Guía definitiva: Válvula de compuerta accionada para automatización industrial

La principal fuerza que impulsa el progreso de la industria moderna es la combinación de precisión y eficacia. Gestionar la cantidad y velocidad de cada líquido y gas es muy importante, igual que un director dirige una orquesta. La válvula de compuerta accionada es una pieza clave del complejo proceso industrial. Es un componente principal en la automatización, que ayuda a mantener una producción fluida y a consumir menos energía.

¿Qué es una válvula de compuerta accionada?

Piense en un río que se mueve rápido y a veces se detiene y necesita una dirección cuidadosa. La función de "encendido/apagado" en las tuberías industriales corre a cargo de la válvula de compuerta accionada. No es sólo una válvula; reúne una válvula de compuerta y un actuador de automatización.

Una válvula de compuerta manual se abre o cierra subiendo o bajando una compuerta dentro de la válvula con esfuerzo humano. Una válvula de compuerta accionada se controla mediante motores eléctricos, cilindros neumáticos o cilindros hidráulicos. Toman señales eléctricas, neumáticas o hidráulicas y las convierten en movimiento que mueve la compuerta automáticamente. Esto hace que las operaciones sean más eficaces, precisas y seguras. Es importante como un faro, ya que ayuda a garantizar la seguridad de la producción en situaciones con altas temperaturas, alta presión, materiales tóxicos o peligros.

Las válvulas de compuerta accionadas son preferibles a las manuales porque pueden gestionarse a distancia, configurarse de antemano y requieren menos esfuerzo humano, lo que ahorra dinero y reduce riesgos. Además, cuando la válvula de compuerta está totalmente abierta, su diseño garantiza que el flujo de fluido no se vea afectado de forma significativa. También se utiliza en la industria para aislar o cortar fluidos debido a su gran capacidad para fluir en ambas direcciones y su alto rendimiento de sellado. Dado que la compuerta es muy afilada, la válvula de guillotina se utiliza a menudo para lodos y medios fibrosos.

¿Cómo funciona una válvula de compuerta accionada?

El control automático es posible en las válvulas de compuerta actuadas. El mecanismo de funcionamiento permite que el actuador y la compuerta interna de la válvula se muevan juntos en línea recta.

En primer lugar, debemos saber cómo funciona: una compuerta en forma de cuña o paralela dentro de la válvula de compuerta sube y baja para bloquear el líquido. En cuanto la compuerta está totalmente abierta, el canal es completamente accesible. Cuando la compuerta baja y entra en contacto con el asiento de la válvula, el canal queda cerrado.

Cuando la válvula está automatizada, el actuador asume el papel del cerebro y del músculo para controlarla. El actuador recibe la energía de las instrucciones del sistema de control eléctrico.

• Actuadores neumáticos: Funcionan con aire comprimido. El aire comprimido en la cámara del pistón o la membrana del actuador aumenta la presión que mueve el pistón o la membrana. Un mecanismo de acoplamiento transforma el movimiento lineal en fuerza que mueve el vástago de la válvula (unido a la compuerta) hacia arriba y hacia abajo. La mayoría de los actuadores neumáticos son de simple efecto, es decir, vuelven a una posición segura cuando se interrumpe el suministro de aire, o de doble efecto, lo que significa que se mueven en ambas direcciones con el aire.
• Actuadores eléctricos: Los actuadores eléctricos funcionan con electricidad. Un motor situado en el interior de la bomba, asistido por una caja de engranajes, acciona un tornillo o un engranaje helicoidal que transforma la rotación del motor en un movimiento rectilíneo para el vástago de la válvula. En algunos casos, se utiliza un sistema de engranajes cónicos para mover suavemente el movimiento dentro de la caja de engranajes del actuador. La mayoría de los actuadores eléctricos utilizan finales de carrera y protección de par para evitar que sobrepasen la posición de abierto o cerrado y que se sobrecarguen.
• Actuadores hidráulicos: Mientras que los actuadores neumáticos y eléctricos son más populares para las válvulas de compuerta, los actuadores hidráulicos se prefieren cuando se necesita mucho empuje o par para válvulas grandes y de alta presión. El pistón del cilindro es accionado por la presión del aceite hidráulico, que proporciona al motor un empuje constante y fuerte.

Independientemente del tipo de actuador, el objetivo final es garantizar un movimiento preciso y fiable de la compuerta, logrando un control eficaz del fluido.

Válvula de compuerta eléctrica vs neumática vs hidráulica

Al igual que elegiría los mejores neumáticos para un coche de carreras, debería elegir un actuador que ofrezca el equilibrio adecuado entre rendimiento y coste. Cada actuador tiene sus pros, sus contras y sus mejores usos.

Válvula de compuerta de accionamiento neumático

Principio de funcionamiento y características:

Un actuador neumático utiliza aire comprimido para mover un pistón o diafragma en su interior, que a su vez mueve el vástago de la válvula a través de un acoplamiento. Su rápido tiempo de reacción es una de las principales razones por las que muchos sistemas de parada de emergencia (ESD) lo eligen, ya que puede abrirse o cerrarse en cuestión de segundos. Como funciona con aire comprimido, no con electricidad, es seguro utilizarlo en industrias inflamables y explosivas, por lo que no hay necesidad de complicados sistemas eléctricos a prueba de explosiones. El diseño es sencillo, el índice de averías es bajo y mantener el sistema al día es fácil.

Ventajas detalladas:

• Respuesta rápida: Adecuado para cierre de emergencia u operaciones de alta frecuencia que requieran una apertura/cierre rápidos.
• Alta seguridad: Una opción ideal para zonas peligrosas con estrictos requisitos de protección contra explosiones, que cumple normas como ATEX.
• Rentable: El precio inicial de los actuadores neumáticos suele ser inferior al de los actuadores eléctricos del mismo tipo.
• Modo de fallo simple: Cuando se pierde el suministro de aire, muchos actuadores neumáticos vuelven automáticamente a una posición segura (por ejemplo, cerrada o abierta) mediante un muelle.

Limitaciones:

• Dependencia de la fuente de aire: Se necesita un sistema fiable de suministro de aire comprimido con compresores, depósitos de almacenamiento, filtros y secadores, lo que aumenta tanto el coste como el consumo energético del sistema.
• Precisión de control: Los dispositivos neumáticos funcionan con menor precisión que los actuadores eléctricos. Los actuadores eléctricos aportan mayor precisión a los sistemas de giro gradual.
• Eficiencia energética: Un sistema que implique la producción, transmisión o tratamiento de aire puede resultar más débil que la eficiencia energética global de asistencia que aporta el uso de actuadores eléctricos.
• Impacto medioambiental: El aire expulsado puede contener pequeñas cantidades de lubricante o humedad, causando un impacto medioambiental menor.

Aplicaciones típicas: Válvulas de cierre de emergencia en oleoductos y gasoductos, válvulas de aislamiento rápido en procesos químicos, control de lodos en plantas de tratamiento de aguas residuales.

Válvula de compuerta de accionamiento eléctrico

Principio de funcionamiento y características:

Un actuador eléctrico utiliza un motor en su interior para accionar una caja de engranajes que reduce la velocidad y aumenta el par, permitiendo que la rotación del motor mueva linealmente el vástago de la válvula. La mayoría disponen de finales de carrera para garantizar una apertura precisa y dispositivos de protección del par para evitar sobrecargas en el motor. Los actuadores eléctricos pueden controlarse con gran precisión y admiten distintas señales de control, como señales analógicas de 4-20 mA, para regular con precisión el caudal o la presión. Son especialmente buenos para el control remoto y la programación y pueden utilizarse fácilmente con sistemas PLC, DCS y SCADA para una automatización avanzada.

Ventajas detalladas:

• Control de alta precisión: Permite que la válvula se abra lo justo, ayudando a controlar el caudal o la presión tan bien como un pintor experto maneja los colores.
• Control remoto e inteligencia: Pueden equiparse con automatización avanzada y recogida de datos. Estos dispositivos se integran fácilmente en el sistema de control central para la supervisión, el diagnóstico y el funcionamiento a distancia.
• Eficiencia energética: Consume menos electricidad cuando no está en funcionamiento. Menos ineficiente en comparación con los actuadores neumáticos en la transmisión de potencia.
• No Dependencia de la fuente de aire: Al no necesitar equipos adicionales de fuente de aire, la instalación es sencilla y requiere menos infraestructura.
• Diagnóstico de averías: Los últimos modelos de actuadores eléctricos suelen disponer de funciones como el autodiagnóstico, que ofrece información detallada sobre su funcionamiento y también sobre el estado de los errores.

Limitaciones:

• Velocidad de respuesta: Los actuadores eléctricos suelen tener tiempos de respuesta más lentos que los neumáticos, inadecuados para situaciones de emergencia que requieren respuestas en milisegundos.
• Requisitos a prueba de explosiones: En entornos inflamables y explosivos, se necesitan costosos actuadores eléctricos antideflagrantes para cumplir las normas de seguridad.
• Coste: Los costes de adquisición iniciales suelen ser más elevados que los de los actuadores neumáticos, especialmente cuando se requiere una gran precisión o una clasificación a prueba de explosiones.
• Gestión térmica: El funcionamiento frecuente puede provocar el calentamiento del motor, lo que exige tener en cuenta la disipación del calor.

Aplicaciones típicas:En las depuradoras se gestiona el caudal de agua, las centrales eléctricas controlan las vías de agua, el procesado de alimentos y bebidas añade ingredientes con precisión y las líneas de producción automatizadas utilizan válvulas de aislamiento remotas.

Válvula de compuerta de accionamiento hidráulico

Principio de funcionamiento y características:

Los actuadores hidráulicos se basan en aceite hidráulico a alta presión para producir un gran empuje o par moviendo pistones dentro de cilindros. Son los más adecuados para aplicaciones que requieren mucho empuje y gran estabilidad, principalmente para accionar válvulas grandes, de alta presión o de gran resistencia. Como los sistemas hidráulicos son muy rígidos y resistentes a los impactos, las válvulas pueden accionarse con suavidad y precisión.

Ventajas detalladas:

• Enorme empuje/par: Acciona fácilmente válvulas muy grandes o de alta presión que otros actuadores no pueden manejar, como la mano de un gigante controlándolo todo.
• Funcionamiento suave: La incompresibilidad del aceite hidráulico garantiza un movimiento suave y sin sacudidas de la válvula con un posicionamiento preciso.
• Alta fiabilidad: Rendimiento estable en condiciones duras, menos afectado por entornos externos y larga vida útil.
• Alta densidad de potencia: Proporciona una potente fuerza de salida en un tamaño compacto.

Limitaciones:

• Complejidad de los sistemas: Se necesita una unidad de potencia hidráulica independiente (con bomba, depósito, filtros y refrigeradores) y complicadas tuberías hidráulicas, lo que hace que la instalación y el mantenimiento sean más complejos y costosos.
• Riesgo de fuga: Los sistemas hidráulicos presentan un riesgo potencial de fuga de aceite, que puede provocar contaminación ambiental o riesgos para la seguridad.
• Coste de mantenimiento: La sustitución periódica del aceite hidráulico y los costes de mantenimiento del sistema son más elevados.
• Consumo de energía: El grupo hidráulico consume energía cuando está en funcionamiento continuo.

Aplicaciones típicas: En grandes oleoductos y gasoductos, compuertas de alta presión, válvulas de turbina en centrales eléctricas y control de fluidos en maquinaria pesada.

Cuadro sinóptico comparativo:

Característica	Válvula de compuerta de accionamiento neumático	Válvula de compuerta de accionamiento eléctrico	Válvula de compuerta de accionamiento hidráulico
Fuente de energía	Aire comprimido	Electricidad	Aceite hidráulico
Velocidad de respuesta	Rápido (en cuestión de segundos)	Más lento (segundos a decenas de segundos)	Moderado (funcionamiento suave con empuje elevado)
Precisión del control	Moderado (principalmente encendido/apagado, la modulación necesita posicionador)	Alta (control preciso de la apertura)	Alta (posicionamiento suave y preciso)
A prueba de explosiones	Excelente (intrínsecamente seguro, sin certificado adicional)	Requiere una costosa certificación antideflagrante	Requiere un diseño a prueba de explosiones (estación de control remota o componentes especiales)
Complejidad de la instalación	Necesita líneas de suministro de aire y equipos de procesamiento	Relativamente sencillo (sólo cable de alimentación)	El más complejo (necesita unidad de potencia hidráulica, tuberías, gestión de fluidos)
Coste inicial	Relativamente inferior	Media a alta	Más alto
Coste de funcionamiento	Energía para la producción y el tratamiento del aire	Inferior (consume energía sólo durante el funcionamiento)	Sustitución del aceite hidráulico, funcionamiento de la bomba, mantenimiento regular
Par/empuje	Moderado (limitado por la presión atmosférica)	Moderado (limitado por la potencia del motor)	Enorme (adecuado para válvulas de gran diámetro y alta presión)
Aplicaciones	Cierre de emergencia, zonas peligrosas, suministro de aire disponible, encendido/apagado frecuente	Regulación precisa, control remoto, sin suministro de aire, realimentación de datos, integración de automatización compleja	Gran calibre, alta presión, servicio pesado, necesita gran rigidez y resistencia al impacto

¿Cómo consiguen las válvulas de compuerta accionadas el control automático?

Hoy en día, los sistemas de automatización industrial son centros neurálgicos avanzados y las válvulas de compuerta actuadas son sus piezas finales de trabajo. Reciben diferentes señales de control para garantizar que abren, cierran o regulan correctamente. Estas señales pueden ser del tipo básico encendido/apagado o señales analógicas más avanzadas (como 4-20 mA o 0-10 V) para controlar las válvulas en proporción a la señal. También pueden enviar y recibir señales digitales (Modbus, Profibus, Ethernet/IP) con PLC de nivel superior, DCS o sistemas SCADA.

La perfecta integración de las válvulas de compuerta actuadas con estos sistemas de automatización es clave para una producción eficiente. Mediante PLC/DCS, los operarios pueden supervisar a distancia el estado de las válvulas, emitir órdenes de funcionamiento desde una sala de control e incluso configurar complejos programas de control lógico para enclavar o secuenciar las operaciones de las válvulas. Los sistemas SCADA proporcionan una visión global, visualizando los datos de las válvulas en toda la línea de producción para mejorar la gestión y la toma de decisiones.

Gracias al Internet industrial de las cosas (IIoT), las válvulas de compuerta accionadas son ahora más inteligentes. Pueden añadir sensores que recopilan datos sobre los ciclos de la máquina, la posición de la carrera, la temperatura y las vibraciones, y luego envían esta información a la nube para su análisis. Esto permite realizar un mantenimiento predictivo y planificar las reparaciones antes de que se produzca un fallo en la válvula, lo que reduce en gran medida los tiempos de inactividad imprevistos y los gastos de reparación. Por ejemplo, si la corriente o el par de un actuador cambian, podría significar que la válvula se está atascando, del mismo modo que un electrocardiograma puede revelar problemas cardíacos a un médico.

Un posicionador también es necesario para controlar con precisión el movimiento de las válvulas de compuerta accionadas. Recibe órdenes analógicas y utiliza la realimentación para controlar el actuador de modo que la válvula se abra hasta el nivel correcto. Los finales de carrera, las electroválvulas y los filtros son otros accesorios que contribuyen a que las válvulas de compuerta actuadas sean más precisas, fiables y seguras.

Selección de la válvula de compuerta accionada ideal para el sistema de automatización

Seleccionar la válvula de compuerta accionada adecuada para un sistema de automatización no es tan fácil como elegir una. Se trata más bien de tomar decisiones de ingeniería exactas, ya que cada paso puede afectar al rendimiento, la seguridad y el coste del sistema.

1. Las características del medio son primarias: Identifique claramente el medio que circula por la válvula. ¿Se trata de agua, vapor, ácidos/bases corrosivos, lodos abrasivos o gases inflamables/explosivos? La corrosividad, abrasividad, temperatura, presión (a menudo medida en psig), viscosidad y presencia de partículas del medio determinan directamente la elección del cuerpo de la válvula y los materiales de estanquidad. Por ejemplo, la industria de la desalinización requiere materiales muy resistentes a la corrosión, mientras que el procesado de alimentos exige normas higiénicas estrictas.
2. Condiciones de funcionamiento y parámetros de rendimiento: La duración y la fiabilidad del funcionamiento de la válvula dependen de su presión/temperatura de funcionamiento normal, de su presión/temperatura máxima/mínima y de la temperatura ambiente. En zonas peligrosas, siempre se requiere una clasificación a prueba de explosiones.
3. Tamaño y tipo de conexión: Seleccione el tamaño de válvula (DN/NPS) y la presión nominal (PN/Clase) adecuados en función del diámetro de la tubería y la presión del sistema. Los tipos de conexión más comunes incluyen bridas, conexiones roscadas y soldadas, que deben ser compatibles con los sistemas de tuberías existentes.
4. Cuerpo de la válvula y materiales de sellado: La elección del material del cuerpo de la válvula (por ejemplo, hierro fundido, acero al carbono, acero inoxidable, aleaciones especiales) y de los componentes de estanquidad (junta blanda, junta dura) es fundamental.
5. Selección del actuador: Elija el actuador eléctrico, neumático o hidráulico que mejor se adapte a sus necesidades en función de la disponibilidad de la fuente de energía/aire, la frecuencia de funcionamiento, el par necesario, la velocidad de respuesta y la precisión de control.
6. Certificaciones y normas: Compruebe que la válvula que elija cumple importantes normas internacionales e industriales, por ejemplo, API, ISO, ASME, CE, RoHS, SIL, FDA, etc. Garantizan que los productos son seguros y de buena calidad.
7. Análisis coste-beneficio: Más allá del coste de compra inicial, hay que tener en cuenta los costes de funcionamiento y mantenimiento a largo plazo, el consumo de energía y la disponibilidad de piezas de repuesto. Esto es como "quien mucho abarca, poco aprieta"; centrarse sólo en el precio inicial puede acarrear elevados costes de mantenimiento en el futuro.

VINCER se especializa en soluciones de válvulas automatizadas con una amplia gama de productos que incluye válvulas eléctricas y neumáticas, ofreciendo opciones personalizadas para adaptarse a sus requisitos exactos. Con más de una década de experiencia en el sector, VINCER destaca especialmente en válvulas eléctricas y neumáticas.

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Instalación, mantenimiento y resolución de problemas

Una máquina sólo puede alcanzar su máximo potencial si se instala correctamente y se mantiene con cuidado. Las válvulas de compuerta accionadas también se ven afectadas por este problema. Si no se siguen estos pasos, es como conducir un coche sin revisarlo nunca; a la larga, dejará de funcionar.

Instalación y puesta en marcha

1. La seguridad ante todo: Antes de la instalación, libere siempre la presión del fluido de la tubería y asegúrese de que no quede ningún medio residual en la tubería. Utilice el equipo de protección personal necesario.
2. Preparación de tuberías: Asegúrese de que los extremos de las tuberías están alineados, limpios y libres de residuos o rebabas. En las conexiones embridadas, los pernos deben apretarse uniformemente en cruz para evitar tensiones desiguales que provoquen fugas.
3. Instalación del actuador: Seguir estrictamente las instrucciones del fabricante para la instalación del actuador, garantizando una conexión segura y fiable al vástago de la válvula. Aplique la impermeabilización y protección contra el polvo necesarias.
4. Conexiones eléctricas/neumáticas: Conecte correctamente los cables de alimentación, de control o de suministro de aire, asegurándose de que no haya cables dañados ni juntas con fugas.
5. Puesta en servicio y calibración: Este es un paso crítico. Ajuste los finales de carrera del actuador para garantizar que la válvula se detiene con precisión en las posiciones totalmente abierta y totalmente cerrada. En el caso de las válvulas modulantes, calibre el posicionador para que responda con precisión a las señales de control y consiga la regulación de caudal o presión deseada.

Mantenimiento rutinario

• Inspecciones periódicas: Revise periódicamente el exterior de la válvula y el actuador para detectar signos de corrosión, desgaste o fugas. Escuche si el actuador emite ruidos o vibraciones inusuales.
• Lubricación: Siguiendo las recomendaciones del fabricante, lubrique regularmente las piezas móviles, como el vástago de la válvula y los engranajes del actuador, para reducir la fricción y prolongar la vida útil.
• Controles de sujeción: Compruebe periódicamente que todos los tornillos y tuercas no estén flojos y apriételos con rapidez.
• Limpieza: Mantenga limpias las superficies de la válvula y del actuador, evitando la acumulación de polvo y suciedad que podría afectar a la disipación del calor o corroer los componentes.

Averías comunes y resolución de problemas

En el funcionamiento diario de las válvulas de compuerta actuadas, pueden producirse algunos fallos comunes. Comprender las causas y los remedios para estos problemas ayuda a restablecer el funcionamiento del sistema rápidamente.

• La válvula no funciona: Esto puede deberse a un corte del suministro eléctrico o de aire, a la pérdida de la señal de control, a un fallo interno del actuador o a una obstrucción debida a objetos extraños o a la corrosión. Durante este proceso, asegúrese de que la alimentación eléctrica/aire funciona. Si las líneas de control están conectadas, compruébelas. Examine el actuador en busca de daños evidentes y, a continuación, inspeccione la válvula desde el interior en busca de cualquier adherencia.
• Fuga en la válvula: Los problemas de fugas suelen deberse a piezas de estanqueidad viejas y desgastadas, superficies rayadas y pernos sueltos. Este problema puede solucionarse sustituyendo las piezas de estanquidad viejas y rectificando los daños en las juntas; a continuación, apriete todos los tornillos y confirme que la presión de la tubería es normal.
• Funcionamiento lento o incompleto: Estos problemas pueden deberse a una presión de aire insuficiente, una tensión de alimentación inestable, un fallo mecánico en el actuador (como el desgaste) o una fricción excesiva en la válvula. Para solucionarlo, compruebe si la presión del aire o la tensión de alimentación cumplen las especificaciones, inspeccione el interior del actuador en busca de desgaste anómalo y lubrique correctamente las piezas móviles, como el vástago de la válvula.
• Ruido anormal o sobrecalentamiento del actuador: Si la máquina hace ruidos extraños o se calienta demasiado, puede deberse a engranajes o cojinetes desgastados, a una lubricación insuficiente o a que el par de la válvula es superior al que puede soportar el actuador. Compruebe el interior de la válvula, añada o cambie el aceite lubricante y asegúrese de que la válvula puede abrirse o cerrarse con la potencia del actuador.

Conclusiones: Válvulas de compuerta accionadas: piedra angular y tendencia futura de la automatización industrial

En el campo de la automatización industrial, en rápida evolución, las válvulas de compuerta accionadas son necesarias para la manipulación de fluidos. Gracias a su eficacia, precisión, fiabilidad y seguridad, contribuyen al buen funcionamiento de diversas industrias, como la petroquímica, el tratamiento de aguas, el procesamiento de alimentos, la minería y la metalurgia. Gracias a las válvulas de compuerta actuadas, la producción es más eficiente, los costes de mano de obra son menores, se reducen los riesgos y los procesos industriales se gestionan ahora con una tecnología más avanzada.

En el futuro, las válvulas de compuerta actuadas serán más inteligentes, más respetuosas con el medio ambiente y más personalizables. Gracias al IoT, la inteligencia artificial y el big data, las válvulas del futuro podrán detectar problemas, prever cuándo es necesario el mantenimiento y modificar sus acciones en consecuencia. No se limitarán a encenderse y apagarse; también se comunicarán con todas las partes de la fábrica inteligente. Al mismo tiempo, el impulso de la fabricación ecológica y la conservación de la energía llevará a la industria de las válvulas a utilizar materiales más seguros y sistemas de accionamiento energéticamente eficientes.

VINCER, empresa especializada en válvulas automáticas, se esfuerza por ofrecer a sus clientes los mejores servicios de válvulas de control automático y el mayor valor. Estamos deseosos de ayudarle a mejorar la automatización industrial, para que sus sistemas de control de fluidos funcionen con la precisión de un reloj, asegurándonos de que a su empresa siempre le vaya bien.