Evaporadores rotativos: Controladores integrados de vacío, temperatura y rotación con válvulas de control digitales resistentes a la corrosión
Resumen: En la actualidad, los evaporadores rotativos pueden ser construidos de diferentes maneras en varios laboratorios. En términos de control de vacío de los evaporadores, los clientes locales generalmente requieren que puedan reemplazar los sistemas de control de vacío extranjeros más costosos, mejorar el nivel de programación y automatización del control de vacío, mejorar la precisión y estabilidad del control de vacío, y resolver la resistencia a la corrosión de las válvulas de control. El problema requiere incluso el uso de un controlador para programar la temperatura, el vacío y la rotación al mismo tiempo. De acuerdo con los requisitos de mejora planteados por los usuarios, este artículo se centra en las soluciones correspondientes, y presenta productos relacionados, como la válvula proporcional de alto caudal, especialmente utilizada para la temperatura del evaporador, el grado de vacío y el control del motor rotativo.

1. Requisitos de los usuarios
El evaporador rotativo es un equipo común en el laboratorio. A través del control electrónico del evaporador, el disolvente del matraz se evapora rápidamente bajo la velocidad de rotación, la temperatura y el grado de vacío adecuados. El rango de vacío de trabajo del evaporador rotativo general es de 1 a 760 mmHg (vacío absoluto). En aplicaciones específicas, el nivel de vacío se ajustará y controlará según los requisitos de las diferentes mezclas. Como simple equipo de laboratorio común, el evaporador rotativo puede ser construido por cada uno en el laboratorio, y también hay varias especificaciones para pedir en el mercado. En el caso de los evaporadores rotativos que se utilizan actualmente en algunos laboratorios de usuarios, éstos plantean requisitos claros en los siguientes aspectos:
(1) Algunos laboratorios están equipados con evaporadores rotativos importados, pero también necesitan equiparse con controladores de vacío de mayor precio por separado, con la esperanza de sustituirlos por productos locales.
(2) Se espera que los evaporadores rotativos locales y de construcción propia estén equipados con controladores de vacío multifuncionales y de alta precisión para alcanzar la programación y automatización del control informático del proceso de prueba. Se espera que se puedan almacenar múltiples conjuntos de curvas de ajuste del proceso de control para su recuperación directa. El ordenador establece el programa de prueba y muestra los cambios de todo el proceso de control.
(3) En la actualidad, el proceso de control de vacío de los evaporadores rotativos internacionales y locales adopta generalmente el método de encendido y apagado de la válvula o de la bomba de vacío. La precisión y la estabilidad del control son débiles. Se espera utilizar una válvula proporcional digital de alta velocidad con apertura ajustable continuamente. (4) En los últimos años, las válvulas proporcionales de alto flujo en los dispositivos de control de vacío de los evaporadores rotativos internacionales y locales generalmente carecen de resistencia a la corrosión, y se espera utilizar válvulas reguladoras de vacío que sean resistentes a los gases y líquidos corrosivos.
(5) En el caso de algunos evaporadores rotativos de construcción propia, se espera que el control de la temperatura, el control del vacío y el control de la rotación puedan integrarse para reducir la complejidad del instrumento y su funcionamiento, y para mejorar el nivel de integración y automatización.
Este artículo se centra en las soluciones correspondientes a los requisitos anteriores, y presenta el controlador integrado de temperatura, vacío y rotación utilizado especialmente para los evaporadores y la válvula de aguja resistente a la corrosión accionada por motor de pasos, que puede satisfacer las necesidades de los diferentes usuarios de los requisitos de prueba de los evaporadores rotativos.

2. Controlador local multifuncional de alta precisión de 24 bits
Para alcanzar el control de prueba y de programa de la temperatura, el grado de vacío y la rotación del evaporador rotativo, KaoLu ha desarrollado el controlador general PID programable de alta precisión de la serie VPC de 24 bits, como se muestra en la figura 1. Esta serie de controladores PID son muy extraordinarios y rentables.

Los principales indicadores de rendimiento de los controladores de la serie VPC son los siguientes:
(1) Precisión: A/D de 24 bits, D/A de 16 bits.
(2) Velocidad máxima de muestreo: 50ms.
(3) Varios parámetros de entrada: Se pueden conectar 47 señales de entrada (termopar, resistencia térmica, tensión continua) a diversos sensores de temperatura y vacío para su medición, visualización y control.
(4) Varias formas de salida: señal analógica de 16BIT, relé de 2A (250V AC), relé de estado sólido de 22V/20mA, SCR de 3A/250VAC.
(5) Multicanal: salida independiente de 1 o 2 canales. 2 canales pueden alcanzar la medida y el control simultáneos de la temperatura y del grado del vacío, y el canal de la salida de la alarma se puede utilizar para controlar el start-stop del motor giratorio.
(6) Multifunción: control de avance, retroceso, control bidireccional de avance y retroceso, control de calefacción/refrigeración.
(7) Control del programa PID: El algoritmo PID mejorado soporta el control diferencial PV y el control de avance diferencial. Puede almacenar 20 grupos de PID y soportar 20 curvas de programa (50 segmentos cada una).
(8) Comunicación: RS485 de dos hilos, protocolo de comunicación estándar MODBUS RTU.
(9) Modo de visualización: sala digital y LCD TFT en color verdadero IPS.
(10) Software: El funcionamiento del controlador y la adquisición y el almacenamiento de datos se pueden alcanzar a través del ordenador de software.
(11) Dimensiones: 96×96×87mm (tamaño del agujero 92×92mm).

3. El motor paso a paso acciona la válvula de aguja de alta velocidad resistente a la corrosión
Para alcanzar un ajuste de alta precisión en el proceso de control del grado de vacío, KaoLu ha desarrollado una serie de válvulas proporcionales de alto caudal con diferentes tasas de flujo basadas en la válvula de aguja electrónica que utiliza motores de paso, como se muestra en la figura 2. La histéresis magnética de esta serie es mucho menor que la de las electroválvulas, y tiene una respuesta de alta velocidad en 1 segundo. En particular, el uso de la tecnología de sellado FKM permite que la válvula proporcional de alto flujo tenga una característica superior de resistencia a la corrosión. Los indicadores técnicos detallados se muestran en la figura 3.

Modelo	FC-20	FC-120	FC-300	FC-1000
Tipo de válvula	Válvula de aguja
Diámetro de la deriva del carrete	0,9mm	2,25mm	2,75mm	4.10mm
Actuador	Control de motores paso a paso bipolares
Tiempo de respuesta	0,8seg (de apertura a cierre)
Tamaño estándar	G1/8"			G3/8"
Fluido	Gas inerte y líquido
Materiales de contacto	Acero inoxidable
Rango de presión	-1 ~ 7bar			-1 ~ 5bar
Flujo máximo	50L/min @7bar	240L/min @7bar	290L/min @7bar	600L/min @7bar

 

Linealidad	±2%	±0,1 ~ 1%	±0,2 ~ 5%	±11%
Repetibilidad (Escala completa)	±0,1%
Resolución de flujo (longitud de paso)	0,1L/min	0,1 ~ 0,2L/min	0,2 ~ 0,75L/min	1L/min
Resolución de desplazamiento (longitud de paso)	12,7um		25,4um
Rango de temperatura de funcionamiento	0 ~ 84ºc
Sello	FKM estándar u otras opciones de juntas
Señal de control	DC: 0 ~ 10V (o 4 ~ 20mA)
Fuente de alimentación	DC: 24V (12W)

(Figura 3 Indicadores técnicos de la válvula proporcional de alto caudal FC de KaoLu)

La válvula proporcional de alto caudal de la serie FC está equipada con un módulo de circuito de accionamiento del motor paso a paso, que proporciona la fuente de alimentación y la señal de control necesarias para la válvula proporcional de alto caudal FC, y convierte la señal de CC en control por pasos del motor paso a paso bipolar, y también puede proporcionar el control directo RS485 de la comunicación en serie. Sus especificaciones y dimensiones se muestran en la Figura 4.

Para más información, visite https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

Cuando el evaporador rotativo utiliza una válvula proporcional de alto caudal controlada numéricamente, la válvula proporcional de alto caudal puede instalarse en el extremo delantero de la bomba de vacío mediante un método de control de bucle abierto, y el grado de vacío puede controlarse ajustando el caudal de bombeo. Sin embargo, la estabilidad de este método de control de bucle abierto es pobre, y es difícil alcanzar los requisitos de pureza más altos. Para resolver este problema, se puede adoptar un método de control de bucle cerrado, es decir, se añade una válvula de control de entrada de aire al evaporador, y el control preciso del grado de vacío se puede alcanzar ajustando el flujo de entrada de aire y el flujo de salida.