Introducció als actuadors de vàlvules

Actuadors de vàlvules

Els actuadors de vàlvules es seleccionen en funció d'una sèrie de factors, inclòs el parell necessari per fer funcionar la vàlvula i la necessitat d'accionament automàtic. Els tipus d'actuadors inclouen volant manual, palanca manual, motor elèctric, pneumàtic, solenoide, pistó hidràulic i autoaccionat. Tots els actuadors, excepte el volant manual i la palanca, són adaptables a l'accionament automàtic.

Actuadors manuals, fixos i de martell
Els actuadors manuals són capaços de col·locar la vàlvula en qualsevol posició però no permeten el funcionament automàtic. El tipus d'actuador mecànic més comú és el volant. Aquest tipus inclou volants fixats a la tija, volants de martell i volants connectats a la tija mitjançant engranatges.

Volants fixats a la tija
Com s'il·lustra a la imatge de la dreta, les volants fixades a la tija només proporcionen l'avantatge mecànic de la roda. Quan aquestes vàlvules estan exposades a altes temperatures de funcionament, la unió de la vàlvula dificulta el funcionament.

Volant de martell
Com s'il·lustra a la imatge, el volant del martell es mou lliurement durant una part del seu gir i després xoca contra un punt d'una roda secundària. La roda secundària està connectada a la tija de la vàlvula. Amb aquesta disposició, es pot tancar la vàlvula per tancar-la hermèticament o obrir-la si està tancada.

Caixa de canvis d'accionament manual

Si es necessita un avantatge mecànic addicional per a una vàlvula accionada manualment, el capó de la vàlvula està equipat amb capçals d'engranatge accionats manualment, tal com es mostra a la imatge. Una clau o volant especial connectada a l'eix del pinyó permet que una persona accioni la vàlvula quan es poden necessitar dues persones sense l'avantatge de l'engranatge. Com que són necessàries diverses voltes del pinyó per produir una volta de la tija de la vàlvula, el temps de funcionament de les vàlvules grans és excepcionalment llarg. L'ús de motors d'aire portàtils connectats a l'eix del pinyó disminueix el temps de funcionament de la vàlvula.

Caixa de canvis d'accionament manual

Si es necessita un avantatge mecànic addicional per a una vàlvula accionada manualment, el capó de la vàlvula està equipat amb capçals d'engranatge accionats manualment, tal com es mostra a la imatge. Una clau o volant especial connectada a l'eix del pinyó permet que una persona accioni la vàlvula quan es poden necessitar dues persones sense l'avantatge de l'engranatge. Com que són necessàries diverses voltes del pinyó per produir una volta de la tija de la vàlvula, el temps de funcionament de les vàlvules grans és excepcionalment llarg. L'ús de motors d'aire portàtils connectats a l'eix del pinyó disminueix el temps de funcionament de la vàlvula.

Actuadors de motor elèctric

Els motors elèctrics permeten el funcionament manual, semiautomàtic i automàtic de la vàlvula. Els motors s'utilitzen principalment per a funcions d'obertura i tancament, tot i que són adaptables per col·locar la vàlvula a qualsevol punt d'obertura tal com es mostra a la imatge següent. El motor sol ser un tipus reversible d'alta velocitat connectat a través d'un tren d'engranatges per reduir la velocitat del motor i augmentar així el parell a la tija. La direcció de gir del motor determina la direcció del moviment del disc.
L'accionament elèctric pot ser semiautomàtic, com quan el motor s'engega mitjançant un sistema de control. Un volant, que es pot enganxar al tren d'engranatges, proporciona el funcionament manual de la vàlvula. Normalment es proporcionen interruptors de límit per aturar el motor automàticament a les posicions de la vàlvula totalment oberta i totalment tancada. Els interruptors de final de carrera s'accionen físicament per la posició de la vàlvula o bé per torsió pel parell del motor.

Actuadors hidràulics

Els actuadors hidràulics permeten el posicionament semiautomàtic o automàtic de la vàlvula, similar als actuadors pneumàtics. Aquests actuadors utilitzen un pistó per convertir una pressió de senyal en moviment de la tija de la vàlvula. El fluid hidràulic s'alimenta a banda i banda del pistó mentre l'altre costat es buida o sagna. S'utilitza aigua o oli com a fluid hidràulic. Les vàlvules solenoides s'utilitzen normalment per al control automàtic del fluid hidràulic per dirigir l'obertura o el tancament de la vàlvula. Les vàlvules manuals també es poden utilitzar per controlar el fluid hidràulic; proporcionant així un funcionament semiautomàtic.

Vàlvules autoaccionades

Les vàlvules autoaccionades utilitzen el fluid del sistema per posicionar la vàlvula. Les vàlvules d'alleujament, les vàlvules de seguretat, les vàlvules de retenció i els purgadors de vapor són exemples de vàlvules autoaccionades. Totes aquestes vàlvules utilitzen alguna característica del fluid del sistema per accionar la vàlvula. No és necessària cap font d'energia fora de l'energia del fluid del sistema per al funcionament d'aquestes vàlvules.

Vàlvules monoelectròniquess'anomenen fallada oberta o fallada tancada depenent de la posició de la vàlvula amb el solenoide sense energia. Les vàlvules solenoides d'obertura fallida s'obren per pressió de la molla i es tanquen activant el solenoide. Les vàlvules de solenoide de fallada tancada es tanquen per pressió de molla i s'obren energitzant el solenoide. Les vàlvules de doble solenoide solen fallar "tal com estan". És a dir, la posició de la vàlvula no canvia quan els dos solenoides estan desactivats.
Una aplicació de les vàlvules solenoides és en sistemes d'aire com els que s'utilitzen per subministrar aire als actuadors de vàlvules pneumàtiques. Les vàlvules solenoides s'utilitzen per controlar el subministrament d'aire a l'actuador pneumàtic i, per tant, la posició de la vàlvula accionada pneumàticament.

Velocitat dels actuadors de potència

Les consideracions de seguretat de la planta dicten les velocitats de les vàlvules per a determinades vàlvules relacionades amb la seguretat. Quan un sistema s'ha d'aïllar o obrir molt ràpidament, es requereix un accionament molt ràpid de la vàlvula. Quan l'obertura d'una vàlvula produeix una injecció d'aigua relativament freda a un sistema calent, és necessària una obertura més lenta per minimitzar el xoc tèrmic. El disseny d'enginyeria selecciona l'actuador per a vàlvules relacionades amb la seguretat en funció dels requisits de velocitat i potència i la disponibilitat d'energia per a l'actuador.

En general, l'accionament més ràpid el proporcionen actuadors hidràulics, pneumàtics i solenoides. Tanmateix, els solenoides no són pràctics per a vàlvules grans perquè els seus requisits de mida i potència serien excessius. Així mateix, els actuadors hidràulics i pneumàtics requereixen un sistema de subministrament d'energia hidràulica o pneumàtica. La velocitat d'accionament en qualsevol dels casos es pot ajustar instal·lant orificis de mida adequada a les línies hidràuliques o pneumàtiques. En determinats casos, la vàlvula es tanca per pressió de molla, a la qual s'oposa la pressió hidràulica o pneumàtica per mantenir la vàlvula oberta.

Els motors elèctrics proporcionen un accionament relativament ràpid. La velocitat real de la vàlvula s'estableix mitjançant la combinació de la velocitat del motor i la relació d'engranatges. Aquesta combinació es pot seleccionar per proporcionar un recorregut complet de la vàlvula en un rang d'uns dos segons a uns quants segons.

Indicació de posició de la vàlvula

Els operadors requereixen la indicació de la posició de determinades vàlvules per permetre un funcionament informat de la planta. Per a aquestes vàlvules, la indicació de la posició de la vàlvula remota es proporciona en forma de llums de posició que indiquen si les vàlvules estan obertes o tancades. Els circuits d'indicació de la posició de la vàlvula remota utilitzen un detector de posició que detecta la posició de la tija i el disc o la posició de l'actuador. Un tipus de detector de posició és l'interruptor de límit mecànic, que s'acciona físicament pel moviment de la vàlvula.

Un altre tipus són els interruptors o transformadors magnètics que detecten el moviment dels seus nuclis magnètics, que funcionen físicament pel moviment de la vàlvula.

La indicació local de la posició de la vàlvula fa referència a alguna característica visualment discernible de la vàlvula que indica la posició de la vàlvula. La posició de la vàlvula de la tija ascendent s'indica per la posició de la tija. Les vàlvules de tija no ascendents de vegades tenen petits punters mecànics que són operats per l'actuador de la vàlvula simultàniament amb el funcionament de la vàlvula. Les vàlvules accionades amb potència solen tenir un punter mecànic que proporciona una indicació local de la posició de la vàlvula. D'altra banda, algunes vàlvules no tenen cap característica per a la indicació de posició.

Resum dels actuadors de vàlvules

• Els actuadors manuals són el tipus més comú d'actuadors de vàlvules. Els actuadors manuals inclouen volants connectats a la tija de la vàlvula directament i volants connectats mitjançant engranatges per proporcionar un avantatge mecànic.
• Els actuadors de motor elèctric consisteixen en motors elèctrics reversibles connectats a la tija de la vàlvula mitjançant un tren d'engranatges que redueix la velocitat de rotació i augmenta el parell.
• Els actuadors pneumàtics utilitzen la pressió d'aire en un o ambdós costats d'un diafragma per proporcionar la força per posicionar la vàlvula.
• Els actuadors hidràulics utilitzen un líquid a pressió en un o ambdós costats d'un pistó per proporcionar la força necessària per posicionar la vàlvula.
• Els actuadors de solenoide tenen un tac magnètic connectat a la tija de la vàlvula. La força per posicionar la vàlvula prové de l'atracció magnètica entre la barra de la tija de la vàlvula i la bobina de l'electroimant a l'actuador de la vàlvula.