TEORÍA DE LOS TRANSMISORES NEUMÁTICOS

 

 
Los transmisores neumáticos tienen una particularidad y es que su funcionalidad se basa en un sistema tobera-obturador que lo que básicamente realiza es convertir el movimiento producido por el elemento de medición en una señal física la cual en este caso es NEUMÁTICA
Este sistema es básicamente un tubo neumático que se alimenta a una presión constante Pk y el cual tiene una restricción en su salida en forma de cañón o tobera el cual puede ser obstruida por una laminita que comúnmente se le conoce como: OBTURADOR y ésta básicamente depende de una posición que está interconectada en función del elemento de medida. A continuación, presentamos el gráfico que describe perfectamente este sistema.
El aire que alimenta el sistema debe estar normalizado aproximadamente a 1,4 bar equivalente a 20 psi, este debe pasar por la restricción R y llenar el volumen que se encuentra cerrado y está denotado por V para que de esta forma se escape por la tobera Rv. Esta posee un diámetro muy pequeño que ronda los 0,25 a 0,5 mm, mientras que la restricción R posee un diámetro que ronda los 0.1mm. Con el obturador abierto la presión que entra posteriormente es de alrededor 0,03 bares. Esto indica que la relación de presiones diferenciales en conjunto con la restricción R es de 1,4/0,03 aproximadamente 50 veces. El consumo de aire entre el sistema tobera-obturador, es relativamente pequeño, del orden de 3 N1/min.
 
El escape de aire a través de la tobera básicamente depende de la posición en la que se encuentre el obturador. Es decir, del valor de X. Debido a este escape, el volumen V se encontrará a una presión P1 intermedia entre PK y la presión atmosférica. En efecto para x=0 el obturador obstruye casi totalmente a la tobera, con lo cual no hay escape de aire a la atmósfera y P1 llega a ser casi igual a la presión PK del aire de alimentación: para X relativamente grande el obturador está bastante separado de la tobera y no limita el escape a la atmósfera siendo la presión P1 próxima a la atmosférica.
 
 
A continuación, se puede apreciar una curva de respuesta típica de un sistema tobera-obturador donde podemos apreciar que la misma no es lineal. Lógicamente el comportamiento de este sistema es no-lineal
El aire que se escapa de la tobera ejerce una fuerza sobre el obturador cuya relación es: F= P1 X S que tiende a desplazarlo. Esta fuerza debe hacerse despreciable con relación a la fuerza del elemento de medida que posiciona el obturador.
Con este objeto, en el circuito acondicionador conformado por un amplificador de dos etapas se utiliza solo una pequeña parte reducida de la curva y se disminuye además la sección de la tobera a diámetros muy pero muy pequeños de 0,1 a 0,2 mm los cuales no son considerados diámetros más pequeños para evitar que la respectiva tobera se tape por suciedad de aire. De este modo se logrará una relación prácticamente lineal entre en valor de la variable y la señal que es transmitida.
 
Como la restricción fija R es 3 a 4 veces menor que la tobera Rv; solo pasará por esta un caudal pequeñísimo de aire por lo que el volumen de V debe ser tan pequeño como sea posible para obtener un tiempo de respuesta del sistema inferior al segundo.
La valvula piloto (amplificador neumático) empleada en el amplificador de 2 etapas cumple las siguientes operaciones.
1-aumentar el caudal del aire suministrado o del caudal de escape para conseguir excelentes tiempos de respuesta preferiblemente inferiores a 1 segundo.
2-amplificación de presión (ganancia del sistema) la cual debe estar de 4 a 5 en general para obtener así la señal neumática estándar de 3 a 15 PSI.
 
 

 

En el sistema de válvula piloto con realimentación sin escape contínuo la presión posterior P1 de la tobera actúa sobre la membrana de superficie S1 mientras que la presión de salida PO Lo hace sobre la membrana s2. El conjunto móvil de las 2 membranas tiende al equilibrio y cuando este se establece se verifica la siguiente ecuación.
La relación anterior indica el factor de amplificación o de ganancia de la válvula piloto.
En la posición de equilibrio y ante un aumento de la presión posterior P1 de la tobera, el aire de alimentación entra en la válvula aumentando el valor de P0. Por el contrario, si P1 disminuye, el aire contenido en el receptor escapa a través del orificio de escape, con lo cual P0 baja. Entre estas dos reacciones del sistema existe una zona muerta debida a la histéresis mecánica de las partes móviles.
El sistema descrito compuesto por el conjunto tobera obturador y la válvula piloto tiene las siguientes desventajas:
1-    Variaciones en cuanto a presión del aire de alimentación: generalmente influyen en la señal de salida.
2-    Las vibraciones que pueden existir en el proceso influyen en el juego mecánico entre el obturador y el elemento de medida y dan lugar a pulsaciones en la señal de salida, ya que el factor de amplificación del sistema tobera-obturador es muy grande.Los inconvenientes mencionados anteriormente generalmente se evitan o eliminan disminuyendo la ganancia del conjunto por realimentación negativa de la señal posterior de la tobera sobre el obturador. Se utilizan así tres sistemas de transmisión, que son el transmisor de equilibrio de movimientos, el transmisor de equilibrio de fuerzas y el de equilibrio de momentos. Hablaremos de los tres a continuación.
TRANSMISOR DE EQUILIBRIO DE MOVIMIENTOS.
 
Este transmisor compara el movimiento del elemento de medición asociado al obturador con un fuelle de realimentación de la presión posterior de la tobera. El conjunto se estabiliza según la diferencia de movimientos alcanzando siempre una posición de equilibrio tal que existe una correspondencia de forma lineal entre la variable y la señal de salida. Cabe mencionar que en este tipo de dispositivos medidores (transmisores), las palancas deben ser livianas pero lo suficientemente fuertes para que no se alcancen a doblar.
Estos instrumentos se utilizan generalmente en la transmisión de presión y temperatura donde los elementos de medida tales como: tubos bourdon, manómetros de fuelle, elementos de temperatura de bulbo y capilar son capaces de generar un movimiento amplio, sea directamente o bien a través de palancas con la suficiente fuerza como para eliminar el error de histéresis que pudiese producirse. Si la fuerza disponible es pequeña aparte de la histéresis, el tiempo necesario para el movimiento es grande y el transmisor sería muy lento en responder a los cambios de la variable. En este caso se acude a transmisores de equilibrio de fuerzas en los que básicamente el elemento primario de medida genera una fuerza que se equilibra con otra igual y opuesta producida por el transmisor.
 
TRANSMISOR DE EQUILIBRIO DE FUERZAS.
 
Este dispositivo funciona así: el elemento de medición ejerce una fuerza en el punto A sobre la palanca AC que tiene su punto de apoyo en D, cuando aumenta la fuerza ejercida por el elemento de medición, la palanca AC entra en desequilibrio , tapa la tobera, empieza a aumentar la presión y se ejerce una fuerza hacia arriba alcanzándose un nuevo equilibrio.
TRANSMISOR DE EQUILIBRIO DE MOMENTOS
En este transmisor se presenta un desequilibrio de fuerzas producido bien sea por un caudal el cual crea un par o torque que se opone al generado por el fuelle de realimentación a través de una rueda de apoyo móvil situada en el brazo del transmisor.
 
CALIBRACIÓN DE UN TRANSMISOR DE PRESIÓN AJUSTANDO CERO Y SPAN
 
 
 
 
 

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