] CREUS, A. (2008). Instrumentación Industrial. Instrumentación Industrial, 8° edición,
México: Editorial Alfaomega, 2010. Pág 441. ISBN: 978-607-707-042-9
[5] ÁREA-TECNOLOGÍA. Servomotor. [Página web en línea]. Disponible en:
http://www.areatecnologia.com/electricidad/servomotor.html. [Consulta: 2016, Febrero 23]