Uno de los descuidos más frecuentes en la fase de puesta en marcha de plantas de proceso es el subdimensionamiento del actuador de la válvula.
Esto resultaría en la parada del actuador de la válvula, la incapacidad de la válvula para responder a las instrucciones. Finalmente, la causa de todo esto radica en los cálculos de par que no tuvieron en cuenta todas las fuerzas.
Obtener cálculo del par del actuador de la válvula correcto desde el principio ahorra retrabajo, tiempo de inactividad y daños en el equipo.
¿Qué es el par y por qué es importante?
El par es la fuerza que provoca la rotación del vástago de la válvula de una posición a otra. Se puede medir en Newton-metros (Nm) y pulgada-libras (in-lb).
Cada válvula viene con una especificación de par proporcionada por el fabricante de la válvula. El actuador debe proporcionar al menos el par requerido en el peor de los casos.
El problema es que las especificaciones de par cambian constantemente debido a muchos factores. Estos incluyen la presión de operación, la temperatura, la viscosidad del fluido del proceso y la antigüedad del asiento y el empaque de la válvula.
Un actuador diseñado solo para la especificación de par nominal durante el período de puesta en marcha puede no ser suficiente en operaciones posteriores.
Es por eso que el dimensionamiento del actuador siempre incluye un margen de seguridad por encima del requisito de par publicado de la válvula.
Tres tipos de par que todo ingeniero debe conocer
Comprender la diferencia entre los tres tipos de par es la base de cualquier fórmula de par del actuador de la válvula. Cada uno representa un punto diferente en el ciclo de operación de la válvula.
Par de arranque
El par de arranque es la fuerza necesaria para comenzar a mover una válvula desde su posición completamente cerrada o completamente asentada. Siempre es el valor de par más alto en el ciclo de operación.
Fricción estática entre el disco o la bola y el asiento. Combinado con cualquier presión diferencial a través de la válvula, crea una resistencia que debe superarse antes de que la válvula comience a moverse.
Para la mayoría de los tipos de válvulas, el par de arranque es de 1.3 a 1.5 veces el par de funcionamiento. En aplicaciones de alta presión o válvulas que han estado estáticas durante largos períodos, la relación puede ser mayor.
Par de funcionamiento
El par de funcionamiento es la fuerza requerida para continuar rotando el vástago de la válvula a través de su recorrido una vez que ha comenzado a moverse. Es menor que el par de arranque porque la fricción dinámica es menor que la fricción estática.
El par de funcionamiento es lo que la hoja de datos del fabricante de la válvula publica típicamente como el par operativo nominal a una presión diferencial dada.
Par de asiento
El par de asiento es la fuerza aplicada al final del recorrido para empujar el disco o la bola firmemente contra el asiento. Esto crea un cierre hermético.
Es relevante principalmente para válvulas de asiento blando: válvulas de mariposa con asientos elastoméricos y válvulas de bola con asientos de PTFE o materiales similares. Las válvulas de asiento metálico dependen más del empuje del actuador que del par de asiento rotacional para el cierre.
Cómo calcular el par para el actuador de la válvula y tres ejemplos resueltos
La fórmula estándar de dimensionamiento de par del actuador de la válvula es:
Par requerido del actuador = Par operativo de la válvula x Factor de seguridad
Donde el par operativo de la válvula es el valor máximo entre el par de arranque, el par de funcionamiento y el par de asiento a la presión diferencial especificada.
El factor de seguridad es típicamente de 1.25 a 1.5 para actuadores eléctricos, según las pautas de dimensionamiento ISA-75.19.01.
Ejemplo 1: Válvula de bola de cuarto de vuelta, servicio de agua
Una válvula de bola DN100 en servicio de agua tiene un par operativo publicado de 120 Nm a 10 bar de presión diferencial.
Aplicando un factor de seguridad de 1.25:
Par requerido del actuador = 120 x 1.25 = 150 Nm
Un El actuador eléctrico de cuarto de vuelta AOX-R con una potencia nominal de 160 Nm cubre este requisito con un margen adecuado.
La serie “AOX-R” presenta una estructura compacta con excelente resistencia a la intemperie y a las vibraciones.
MÁS INFORMACIÓNEjemplo 2: Válvula de mariposa, servicio químico
Una válvula de mariposa DN200 en una línea de dosificación química tiene un par de arranque de 280 Nm y un par de funcionamiento de 210 Nm a 6 bar. El valor de par de arranque más alto rige.
Aplicando un factor de seguridad de 1.3 para servicio químico debido a la posible degradación del asiento:
Par requerido del actuador = 280 x 1.3 = 364 Nm
Un actuador con una potencia nominal de 400 Nm es la selección apropiada.
Ejemplo 3: Válvula de compuerta multivuelta, vapor a alta presión
Una válvula de compuerta en una línea de vapor a alta presión tiene un cálculo de par del vástago de la válvula de la hoja de datos del fabricante que muestra 850 Nm a 40 bar. El servicio de vapor con ciclos térmicos aplica fricción adicional del empaque.
Un factor de seguridad de 1.5 es apropiado:
Par requerido del actuador = 850 x 1.5 = 1,275 Nm
Un El actuador eléctrico multivuelta AOX-M con un rango de par de hasta 6,000 Nm cubre esta aplicación con margen para el desgaste futuro y el aumento de la presión.
La serie “AOX-M” está diseñada para accionar válvulas con rotación multivuelta de 360°, como válvulas de compuerta y válvulas de globo.
MÁS INFORMACIÓNCómo encontrar los requisitos de par de su válvula
Para obtener la información de par más precisa, debe consultar la hoja de datos del fabricante correspondiente a su tamaño de válvula y clasificación de presión específicos.
La mayoría de las especificaciones de par publicadas se determinan a una cierta presión diferencial, generalmente la presión máxima de trabajo admisible de la válvula.
Si la presión de operación real es menor, el requisito de par también será menor.
Cuando no se dispone de una hoja de datos del fabricante, el par se puede estimar utilizando el factor Cv de la válvula y las condiciones de operación. Sin embargo, este método es menos preciso y siempre debe incluir un margen de seguridad mayor.
Para dimensionamiento del par del actuador eléctrico, confirme lo siguiente antes de seleccionar un actuador:
- Presión diferencial máxima que verá la válvula en servicio.
- Tipo de válvula (bola, mariposa, compuerta, globo) y material del asiento.
- Número de ciclos de operación por día.
- Si la aplicación requiere retorno por resorte de seguridad.
El equipo de fabricación de AOX asiste con la adaptación de la válvula al actuador como parte de su paquete de soporte técnico. Esto cubre diagramas de cableado, integración de sistemas y orientación de programación.
¿Cuánto margen de seguridad debe dejar?
El factor de seguridad cierra la brecha entre la clasificación de par nominal de una válvula y las condiciones del mundo real que encontrará.
Un factor demasiado bajo arriesga la parada del actuador. Uno demasiado alto desperdicia presupuesto en una unidad sobredimensionada.
| Tipo de aplicación | Factor de seguridad recomendado |
| Agua limpia, baja frecuencia de ciclos | 1.25 |
| Industrial general, presión moderada | 1,25 a 1,35 |
| Servicio químico o abrasivo | 1,35 a 1,5 |
| Vapor de alta presión, alta frecuencia de ciclos | 1.5 |
| Se requiere retorno por resorte de seguridad | 1,5 o superior |
Estos valores se alinean con los estándares de dimensionamiento de actuadores ISA-75.19.01.
Con respecto a los actuadores de retorno por resorte, la fuerza del resorte también debe deducirse de la capacidad de salida de par del actuador.
La familia de actuadores eléctricos AOX varía de 30 Nm a 6000 Nm de par en sus familias de cuarto de vuelta, múltiples vueltas y actuadores lineales.
Todos han sido certificados con CE, ATEX, UDEM y EAC. IP67 es la clase de protección estándar. El tiempo de entrega estándar es de 15 días, con 10-15 días para pedidos urgentes.
Preguntas frecuentes
P1. ¿Qué pasaría si el tamaño del actuador fuera pequeño?
Si el tamaño del actuador fuera pequeño, se detendría antes de completar la apertura o el cierre de la válvula.
Esto podría llevar a la generación de señales de alarma, interrupciones del proceso o apertura parcial de la válvula en operaciones automatizadas.
El motor del actuador podría incluso sobrecalentarse por los constantes intentos de parada.
P2. ¿Se puede usar el mismo actuador para servicio de agua y aceite?
El actuador en sí mismo a menudo puede ser la misma unidad, ya que no está en contacto con el fluido del proceso. Lo que cambia es el requisito de par de la válvula.
El servicio de aceite típicamente implica una mayor viscosidad y diferentes condiciones de presión que el agua, lo que afecta el par de operación de la válvula.
El dimensionamiento del par del actuador debe reflejar las condiciones de servicio reales para cada aplicación por separado.
P3. ¿Cómo sabe cuándo se necesita un actuador más grande?
Los indicadores de un actuador subdimensionado son un movimiento lento o incompleto de la válvula, viajes excesivos por sobrecarga térmica y un mayor consumo de corriente.
Si aparecen estos síntomas, recalcule el cálculo del par del actuador de la válvula utilizando las presiones de operación reales. Además, verifique si la condición del asiento o del empaque de la válvula ha cambiado desde la puesta en marcha original.
