Introducción
Actuadores neumáticos son elementos importantes en las aplicaciones de control de procesos de automatización de válvulas industriales. Estos actuadores funcionan y transforman el aire comprimido en movimiento mecánico que controla las válvulas esenciales como la válvula de mariposa, la válvula de bola y la válvula de compuerta en ausencia de manipulación manual. Se emplean ampliamente en el control de fluidos, industrias de procesos y donde la fiabilidad y la seguridad son primordiales. Los actuadores neumáticos para válvulas destacan especialmente por su sencillez, bajo coste y aplicabilidad a una amplia gama de aplicaciones.
Por lo tanto, el conocimiento de los diferentes tipos de actuadores de válvulas neumáticas es esencial para lograr una alta eficiencia del sistema de control de procesos. Estos actuadores están pensados para ofrecer un movimiento rectilíneo o un movimiento giratorio en función de la válvula y el sistema. Cada uno de ellos tiene sus ventajas y el tipo de válvula adecuado que debe elegirse para garantizar los mejores resultados de rendimiento. En este artículo, explicaremos el funcionamiento de los actuadores de válvulas neumáticas, describiremos los tipos de actuadores más populares, enumeraremos las ventajas de utilizarlos y daremos consejos para elegir el actuador adecuado.
Cómo funcionan los actuadores neumáticos de válvulas
Los actuadores neumáticos para válvulas funcionan mediante la aplicación de energía de aire comprimido para producir un movimiento mecánico con el fin de controlar la posición de la válvula. Cuando se introduce aire en el actuador, se comprime en una cámara y empuja contra otras piezas como pistones, diafragmas o paletas. Por ejemplo, en los actuadores lineales, esta presión desplaza un pistón para abrir o cerrar el vástago de la válvula, un concepto que se aplica ampliamente en las válvulas de globo o de obturador. En los actuadores rotativos, el aire comprimido hace girar una aleta o un engranaje para proporcionar movimiento a válvulas como las de bola o mariposa.
Existen sistemas de control que hacen que el proceso sea preciso y fiable. Las electroválvulas y las válvulas de control se utilizan para controlar el caudal de aire y los interruptores de fin de carrera para informar de la posición de las válvulas. Una de las medidas de seguridad que se encuentran en muchos actuadores es el tipo de retorno por muelle, que devuelve la válvula a su posición inicial cuando se libera la presión del aire. Por ejemplo, en los sistemas de parada de emergencia, esta característica ayuda a evitar riesgos al cerrar o abrir las válvulas.
Los actuadores neumáticos son más ventajosos que los eléctricos en zonas con riesgo de explosión, ya que no utilizan electricidad y, por tanto, no producen chispas. Se utilizan en las industrias del petróleo y el gas, el procesamiento químico y la generación de energía debido a su elevado par, rápida respuesta y alto rendimiento. Gracias a su robusta construcción, son vitales para una gestión segura y eficaz de los procesos.
Tipos comunes de actuadores neumáticos de válvulas
Los actuadores neumáticos para válvulas son de varios tipos principales, y cada tipo es adecuado para aplicaciones particulares debido a sus ventajas. Estos tipos incluyen actuadores neumáticos de diafragma, actuadores neumáticos de pistón, actuadores de piñón y cremallera, actuadores de paletas y actuadores de yugo escocés. Cada tipo de actuador ofrece características de funcionamiento específicas que satisfacen diferentes requisitos de automatización de válvulas.
| ctuador Tipo | Características principales | Ventajas | Aplicaciones típicas |
| Actuador de diafragma | Diafragma flexible, diseño compacto | Bajo mantenimiento, control preciso | Válvulas de control (por ejemplo, de globo, de tapón) |
| Actuador de pistón | Pistón en cámara cilíndrica | Alto par, duradero | Válvulas de compuerta, bola y mariposa |
| Actuador de piñón y cremallera | Sistema de engranajes para movimiento lineal a rotativo | Par constante, diseño compacto | Válvulas de bola, de mariposa |
| Actuador de paletas | Rotor con diseño de paletas | Compacto y rentable | Tareas ligeras, válvulas de mariposa |
| Actuador de yugo escocés | Mecanismo de yugo para un par elevado | Par elevado, construcción robusta | Válvulas de compuerta, aplicaciones pesadas |
Actuadores neumáticos de membrana
Los actuadores neumáticos de diafragma son aquellos que utilizan un diafragma flexible dentro de una cámara cerrada para convertir la presión del aire en movimiento lineal. Cuando se aplica presión, el diafragma se dobla y gira un vástago o una válvula de forma muy precisa. Este diseño es adecuado para válvulas de control, como válvulas de globo y de obturador, en las que se requiere un control estrecho y preciso.
Los actuadores de diafragma son menos voluminosos y tienen un diseño menos complejo que los actuadores de pistón, por lo que son ideales para su uso en espacios reducidos y aplicaciones de bajo par. Su flexibilidad también los hace menos propensos al desgaste y, por tanto, requieren un mantenimiento mínimo durante un largo periodo de tiempo. Sin embargo, suelen estar diseñados para trabajar en rangos de presión más bajos y no son adecuados para aplicaciones de par elevado o válvulas de servicio pesado en las que se utilizan actuadores de pistón o actuadores rotativos.
Los actuadores de diafragma se utilizan en industrias que necesitan un control preciso de los procesos debido a su equilibrio entre precisión, fiabilidad y tamaño.
Actuadores neumáticos de pistón
Los actuadores neumáticos de pistón están diseñados para una gran fuerza y, por lo tanto, son adecuados para su uso con válvulas de gran tamaño, como válvulas de compuerta, de bola y de mariposa. Su diseño se caracteriza por un pistón alojado en un cilindro y accionado por aire comprimido. Esto les permite producir más fuerza y ser eficaces en carreras más largas que los actuadores de diafragma, lo que los hace ideales para su uso en industrias.
A diferencia de los actuadores de diafragma, los de pistón pueden trabajar a alta presión, que puede superar los 10 bares, y son adecuados para el control preciso de válvulas de gran tamaño. También tienen una gran flexibilidad y pueden funcionar en condiciones extremas y en condiciones de funcionamiento extremas. Sin embargo, pueden ser más grandes y tener un diseño más complicado, lo que puede requerir más espacio y cuidados. Los actuadores de pistón se emplean ampliamente en las industrias del petróleo y el gas, el tratamiento de aguas y la fabricación, donde se requieren actuadores robustos y potentes.
Actuadores de piñón y cremallera
Los actuadores de piñón y cremallera son actuadores rotativos que utilizan un mecanismo de tornillo para convertir el movimiento lineal en movimiento rotativo. La cremallera es un engranaje recto que se desplaza a lo largo de una trayectoria lineal cuando se suministra aire comprimido y el piñón es un engranaje circular que gira para accionar la válvula. Este diseño es limpio, eficaz y puede producir un par constante adecuado para válvulas de bola y de mariposa.
A diferencia de otros actuadores rotativos, los sistemas de piñón y cremallera ofrecen una salida de par constante en un amplio rango de presiones. Están disponibles en dos tipos: de simple efecto, en los que la válvula vuelve a su posición inicial cuando se pierde la presión del aire, y de doble efecto, en los que se utiliza la presión del aire para abrir y cerrar la válvula. Estos actuadores, habituales en las industrias de procesos, son apreciados por su fiabilidad, precisión y capacidad de uso durante ciclos prolongados.
Actuadores de paletas
Los actuadores de paletas son actuadores rotativos que emplean una paleta conectada a un rotor para producir un movimiento de rotación. Cuando se suministra aire comprimido a un lado de la aleta, ésta hace girar el eje de salida para ajustar la posición de la válvula. Este diseño es pequeño, ordenado y eficaz, por lo que los actuadores de paletas son ideales para su uso en zonas donde el espacio es un factor limitante y donde se necesita un par moderado.
Aunque los actuadores de paletas son menos compactos que los de piñón y cremallera, producen menos par y, por tanto, son adecuados para aplicaciones como las válvulas de mariposa. Sin embargo, no son ideales para pares elevados o condiciones de funcionamiento duras, ya que las juntas de las paletas pueden desgastarse con el tiempo. Los actuadores de paletas son los más adecuados para sistemas pequeños en los que el espacio y el coste son factores críticos, especialmente en industrias en las que se necesita un rendimiento fiable para movimientos rotativos ligeros.
Actuadores de yugo escocés
Los actuadores de yugo escocés están diseñados para aplicaciones de par elevado y emplean un mecanismo de yugo escocés para convertir el movimiento lineal en movimiento giratorio. Este mecanismo proporciona una salida de par elevada y potente, lo que hace que estos actuadores sean adecuados para accionar válvulas de gran tamaño, como válvulas de compuerta y válvulas de control, en aplicaciones industriales rigurosas. Esto los hace únicos respecto a otros tipos de actuadores, ya que son capaces de generar un par mayor al principio y al final de la carrera.
Otra ventaja de los actuadores de yugo escocés es la función de retorno por muelle, que garantiza que la válvula esté en una posición segura en caso de pérdida de presión de aire durante operaciones importantes. Proporcionan una mayor relación par-peso que los actuadores de piñón y cremallera, pero suelen ser de mayor tamaño. Estos actuadores se aplican comúnmente en las industrias del petróleo y el gas y petroquímica, donde se valora la fiabilidad, el par elevado y el rendimiento en condiciones duras.
Ventajas y aplicaciones de los actuadores neumáticos de válvulas
Los actuadores neumáticos para válvulas son muy apreciados por sus características específicas y su versatilidad de uso. Sus ventajas pueden clasificarse en tres áreas principales: seguridad, rendimiento y flexibilidad.
Seguridad
La primera gran ventaja es que utilizan aire comprimido en lugar de electricidad, lo que supone una gran ventaja en el mundo actual. Esto reduce las posibilidades de que se produzcan chispas y lo hace adecuado para su uso en zonas de alto riesgo, como el petróleo y el gas, el procesamiento químico y la minería. Por ejemplo, en zonas peligrosas como las que implican explosiones, los actuadores neumáticos son más eficaces que los eléctricos porque garantizan un funcionamiento seguro y eficaz sin necesidad de dispositivos de seguridad adicionales.
Rendimiento
Los actuadores neumáticos proporcionan un alto par de salida y, como tales, son ideales para su uso en válvulas de gran tamaño, como válvulas de compuerta o de bola. Ofrecen tiempos de respuesta cortos, lo que es importante en procesos que requieren un control preciso y rápido de las válvulas. Por ejemplo, los actuadores neumáticos pueden proporcionar velocidades de funcionamiento hasta tres veces más rápidas que los actuadores eléctricos, proporcionando así un control preciso del proceso. También están bien construidos para soportar otras condiciones de funcionamiento adversas, como altas temperaturas y entornos corrosivos, de ahí su durabilidad.
Versatilidad
Los actuadores neumáticos son versátiles y pueden utilizarse con distintos tipos de válvulas, como válvulas de bola, de mariposa, de globo y de compuerta, por lo que son adecuados para muchas industrias. Se aplican ampliamente en sistemas de control de fluidos, centrales eléctricas y plantas de tratamiento de aguas. Por ello, son capaces de trabajar a baja presión de 3 bar y a alta presión de más de 10 bar, lo que las hace adecuadas tanto para sistemas de baja como de alta presión.
Debido a su seguridad, alto rendimiento y flexibilidad, los actuadores neumáticos son esenciales en industrias que requieren precisión, fiabilidad y velocidad. El hecho de que se utilicen en casi todos los sectores importantes basta para demostrar la importancia de la automatización moderna de válvulas.
Selección del actuador de válvula neumático adecuado a sus necesidades
La selección del actuador de válvula neumática adecuado implica algunos factores que deben tenerse en cuenta para obtener el que mejor se adapte a la válvula y funcione correctamente. Entre los aspectos clave que hay que evaluar se incluyen los siguientes:
Tipo de válvula y compatibilidad del actuador
El tipo de válvula que se va a accionar es la clave del tipo de actuador que debe utilizarse. Las válvulas de movimiento rotativo incluyen válvulas de bola o de mariposa, que requieren actuadores de piñón y cremallera o de paletas. Por ejemplo, los actuadores de piñón y cremallera ofrecen un par constante y son adecuados para operaciones rotativas precisas, mientras que los actuadores de paletas son pequeños y eficaces para operaciones de bajo par. Las válvulas de globo y compuerta, que son válvulas lineales, suelen accionarse con actuadores de diafragma o pistón. Los actuadores de diafragma son los más adecuados para aplicaciones de bajo par, mientras que los de pistón lo son para aplicaciones de gran fuerza.
Requisitos de par
El actuador debe ser capaz de producir un par suficiente para abrir y cerrar la válvula según sea necesario, especialmente bajo presión. Los actuadores de yugo escocés son especialmente robustos para aplicaciones de alto par porque proporcionan más par al principio y al final de la carrera que los sistemas de piñón y cremallera. Para aplicaciones de baja carga, los actuadores de paletas pueden ser suficientes, pero debido al bajo par de salida, no pueden utilizarse para válvulas grandes o de alta carga.
Condiciones medioambientales
El entorno operativo desempeña un papel importante a la hora de determinar el tipo de actuadores que se deben utilizar. En zonas peligrosas, se prefieren los actuadores neumáticos a los eléctricos porque no provocan chispas. Por ejemplo, los actuadores de pistón son ideales para temperaturas altas o bajas o atmósferas corrosivas por su robustez, mientras que los actuadores de paletas pueden no ser tan duraderos.
Modo Acción
Los actuadores de simple efecto con retorno por muelle son actuadores a prueba de fallos que devuelven la válvula a su posición inicial cuando se corta el suministro de aire. Esta característica es muy importante en aplicaciones como los sistemas de cierre de emergencia. Los actuadores de doble efecto en los que la presión del aire se utiliza tanto para la apertura como para el cierre de la válvula proporcionan un mejor control, pero no tienen capacidad inherente a prueba de fallos.
Condiciones de suministro de aire
Los actuadores deben ser compatibles con la presión y el caudal de aire disponibles. Los actuadores de diafragma se utilizan para presiones bajas, por ejemplo, de 3 a 6 bares, mientras que los actuadores de pistón y yugo escocés se utilizan para presiones altas, de más de 10 bares, por lo que son adecuados para operaciones pesadas.
Cuando estos factores se combinan con determinados requisitos operativos como el par, el tipo de válvula y las condiciones ambientales, las industrias pueden elegir el actuador neumático adecuado que ofrezca el mejor rendimiento y seguridad.
¿Por qué elegir Vincer para sus necesidades de actuadores neumáticos de válvulas?
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Conclusión
Los actuadores de válvulas neumáticas son los componentes más importantes de los modernos sistemas de automatización industrial, que proporcionan un control preciso, fiable y energéticamente eficiente para diversos procesos. Los actuadores de diafragma, pistón, cremallera y piñón, paletas y yugo escocés ofrecen diferentes ventajas en función de la aplicación del equipo. La elección del actuador depende del par necesario, el tipo de movimiento, el entorno y la disponibilidad de aire. Estos factores permiten a las industrias mejorar el rendimiento del sistema, la seguridad y el coste del mismo. Los actuadores neumáticos siguen siendo uno de los tipos más populares de equipos de control de procesos debido a su flexibilidad, resistencia al desgaste y capacidad para funcionar en las condiciones más severas.
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