Los actuadores de válvulas eléctricas son dispositivos alimentados por electricidad para mover o controlar una válvula.
A diferencia de los actuadores neumáticos, que dependen del aire comprimido (y, por lo tanto, son susceptibles a las fluctuaciones de presión), los actuadores eléctricos dependen de la electricidad, lo que ofrece un control más consistente y preciso.
Esto los hace ideales para aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso o donde los pequeños cambios de flujo son importantes (como la dosificación en procesos químicos).
1. Cómo Actuadores de válvulas eléctricas Trabajar
Si nunca has oído hablar de los actuadores y te preguntas cómo funcionan, Son simplemente dispositivos que convierten energía en movimiento mecánico.
Los actuadores de válvulas eléctricas, específicamente, convierten la energía eléctrica para iniciar el movimiento y posicionar la válvula.
El proceso comienza con una señal de entrada, que puede ser digital (encendido/apagado) o analógica (por ejemplo, un rango de 4 a 20 mA). Esta señal le indica al actuador cuánto debe abrir o cerrar la válvula.
Una vez que se recibe la señal, se activa un motor eléctrico dentro del actuador, generando movimiento.
Ahora bien, este movimiento suele ser rápido, pero no lo suficientemente potente como para mover directamente válvulas industriales grandes y pesadas. mecanismo de engranaje Absorbe y distribuye el desgaste mecánico generado, disminuyendo la velocidad del motor y aumentando el par.
Finalmente, el movimiento se aplica al vástago de la válvula, que gira o se mueve linealmente para ajustar la posición de la válvula:
- Movimiento rotatorio: Implica girar el vástago de la válvula, generalmente 90° o 180°, y se utiliza comúnmente con válvulas de bola, de mariposa y de tapón.
- Movimiento lineal: Implica mover el vástago de la válvula en línea recta, lo cual es el caso de las válvulas de compuerta o de globo que requieren un movimiento hacia arriba y hacia abajo para regular el flujo.
Tenga en cuenta que los actuadores eléctricos avanzados a veces pueden combinar estos movimientos o convertirlos. movimiento rotatorio a movimiento lineal utilizando sistemas de engranajes especiales.
2. Tipos de actuadores de válvulas eléctricas
Actuadores eléctricos lineales
Estos actuadores producen un movimiento en línea recta (arriba y abajo o adentro y afuera). Pero, ¿cómo funciona un actuador lineal?
Este movimiento se produce normalmente mediante un mecanismo de husillo de bolas o de tornillo de avance, donde el motor hace girar el tornillo y mueve el vástago hacia arriba o hacia abajo. Por supuesto, la fuerza de empuje (es decir, la cantidad de fuerza lineal) debe ser lo suficientemente alta como para mover el vástago de la válvula de manera eficaz sin sobrecargar el actuador.
Como se ha comentado, una actuador de válvula lineal Es ideal para válvulas que requieren movimiento lineal, como válvulas de globo y esas válvulas de compuerta pesadas.
Funcionan mejor en las siguientes áreas:
- Control de flujo preciso: Debido a su capacidad de moverse en pasos pequeños e incrementales, los actuadores lineales ofrecen un control preciso sobre la posición de la válvula.
- Aplicaciones de servicio pesado: Son perfectos para válvulas más grandes que requieren una fuerza significativa para abrirse y cerrarse (como válvulas de globo para estrangular y regular el flujo).
- Aplicaciones industriales de alta precisión: Son frecuentes en entornos como plantas de tratamiento de agua o de procesamiento químico.
Sin embargo, pueden no ser adecuados si le preocupa lo siguiente:
- Velocidad: Los actuadores lineales tienden a funcionar más lentamente en comparación con los actuadores rotativos y pueden no ser ideales si su sistema requiere ciclos rápidos de válvulas.
- Requisitos de tamaño y espacio:Para válvulas muy grandes, el actuador debe ser considerablemente robusto, lo que puede ocupar más espacio y ser más pesado.
Actuadores de válvulas rotativas
Como sugiere su nombre, un actuador de válvula rotativa produce un movimiento rotatorio que gira el vástago de la válvula (normalmente en un ángulo específico), abriendo o cerrando la válvula.
En lugar de la fuerza de empuje de la que dependen los actuadores lineales, los actuadores rotativos requieren una salida de par. Esto simplemente se refiere a la fuerza rotacional que el actuador puede ejercer para girar el vástago de la válvula.
¿Y entonces dónde se adaptan mejor?
- Sistemas de alta velocidad: Los actuadores rotativos son generalmente más rápidos que los actuadores lineales en términos de apertura/cierre de las válvulas, lo que es perfecto en oleoductos y gasoductos.
- Diseño compacto: Estos actuadores suelen ser más compactos y ligeros, lo que resulta ventajoso en espacios reducidos donde actuadores más grandes resultarían poco prácticos.
- Aplicaciones de propósito general: Se utilizan ampliamente donde solo se requiere un rango de movimiento limitado (generalmente 90°), generalmente aplicaciones que involucran válvulas de bola o válvulas de mariposa.
Volviendo al tema del “giro en ángulos específicos”, los actuadores rotativos se dividen en dos categorías: actuadores multivueltas y actuadores de cuarto de vuelta.
Actuadores multivueltas
A Actuador eléctrico multivuelta Está diseñado para operar válvulas que requieren más de una rotación completa para pasar de completamente cerradas a completamente abiertas. Dicho esto, se usa comúnmente con válvulas de compuerta y válvulas de globo.
Las principales ventajas de los actuadores multivueltas incluyen las siguientes:
- Capacidad de alto par:Pueden generar una enorme cantidad de fuerza para girar vástagos de válvulas más grandes y pesados.
- Adecuado para fluidos espesos y tuberías de alta presión: Cuando el vástago de la válvula se vuelve difícil de girar debido a alta presión o medios viscosos, estos actuadores se destacan por mantener un funcionamiento confiable.
- Adecuado para operaciones de modulación de servicio: Permiten ajustes incrementales precisos en las posiciones de las válvulas, asegurando un control preciso del caudal o de la presión sin riesgo de sobrepaso.
Sin embargo, también tienen sus inconvenientes, entre ellos:
- Los actuadores multivuelta suelen ser más grandes y pesados que los actuadores de cuarto de vuelta, lo que puede resultar desventajoso en entornos con limitaciones de espacio.
- Debido a su diseño, los multivueltas no son los más rápidos. Por lo general, funcionan a un ritmo más lento, lo que los hace menos adecuados para operaciones sensibles al tiempo o sistemas de emergencia.
Actuadores de cuarto de vuelta
A diferencia de los actuadores multivuelta que permiten una rotación continua, actuadores de cuarto de vuelta están limitadas mecánicamente a 90°, lo que permite un accionamiento rápido de la válvula adecuado para aplicaciones que involucran válvulas de bola, válvulas de mariposa y válvulas de tapón.
Además de la operación rápida, otras ventajas de los actuadores de cuarto de vuelta incluyen:
- Diseño compacto: Su menor tamaño en comparación con los actuadores multivuelta o lineales hace que sean más fáciles de integrar en áreas reducidas.
- Rentabilidad: Generalmente son más asequibles debido a su diseño sencillo y su rango de movimiento limitado.
- Libre de mantenimiento: Con menos partes móviles y mecanismos autolubricantes, pueden funcionar al máximo durante largos períodos sin necesidad de mantenimiento frecuente.
Sin embargo, no debe utilizarlos para aplicaciones de estrangulamiento (son deficientes con ajustes finos) o cuando se trabaja con válvulas de gran tamaño que admiten altas presiones o grandes volúmenes de flujo.
3. Componentes de los actuadores de válvulas eléctricas
Motor eléctrico
Los motores eléctricos son los componentes principales del actuador, ya que generan la fuerza mecánica (ya sea movimiento rotatorio o lineal) necesaria para mover las válvulas. Pueden ser de uno de los siguientes tipos:
- Motor de CA: Adecuado para aplicaciones pesadas que requieren un rendimiento constante.
- Motor de corriente continua: Prevalente en aplicaciones compactas o de bajo consumo.
- Servomotor: Utilizado en actuadores avanzados
El motor de jaula de ardilla, un tipo de motor de CA, se utiliza comúnmente en entornos industriales debido a su durabilidad y necesidades mínimas de mantenimiento. Consiste en un rotor con forma de jaula de ardilla, lo que lo hace simple y eficaz para un funcionamiento continuo.
Para entornos peligrosos donde existe riesgo de explosión, se utilizan motores a prueba de explosión.
La potencia nominal del motor (normalmente expresada en HP o kW) determina la capacidad del actuador para manejar diferentes tamaños de válvulas y cargas pesadas.
Caja de cambios
La caja de cambios transfiere el movimiento del motor a la válvula, convirtiendo la salida del motor de alta velocidad y bajo torque en un movimiento de baja velocidad y alto torque necesario para operar la válvula.
El tipo más común es el reductor de tornillo sin fin, que tiene una estructura similar a un tornillo, con una rosca en espiral que engrana con una rueda dentada (el engranaje). Es autoblocante, lo que significa que cuando se apaga el motor del actuador, la válvula permanece en su lugar sin necesidad de mecanismos de bloqueo adicionales.
Otro tipo es la caja de engranajes cónicos, que tiene forma cónica y dientes cortados en ángulo para permitir que los engranajes engranen en un ángulo de 90 grados. Estas cajas de engranajes son generalmente más voluminosas que las cajas de engranajes sinfín, pero ofrecen una transferencia de potencia más eficiente para ciertas aplicaciones.
Por último, los reductores planetarios constan de un engranaje central “solar”, que engrana con varios engranajes “planetarios” que orbitan a su alrededor, con un engranaje “anillo” circundante. ¿Lo mejor de ellos? Son compactos pero aún así pueden producir un alto par de salida (es decir, una alta relación par-tamaño).
Mecanismo de retroalimentación
El mecanismo de retroalimentación, que a menudo utiliza sensores, realiza un seguimiento de la posición de la válvula a medida que se mueve. Compara la posición del actuador con la señal de control que se le envía y proporciona actualizaciones en tiempo real a la unidad de control para garantizar que la válvula esté en la posición correcta.
Los interruptores de límite juegan un papel crucial aquí al proporcionar una señal física cuando el actuador alcanza su posición completamente abierta o cerrada.
La retroalimentación puede venir en diferentes formas: analógica (por ejemplo, usando potenciómetros) o digital (por ejemplo, usando codificadores), dependiendo de la complejidad y precisión requerida.
En algunos sistemas avanzados, el mecanismo de retroalimentación puede incluir autocalibración características, donde el sistema puede ajustarse y alinearse automáticamente, minimizando la intervención manual.
Sensores de par y empuje
Estos sensores rastrean la fuerza rotacional (torque) o la fuerza lineal (empuje) aplicada a la válvula, ajustando el movimiento del actuador para evitar sobrecargar o dañar la válvula o los componentes del actuador.
Además, el ciclo de trabajo es un factor importante a la hora de controlar el funcionamiento continuo de estos sensores. Se refiere al tiempo durante el cual un actuador puede funcionar a plena carga antes de necesitar un período de enfriamiento.
Unidad de control
El sistema de control del actuador o la unidad procesa la señal de entrada y dirige el motor del actuador en consecuencia para mover la válvula a la posición deseada. En pocas palabras, actúa como el cerebro del actuador.
Para sistemas más simples, la unidad de control puede estar diseñada para funcionar con interruptores básicos para comandos simples de encendido y apagado del actuador.
En sistemas más sofisticados, la unidad de control se puede conectar con controladores lógicos programables (PLC). Los PLC permiten controlar varios actuadores a la vez, manejar tareas más complejas y conectar el sistema de actuadores a otras partes de la planta para un control general sin inconvenientes.
Con un PLC, también puede acceder a funciones inteligentes como monitoreo de rendimiento, resolución remota de problemas y mantenimiento programado, así como integración en ecosistemas de IoT.
Sin embargo, el control local sigue siendo valioso ya que permite a los operadores ajustar manualmente la configuración del actuador directamente en el sitio.
Mecanismo de anulación manual
Este es un método de control de respaldo que le permite manipular manualmente el actuador en caso de un mal funcionamiento (es decir, cuando se presentan síntomas de un actuador defectuoso) o cuando el control automatizado no está disponible. Como resultado, las operaciones pueden continuar incluso si falla el sistema automatizado.
Mecanismo de seguridad
Esta es una función de seguridad diseñada para llevar automáticamente el sistema a un estado seguro en caso de una falla, como una pérdida de energía o un mal funcionamiento de un componente.
Cuando falla el suministro eléctrico, los sistemas de respaldo de batería proporcionan energía al actuador, mientras mecanismos de retorno por resorte mover automáticamente la válvula a una posición predeterminada o segura, como completamente abierta o completamente cerrada.
Conclusión
A esta altura, puede ver cómo los actuadores de válvulas eléctricas no son negociables para una válvula precisa, un monitoreo y, lo más importante, garantizar la seguridad tanto de las operaciones como de todos en el entorno de trabajo.
Si desea obtener más información sobre los actuadores eléctricos y cómo pueden adaptarse a su proyecto actual, no dude en contactarnos. Llámanos y habla con uno de nuestros expertos.
