¿Cuáles son los distintos tipos de válvulas de actuador?

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15/08/2022
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Los dispositivos denominados actuadores de válvulas se utilizan para posicionar válvulas, y pueden abrir y cerrar completamente una válvula. Pueden utilizarse para regular la posición de la válvula en aplicaciones que requieren un control constante y preciso, como el control del flujo de líquido a una turbina de gas.

En las aplicaciones de control de procedimientos, las válvulas se utilizan para abrir, cerrar o restringir parcialmente el flujo de líquidos al tiempo que gestionan la presión de la línea. El sitio fabricantes de válvulas neumáticas fabrican varios tipos de válvulas actuadoras en distintos tamaños y modelos. Consulte esta guía para conocer los distintos tipos de válvulas actuadoras

¿Qué es un actuador de válvulas? 

Actuador de válvula eléctrico
Fuente: unsplash

Un dispositivo mecánico que desplaza o regula un dispositivo como una válvula de control se denomina actuador de válvula. Los actuadores reducen la necesidad de que los operarios muevan físicamente cada válvula que deba reposicionarse. Los actuadores de válvulas se utilizan para controlar válvulas, y el actuador puede controlarse a distancia desde un lugar como la sala de control.

Los actuadores de válvulas facilitan el accionamiento rápido y correcto de las válvulas. Los actuadores para válvulas de control se utilizan con válvulas reguladoras o estranguladoras de caudal. Las válvulas reguladoras de caudal suelen denominarse válvulas de control, ya que reducen automáticamente el caudal. Existen muchas tipos de válvulas actuadoras que hay que tener en cuenta. 

Los actuadores son un componente habitual en diversas fábricas de procesos y se utilizan para automatizar válvulas industriales. Se utilizan en tuberías, plantas alimentarias, minería y procedimientos nucleares, centrales eléctricas, refinerías e instalaciones de tratamiento de aguas residuales. En la automatización del control de procedimientos, los actuadores de válvulas son cruciales. Las válvulas automáticas presentan una gran variedad de formas y tamaños. Los diámetros de las válvulas varían entre 1/100 de pulgada y muchos pies de diámetro. 

Tipos de funcionamiento de las válvulas 

El primer paso para seleccionar el actuador adecuado es conocer a fondo el funcionamiento de una válvula. Hay una gran variedad de válvulas de control. Sin embargo, desde el punto de vista de un actuador de válvula, existen dos formas principales de funcionamiento. 

  • Funcionamiento giratorio (cuarto de vuelta) 

Se aplica a las válvulas de mariposa, de bola y de macho. También se incluyen las compuertas de cuarto de vuelta. Dado que el funcionamiento es bastante sencillo y sólo requiere un giro de 90 grados con el par adecuado, este tipo de válvulas suelen ser más fáciles de instalar con el actuador adecuado. 

  • Funcionamiento multivueltas 

Para desplazar el elemento de cierre de la válvula de la posición abierta a la cerrada, estos conjuntos de válvulas conservan vástagos no giratorios ascendentes o vástagos giratorios no ascendentes. Válvulas de globo, compuertas de esclusa, compuertas de cuchilla, válvulas de compuerta y otros tipos de válvulas son algunas de las que se pueden encontrar en este grupo.

Método de control y función de la válvula

A la hora de elegir actuadores para válvulas, es fundamental tener en cuenta el movimiento de la válvula y el estilo de funcionamiento. 

  • Válvula Método de control

Las válvulas de bola, mariposa y obturador son ejemplos de válvulas de movimiento giratorio o válvulas rotativas que giran al menos un cuarto de revolución antes de cerrarse. 

Las válvulas de compuerta, de pellizco, de globo, de diafragma y de ángulo de movimiento lineal o las válvulas lineales conservan una estructura de vástago deslizante que empuja el elemento de cierre para que permanezca vacío o se cierre. Es posible que el vástago de la válvula se desplace con y sin rotación.

  • Función de la válvula 

En válvulas neumáticas puede funcionar de dos maneras:

  • Las válvulas de arranque o parada, a veces denominadas dispositivos de encendido, apagado o aislamiento, restringen el movimiento del actuador a posiciones predeterminadas de apertura y cierre.
  • Los dispositivos que estrangulan o controlan el movimiento permiten estrangular las válvulas según sea necesario. Este tipo de actuador trabaja en tándem con un posicionador para desplazarse con precisión a la posición deseada. 

Actuadores manuales de válvulas 

Válvula de bola manual
Fuente: pinterest

Los actuadores manuales de válvulas pueden desplazar una válvula a la posición correcta sin utilizar una fuente de energía externa. En su lugar, accionan un conjunto de engranajes cuyo porcentaje produce un par de salida mayor que el par de entrada utilizando un volante, una rueda de cadena, una palanca o un dispositivo desembragable. Los engranajes helicoidales, que son dispositivos mecánicos que diseminan el movimiento entre ejes en ángulo recto que no se intersectan, se utilizan en muchos actuadores manuales de válvulas.

La ventaja de emplear un actuador de válvula manual es que son asequibles, fiables e independientes de una fuente de alimentación. Suelen ser autónomos y, como se abren y cierran con un movimiento similar, suele ser fácil identificar un error o la fuente de un fallo. El mayor inconveniente es que requieren un control manual en todo momento porque no están automatizados. 

Tipos 

  • Palanca básica

La palanca básica es el mando manual que se utiliza con más frecuencia en las pequeñas válvulas de cuarto de vuelta. La válvula se puede girar con la ayuda de un mando largo que se sujeta al vástago. Se pueden sustituir por mandos ovalados, en "T" y de formas diferentes en válvulas muy pequeñas en las que no se necesita hacer palanca.

  • Asa de palanca con enclavamiento y bloqueo 

Dispone de un asa en la palanca que impide que la válvula se abra o se cierre inadvertidamente. 

  • Asas ovaladas 

Para aplicaciones en las que la válvula puede estar cerca de otros equipos, existe una alternativa de maneta diminuta. La disposición reduce la probabilidad de que la válvula se abra o cierre involuntariamente. 

  • Volantes 

Las válvulas más grandes que requieren mucho par de giro suelen emplear volantes, y se utilizan con frecuencia en válvulas de mariposa como actuadores. Los volantes de cadena pueden introducirse en una caja de engranajes para un funcionamiento sencillo sobre el terreno si una válvula parece demasiado elevada para alcanzarla.

  • Válvulas manuales con finales de carrera

Con frecuencia, las válvulas manuales realizan tareas que no requieren un accionamiento automático, pero el sistema debe conocer su posición actual. En estas circunstancias, se emplean válvulas manuales con finales de carrera o indicaciones de posición. Estos interruptores informan al sistema de control de la posición actual de la válvula, aunque ésta se siga accionando manualmente. 

Actuadores neumáticos 

Válvula de accionamiento neumático
Fuente: Dombor 

Los actuadores neumáticos utilizan aire a presión para girar una válvula. Para ello, ejercen presión de aire sobre un pistón o un diafragma fijado al vástago de la válvula. Debido a su durabilidad y sencilla construcción, los actuadores neumáticos son el tipo de dispositivo más utilizado para el accionamiento automático o semiautomático de válvulas.

Para automatizar el control de una válvula, el accionamiento neumático necesita una fuente de alimentación de aire o gas comprimido. Aunque este método de accionamiento no requiere motor, sí se necesita energía si la pieza se utiliza junto con una electroválvula o un piloto incorporado.

Tipos 

La presión del aire se convierte en movimiento lineal o giratorio mediante actuadores de válvulas neumáticas, que modifican la posición de la válvula. 

  • Actuador de válvula de pistón 

Si la carrera de un actuador de diafragma es demasiado baja o el empuje es insuficiente, se emplean actuadores de pistón. Un pistón macizo dentro de un cilindro macizo está sometido a aire comprimido. Los diseños razonables impulsan el pistón más arriba presionando aire en una cámara central. 

El muelle de fuerza inversa hace que el eje se desplace en sentido contrario cuando se libera la presión del aire. Como no hay muelle de retorno, también se puede acceder a los modelos de doble efecto de los actuadores de pistón, que permiten introducir aire en ambos lados del pistón.

  • Actuador de válvula de diafragma 

Un actuador de diafragma es un dispositivo que utiliza aire comprimido para mover una membrana delgada y flexible. Dado que sólo una dirección de la membrana recibe aire de este tipo de actuador, está disponible en modelos de simple efecto. Estos actuadores pueden ser de acción directa o de acción inversa. Los actuadores neumáticos para válvulas tienen la ventaja de ser potentes, ligeros, sencillos y rápidos. El inconveniente es que, salvo en paradas completas, no se consigue un control preciso de la posición. 

  • Válvulas de doble efecto 

Las válvulas en cuestión funcionan con aire comprimido. La válvula de bola volverá a su estado cerrado si se produce un corte de corriente. Las válvulas de doble efecto son perfectas para aplicaciones con un número de ciclos de bajo a alto. 

  • Válvulas de retorno por muelle 

Un muelle a prueba de fallos obliga a la válvula de bola a permanecer cerrada en una válvula de bola de retorno por muelle mientras se utiliza aire para desbloquear la válvula. Garantiza que, en caso de corte del suministro eléctrico o de fallo del aire a presión, la válvula permanecerá cerrada. Estas válvulas están diseñadas para aplicaciones con frecuencias de ciclo de bajas a moderadas.

  • Electroválvulas 

Estas válvulas regulan el caudal de aire del actuador neumático. El actuador puede pilotarse a distancia con electroválvulas o montarse empotrado en el propio actuador. Las electroválvulas se emplean con frecuencia en aplicaciones que utilizan numerosas válvulas neumáticas para eliminar la necesidad de una electroválvula para cada actuador. 

Actuadores eléctricos de válvulas 

Válvula de accionamiento eléctrico
Fuente: Dombor 

Los actuadores eléctricos de válvulas se montarán en las válvulas y emplearán una fuente de alimentación externa para empujar las válvulas automáticamente a la posición ideal tras recibir una señal. Para producir el nivel de par requerido, se acciona un conjunto de engranajes mediante corriente monofásica, trifásica, alterna o Motores de CC. Los actuadores que se utilizan con más frecuencia son los eléctricos, por su gran precisión y rapidez de respuesta.

Tipos 

Los actuadores eléctricos de válvulas pueden dividirse en dos categorías: rotativos y lineales. Las válvulas especiales son utilizadas por tipos de actuadores específicos.

  • Actuadores para válvulas eléctricas rotativas

Las válvulas de bola, mariposa y macho que giran al menos un cuarto de vuelta desde la apertura hasta el cierre utilizan actuadores eléctricos rotativos. Las aplicaciones en engranajes de conmutación de alta potencia, el sector de la energía eléctrica y los sectores de embalaje utilizan actuadores de válvulas eléctricas rotativas.

  • Actuadores eléctricos lineales para válvulas

En las válvulas de compuerta, pellizco, globo, diafragma y ángulo que tienen un vástago móvil que abre o cierra la válvula, se utilizan actuadores eléctricos lineales para válvulas. Los actuadores para válvulas eléctricas lineales funcionan eficazmente cuando se trabaja con tolerancias pequeñas. 

Actuadores de válvulas hidráulicas 

Válvula de accionamiento hidráulico1
Fuente: Dombor 

Los actuadores hidráulicos son dispositivos hidráulicos propulsados por fluidos a presión, como el fluido hidráulico. El válvulas de accionamiento hidráulico del mismo tamaño suelen ser más potentes que los actuadores neumáticos.

Tipos 

  • Actuadores de válvulas hidráulicas rotativas 

Con un cuarto de vuelta o más desde la apertura hasta el cierre, los actuadores rotativos se emplean para válvulas con movimiento giratorio como las de mariposa, bola y tapón. El elemento de cierre suele ser un disco o una elipse que gira alrededor de un eje angular. 

Las especificaciones de las válvulas de movimiento rotativo incluyen:

  • Par del actuador: La cantidad de fuerza necesaria para inducir un movimiento giratorio se conoce como par motor. La fuerza aplicada multiplicada por la separación entre el punto de giro y el punto de aplicación de la fuerza da la respuesta. 
  • Rango de movimiento rotatorio: Los rangos típicos de movimiento giratorio incluyen 90 grados (cuartos de vuelta), 180 grados, 270 grados y 360 grados (multivuelta).
  • Actuadores hidráulicos lineales 

Los actuadores lineales deslizan un vástago que controla el elemento de cierre para mover las válvulas lineales, incluidas las válvulas de compuerta, de pinza, de globo y de diafragma. 

Las especificaciones de las válvulas de movimiento lineal incluyen:

  • Longitud de la carrera del vástago de la válvula: El término "carrera" se refiere a la distancia que debe recorrer una válvula desde su posición totalmente abierta hasta su posición totalmente cerrada. Si el actuador elegido tiene una carrera menor que la carrera de la válvula, el actuador especificará la carrera de una válvula activada. Si se utiliza un actuador con una carrera inferior a la de la válvula, ésta quedará "poco accionada" y es posible que no se alcance el valor nominal de CV completo de la válvula. 
  • Fuerza del actuador o empuje de sellado: La fuerza del actuador, también conocida como empuje de cierre, es necesaria para cerrar el elemento de cierre y mantenerlo cerrado empujando contra la presión del sistema. 

Funciones de los actuadores de válvulas 

Los tipos de actuador deben tener las siguientes funciones: 

  • Para mover el mecanismo de cierre tanto en situaciones leves como drásticas, los actuadores deben conservar los controles de dirección adecuados y un par o empuje suficientes.
  • Mantener la válvula cerrada de forma selectiva. Los actuadores deben poseer la tensión de muelle, la fuerza del líquido o la rigidez mecánica necesarias para mantener la posición cerrada de la válvula incluso durante las operaciones de estrangulamiento en las que los líquidos ejercen un par innecesario sobre ella.
  • Asiente la válvula adecuadamente. Se considera que las válvulas de mariposa están correctamente asentadas después de que su disco se haya asentado en la camisa o en el asiento robusto. 
  • En función de la aplicación, los actuadores de válvulas deben poder abrirse completamente, cerrarse o permanecer en posición abierta en caso de catástrofe o fallo del sistema.
  • La mayoría de las válvulas necesitan girar 90 ó 180 grados. Comprender el recorrido de rotación necesario le ayudará a elegir el mejor actuador de válvula.
  • La capacidad de funcionar a la velocidad necesaria. El actuador de la válvula se controla mediante la velocidad del ciclo.

Especificaciones de la válvula del actuador

Válvula de accionamiento hidráulico
Fuente: unsplash

A continuación se indican los detalles esenciales para los actuadores de válvulas:

Especificaciones del actuador rotativo 

El movimiento de rotación o par se produce mediante actuadores rotativos. El dispositivo mecánico gira creando movimiento en una sola dirección. Los servomotores o motores paso a paso se emplean para fijar el actuador en un punto angular fijo, mientras que las versiones eléctricas del actuador rotativo giran continuamente. 

Un estante con pistones de cilindro en cada extremo dirige un piñón, que se apoya en la carcasa de un actuador de cremallera. Las cremalleras pueden ser simples, dobles o múltiples. Los actuadores con engranaje de piñón y cremallera suelen funcionar con un rendimiento del 85% al 90%. Pueden girar entre unos pocos grados y cinco revoluciones o más, y pueden manejar una amplia gama de producciones de par.

Los actuadores giratorios con rotaciones de 90 grados, 180 grados o 360 grados pueden emplearse con presiones de hasta 210 bares para actuadores hidráulicos y 18 bares para actuadores neumáticos. Debido a la distribución no uniforme de la presión estática en el elemento de cierre (giratorio) de una válvula de cuarto de vuelta, el medio se mueve y genera par dinámico. 

La presión es proporcional a la fuerza resultante que actúa a la misma distancia del eje del vástago porque la presión no se distribuye por igual. El par dinámico, que es el producto de cada fuerza resultante y su distancia correctiva, actúa sobre el vástago de la válvula. El actuador de la válvula puede verse beneficiado o perjudicado por él. Si el par de fricción no se controla y es menor que el par dinámico, provocará un movimiento giratorio.

La causa más frecuente de fallo de los actuadores rotativos es la aparición de presiones de choque y sobretensión superiores a la presión de trabajo nominal máxima de la unidad. Los actuadores con velocidades de rotación superiores a 10 RPM, los que controlan masas pesadas en el plano horizontal o que se desplazan sobre sus centros, y los que accionan largos brazos de palanca fallan con frecuencia. 

Especificaciones del actuador lineal 

Un conjunto conocido como actuador lineal genera fuerza y movimiento en línea recta. Para producir este movimiento, los actuadores lineales emplean una serie de técnicas diferentes y una fuente de energía externa. Los actuadores que son mecánicos, eléctricos, hidráulicos y neumáticos pueden ser creados como actuadores lineales.

Otros tipos de actuadores dependen de motores rotativos para crear movimiento lineal, mientras que los actuadores hidráulicos y neumáticos lo hacen de forma natural. La longitud de la carrera del vástago de la válvula, la duración de la actuación, el número de vueltas y la presión del actuador o el empuje del asiento son algunos de los requisitos de rendimiento de los actuadores lineales.

Longitud de la carrera del vástago de la válvula: La longitud de la carrera del vástago de la válvula se denomina a la distancia que debe recorrer la válvula para cerrarse completamente. Si el actuador elegido tiene una carrera más pequeña que la carrera de la válvula, el actuador deducirá la carrera de una válvula activada. La válvula quedará "corta de carrera" si se utiliza un actuador con carreras ocasionales a la de la válvula. 

Tiempo de actuación: Es el tiempo necesario para que la válvula de movimiento lineal se cierre completamente. 

Fuerza del actuador: La fuerza del actuador o el empuje de asiento es la cantidad de fuerza requerida por el actuador para cerrar y mantener el cierre del elemento de cierre en presencia de la presión del sistema. 

Capacidad de carga: Los actuadores pueden trabajar con cargas estáticas y móviles. La capacidad del actuador para soportar una determinada carga cuando el sistema está parado se conoce como su capacidad de carga estática. La carga que un actuador puede soportar mientras está en la práctica se conoce como su capacidad de carga dinámica.

Qué hay que saber sobre los factores de uso de los actuadores de válvulas 

Para elegir el actuador de válvula adecuado, es vital tener en cuenta los factores de uso. Algunos de estos factores se enumeran a continuación. 

  • Compatibilidad 

Es necesario tener en cuenta el tipo de fuente de alimentación disponible. Se necesita electricidad para hacer funcionar los actuadores eléctricos. La opción racional es un actuador de válvula neumático o hidráulico si no hay una fuente inmediata de electricidad. La presión de suministro de aire para los actuadores neumáticos debe estar entre 40 y 120 psi.

Las presiones elevadas pueden ser difíciles de conseguir. Para proporcionar el par necesario con menos presión, un diafragma o pistón debe tener un diámetro mayor. Aunque se pueden comprar actuadores de válvulas con motores de CC y CA de distintas capacidades, los actuadores eléctricos necesitan una fuente de alimentación de 110 VCA.

  • Temperatura 

Los actuadores eléctricos pueden funcionar entre -40 grados Fahrenheit y 150 grados Fahrenheit condiciones de temperatura. Si se utilizan las juntas, la grasa y los cojinetes adecuados, los actuadores neumáticos pueden funcionar a temperaturas comprendidas entre -40 y 250 grados Fahrenheit. Sin embargo, en casos generales, pueden trabajar en condiciones entre -40 grados Fahrenheit y 150 grados Fahrenheit. 

  • Regiones peligrosas 

Debido a su carácter a prueba de explosiones, los actuadores neumáticos se eligen con frecuencia en atmósferas peligrosas o nocivas. Sin embargo, pueden utilizarse actuadores eléctricos si no se dispone de aire comprimido o si un actuador neumático no puede cumplir algunos requisitos de funcionamiento. Las cajas NEMA VII son necesarias para los actuadores eléctricos utilizados en lugares de riesgo con el fin de protegerlos de las explosiones.

Conclusión 

Los actuadores de válvulas dependen de las válvulas y emplean una fuente de energía externa para arrastrar una válvula a la posición precisa. Elegir el actuador de válvulas adecuado es vital para mejorar la seguridad de la planta, aumentar el tiempo de actividad y reducir los costes de mantenimiento. 

La mayoría de tipos de válvulas actuadoras están siempre lubricados y el aire de calidad instrumental es óptimo para su funcionamiento. Además, pueden incluir protección del motor, funciones de comunicación digital y herramientas de detección de ubicación. Asegúrese de póngase en contacto con un fabricante de válvulas industriales para obtener válvulas resistentes y de la mejor calidad. 

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