Introducción
Puede que los actuadores de válvulas no sean lo primero en lo que piense cuando se trata de procesos industriales, pero son absolutamente esenciales. Imagínese esto: Un actuador de válvulas es lo que usted necesita para controlar el flujo de un fluido a través de una válvula sin tener que girarla físicamente cada vez. Estos dispositivos automatizan el funcionamiento de válvulas en una amplia gama de entornos, desde grandes centrales eléctricas hasta delicados procesos de laboratorio. Existen distintos tipos de actuadores de válvulas para diferentes aplicaciones y necesidades de control. En el artículo de hoy analizaremos estos tipos de actuadores y explicaremos las principales diferencias entre ellos, así como la forma de elegir el más adecuado para sus requisitos específicos.
Si se dedica a la generación de energía o al control de fluidos, conocer los distintos tipos de actuadores de válvulas le ayudará a tomar una decisión informada. Y, después de todo, elegir el actuador de válvula adecuado puede ayudarle a mejorar la fiabilidad, reducir los costes de mantenimiento y garantizar el buen funcionamiento de su sistema. Así que, ¡manos a la obra!
¿Qué es un actuador de válvulas?
En esencia, un actuador de válvula es un dispositivo mecánico que mueve automáticamente una válvula a una posición específica en respuesta a una señal de un sistema de control. Imagíneselo como una mano robótica que ajusta su válvula de control sin tener que hacer nada. Es la fuerza y el movimiento necesarios para abrir o cerrar el vástago de una válvula para controlar el flujo de líquidos o gases.
Cada tipo de actuador de válvula tiene su propia finalidad y sus propios puntos fuertes y débiles. Hay un actuador que se ajustará a sus necesidades, tanto si necesita una acción rápida como una alta precisión o la capacidad de funcionar a altas temperaturas.
Los actuadores de válvulas se clasifican generalmente por tipo de movimiento y fuente de alimentación. Conocer estas clasificaciones le ayudará a decidir qué tipo de válvula actuador es mejor para sus necesidades particulares, si el movimiento lineal o movimiento de rotación y si el actuador es alimentado por energía eléctrica, aire comprimido o fluido hidráulico.
Clasificación de los actuadores de válvulas por tipo de movimiento: Rotativo vs. Lineal
Los tipos de actuadores de válvulas se clasifican principalmente en función de su tipo de movimiento: rotativo y lineal. Esta clasificación es básica para saber cómo funcionan los distintos actuadores y qué válvulas son adecuadas para ellos.
Los actuadores rotativos proporcionan un movimiento de rotación y se utilizan sobre todo con válvulas de bola, de mariposa y de macho. Estos actuadores están diseñados para girar el vástago de la válvula hasta un cierto grado, normalmente 90 grados, para abrir o cerrar la válvula. Los actuadores rotativos se utilizan por su control preciso y su tamaño compacto.
Los actuadores lineales, sin embargo, proporcionan un movimiento en línea recta y ocupan menos espacio cuando están totalmente contraídos. La mayoría de las veces se utilizan con válvulas de globo, válvulas de compuerta y otras válvulas lineales. El control de la apertura de la válvula requiere el movimiento del vástago de la válvula en línea recta, que proporcionan los actuadores lineales. Son capaces de producir altos niveles de presión y son muy adecuados para aplicaciones en las que se necesita un cierre preciso.
La decisión de qué tipo de actuador utilizar, rotativo o lineal, depende del tipo de válvula y de la aplicación que se esté utilizando. Por ejemplo, un actuador rotativo es adecuado para controlar el caudal en una tubería mediante una válvula de bola, mientras que un actuador lineal es adecuado para accionar una válvula de compuerta en una planta de tratamiento de aguas.
Sin embargo, es importante señalar que existen tipos de actuadores de válvulas más desarrollados que pueden generar movimientos tanto rotativos como lineales. Estos actuadores híbridos proporcionan más flexibilidad y pueden ser ventajosos en sistemas en los que la flexibilidad es una consideración importante.
Clasificación de los actuadores de válvulas por fuente de energía
Los actuadores también pueden clasificarse según la fuente de energía que utilicen. Exploremos las tres categorías principales -actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos- y veamos cómo se comportan desde distintos ángulos, incluidos sus puntos fuertes y débiles y los mejores escenarios de uso.
Actuadores neumáticos: Rápidos, fiables y rentables.
Los actuadores neumáticos utilizan el aire comprimido como fuente de energía. El principio básico es utilizar un pistón o un actuador de diafragma que se mueve en relación con los cambios de presión del aire. El pistón se mueve cuando se introduce aire en la cámara del actuador y se acciona la válvula. Los actuadores neumáticos de doble efecto utilizan presión de aire tanto para abrir como para cerrar la válvula, mientras que los de simple efecto utilizan aire para una dirección y un muelle para el movimiento de retorno.
Los actuadores neumáticos ofrecen la ventaja de un tiempo de respuesta rápido, simplicidad y fiabilidad. La rapidez de actuación los convierte en la elección perfecta para aplicaciones de alto número de ciclos. Esto se debe a su diseño sencillo con menos piezas móviles, lo que significa que la vida útil y el mantenimiento se prolongan durante mucho tiempo. Los actuadores neumáticos también son económicos en términos de inversión inicial y gastos operativos a largo plazo.
Sin embargo, estos actuadores tienen sus limitaciones. Requieren un suministro de aire constante, por lo que necesitan un sistema de aire comprimido fiable. En entornos muy fríos, existe la posibilidad de que la humedad en las líneas de aire se congele y pueda afectar al rendimiento del actuador.
Las válvulas de bola, de mariposa y de macho suelen ir asociadas a actuadores neumáticos. Especialmente en las industrias de procesamiento de alimentos y bebidas, fabricación de productos químicos y producción farmacéutica, el funcionamiento rápido y fiable de estas válvulas es fundamental. También se encuentran en instalaciones de petróleo y gas, centrales eléctricas e instalaciones de tratamiento de aguas.
Actuadores hidráulicos: Potencia y precisión para aplicaciones pesadas
Los actuadores hidráulicos utilizan fluido hidráulico a presión para crear fuerza y movimiento. El principio de funcionamiento es que la bomba hidráulica presuriza el fluido y luego lo desvía al cilindro. Al accionar la válvula, el pistón del cilindro se mueve por la presión del fluido, tirando así del pistón en el vástago de la válvula mediante un pistón de conexión. Gracias a la incompresibilidad del fluido hidráulico, se consigue una gran fuerza de salida combinada con un control preciso.
La principal ventaja de los actuadores hidráulicos es su capacidad para generar altos niveles de fuerza a partir de un paquete pequeño. Su alta densidad de potencia les permite accionar fácilmente válvulas más grandes o sometidas a mayor presión. La incompresibilidad del fluido también hace que los actuadores hidráulicos sean excelentes para posicionar válvulas con gran precisión. En determinadas aplicaciones en las que la eficiencia energética es beneficiosa, pueden mantener la posición de la válvula sin aporte continuo de energía.
Sin embargo, los sistemas hidráulicos son costosos en términos de complejidad y coste del sistema porque requieren una unidad de potencia hidráulica independiente. Las fugas de fluido hidráulico también pueden ser un problema en entornos en los que la limpieza es importante. Los sistemas hidráulicos requieren más mantenimiento que los de otros tipos de actuadores.
Las grandes válvulas de compuerta, de globo y de bola se utilizan habitualmente con actuadores hidráulicos. Son especialmente adecuadas para aplicaciones de servicio pesado en los sectores del petróleo y el gas, la minería y la fabricación pesada. Los actuadores hidráulicos se utilizan en plataformas marinas, refinerías y sistemas de gestión del agua a gran escala, donde se necesitan fuerzas elevadas para accionar válvulas en condiciones difíciles.
Actuadores eléctricos: Sencillos, limpios e ideales para un control preciso
Un motor eléctrico se utiliza para generar la fuerza necesaria para accionar válvulas mediante un actuador eléctrico. En la mayoría de los casos, el movimiento de rotación del motor se convierte en movimiento lineal mediante un sistema de engranajes y un husillo o un sistema equivalente. El vástago de la válvula se acciona entonces para abrir o cerrar la válvula mediante este movimiento. Muchos actuadores eléctricos incorporan un sistema electrónico de control avanzado que permite un posicionamiento y una retroalimentación precisos.
Su capacidad para proporcionar un control y una posición precisos, un funcionamiento limpio sin líneas de aire ni fluidos hidráulicos y una fácil integración en los sistemas de control modernos son las principales ventajas de los actuadores eléctricos. Por lo general, se trata de una automatización suficientemente sofisticada con funcionamiento a distancia y, a menudo, con información detallada de la posición de la válvula y su estado operativo. Los requisitos de potencia de los actuadores eléctricos también son flexibles, ya que están disponibles en una amplia gama de voltajes y potencias.
Sin embargo, los actuadores eléctricos tienen algunas limitaciones. En atmósferas potencialmente explosivas pueden ser necesarios actuadores especiales a prueba de explosiones, lo que incrementa los costes. Los actuadores eléctricos no deben considerarse la opción más económica para válvulas muy grandes o que requieran grandes fuerzas. Los actuadores eléctricos también dependen de los ciclos de trabajo, y algunos limitan el número de veces que pueden funcionar sin sobrecalentarse.
Versátiles, los actuadores eléctricos pueden utilizarse con todo tipo de válvulas, incluidas válvulas de bola, de mariposa, de globo y de compuerta. En particular, estos sistemas se utilizan muy bien en industrias en las que la limpieza es especialmente importante, como la fabricación de productos farmacéuticos, el procesamiento de alimentos y el tratamiento de aguas. Los actuadores eléctricos también se utilizan mucho en sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, centrales eléctricas e instalaciones de procesamiento químico, donde son importantes el control preciso del caudal y la integración con sistemas automatizados.
A continuación se ofrece un breve resumen de las principales características, ventajas y aplicaciones de los tres tipos principales de actuadores de válvulas:
| Tipo de actuador | Principio de funcionamiento | Ventajas | Desventajas | Tipos comunes de válvulas | Industrias |
| Neumático | El aire comprimido mueve el pistón/diafragma | Rápido, fiable y rentable | Requiere un suministro de aire constante | Bola, mariposa, tapón | Alimentación y bebidas, química, farmacéutica |
| Hidráulico | El fluido a presión mueve el pistón | Gran fuerza de salida, precisa | Sistema complejo, posibles fugas | Compuerta, globo, bola | Petróleo y gas, minería, industria pesada |
| Eléctrico | El motor eléctrico acciona el sistema de engranajes | Control preciso, funcionamiento limpio | Mayor coste de los modelos antideflagrantes | Bola, mariposa, globo, compuerta | Farmacéutica, procesamiento de alimentos, HVAC, tratamiento de aguas |
Cómo elegir el actuador de válvulas adecuado para su aplicación
Elegir el actuador de válvula adecuado para su aplicación también consiste en seleccionar el actuador de válvula correcto, pero teniendo en cuenta una serie de factores importantes que le ayudarán a garantizar un rendimiento y una eficacia óptimos.
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Requisitos de movimiento y tipo de válvula: Lo primero que hay que entender es el tipo de válvula y su movimiento. Por ejemplo, las válvulas de bola o de mariposa con válvulas rotativas necesitan actuadores que generen una salida de par lineal o un movimiento de rotación. Los actuadores para válvulas lineales, como las de compuerta o globo, deben proporcionar el movimiento lineal de un pistón. El funcionamiento sin fisuras requiere que el movimiento del actuador esté alineado con la posición deseada de la válvula.
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Potencia Fuente Disponibilidad: A continuación, evalúe el suministro eléctrico disponible en sus instalaciones. Algunos actuadores necesitan una fuente de alimentación externa, como los motores de corriente alterna o los sistemas neumáticos, mientras que otros se accionan manualmente. Los actuadores manuales con volante pueden ser la mejor opción si su ubicación no dispone de una fuente de alimentación fiable. Para los sistemas automáticos, piense en electroválvulas o sistemas hidráulicos, en función de la presión de suministro y los requisitos del sistema.
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Par de apriete y necesidades de fuerza: También hay que calcular la cantidad de par o fuerza que obliga a la válvula a moverse. Los actuadores tienen distintos niveles de fuerza. Por ejemplo, los actuadores de pistón pueden manejar presiones más altas y proporcionar suficiente par para operaciones de servicio pesado. El actuador debe proporcionar la fuerza suficiente para gestionar el caudal del fluido de proceso y el tamaño de la válvula, que debe estar sujeta al control del caudal y también desviarse lo menos posible.
Si presta atención a estos puntos clave, podrá elegir un actuador de válvula que se adapte perfectamente a sus necesidades operativas y le proporcione fiabilidad y eficacia a largo plazo.
Conclusión
El conocimiento de los tipos de actuadores de válvulas es esencial para un buen control del proceso y un funcionamiento eficaz de la planta. Cada tipo de respuesta, actuadores neumáticos a los actuadores hidráulicos de potencia y la precisión de los actuadores eléctricos, tiene sus propias ventajas en aplicaciones específicas.
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