Introducción a los actuadores de válvulas

Actuadores de válvula

Los actuadores de válvula se seleccionan en función de una serie de factores, incluido el par necesario para operar la válvula y la necesidad de accionamiento automático. Los tipos de actuadores incluyen volante manual, palanca manual, motor eléctrico, neumático, solenoide, pistón hidráulico y autoaccionado. Todos los actuadores, excepto el volante manual y la palanca, son adaptables al accionamiento automático.

Actuadores manuales, fijos y de martillo
Los actuadores manuales son capaces de colocar la válvula en cualquier posición pero no permiten el funcionamiento automático. El tipo de actuador mecánico más común es el volante. Este tipo incluye volantes fijados al vástago, volantes de martillo y volantes conectados al vástago mediante engranajes.

Volantes fijados al vástago
Como se ilustra en la imagen de la derecha, los volantes fijados al vástago proporcionan sólo la ventaja mecánica de la rueda. Cuando estas válvulas están expuestas a altas temperaturas de funcionamiento, la obstrucción de la válvula dificulta el funcionamiento.

Volante de martillo
Como se ilustra en la imagen, el volante del martillo se mueve libremente durante una parte de su giro y luego golpea contra una orejeta de una rueda secundaria. La rueda secundaria está unida al vástago de la válvula. Con esta disposición, la válvula puede cerrarse con golpes para lograr un cierre hermético o abrirse con golpes si está cerrada.

Caja de cambios operada manualmente

Si se necesita una ventaja mecánica adicional para una válvula operada manualmente, el casquete de la válvula está equipado con cabezales de engranajes operados manualmente como se ilustra en la imagen. Una llave especial o un volante unido al eje del piñón permite que una persona opere la válvula cuando se podrían necesitar dos personas sin la ventaja del engranaje. Debido a que se necesitan varias vueltas del piñón para producir una vuelta del vástago de la válvula, el tiempo de funcionamiento de las válvulas grandes es excepcionalmente largo. El uso de motores neumáticos portátiles conectados al eje del piñón disminuye el tiempo de funcionamiento de la válvula.

Caja de cambios operada manualmente

Si se necesita una ventaja mecánica adicional para una válvula operada manualmente, el casquete de la válvula está equipado con cabezales de engranajes operados manualmente como se ilustra en la imagen. Una llave especial o un volante unido al eje del piñón permite que una persona opere la válvula cuando se podrían necesitar dos personas sin la ventaja del engranaje. Debido a que se necesitan varias vueltas del piñón para producir una vuelta del vástago de la válvula, el tiempo de funcionamiento de las válvulas grandes es excepcionalmente largo. El uso de motores neumáticos portátiles conectados al eje del piñón disminuye el tiempo de funcionamiento de la válvula.

Actuadores de motores eléctricos

Los motores eléctricos permiten el funcionamiento manual, semiautomático y automático de la válvula. Los motores se utilizan principalmente para funciones de apertura y cierre, aunque se pueden adaptar para posicionar la válvula en cualquier punto de apertura, como se ilustra en la imagen a continuación. El motor suele ser reversible y de alta velocidad, conectado a través de un tren de engranajes para reducir la velocidad del motor y, por tanto, aumentar el par en el vástago. La dirección de rotación del motor determina la dirección del movimiento del disco.
El accionamiento eléctrico puede ser semiautomático, como cuando el motor arranca mediante un sistema de control. Un volante, que puede acoplarse al tren de engranajes, permite el funcionamiento manual de la válvula. Normalmente se proporcionan interruptores de límite para detener el motor automáticamente en las posiciones de válvula completamente abierta y completamente cerrada. Los interruptores de límite se operan físicamente mediante la posición de la válvula o torsionalmente mediante el par del motor.

Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidráulicos proporcionan un posicionamiento semiautomático o automático de la válvula, similar a los actuadores neumáticos. Estos actuadores utilizan un pistón para convertir una señal de presión en movimiento del vástago de la válvula. El fluido hidráulico se alimenta a ambos lados del pistón mientras el otro lado se drena o purga. Se utiliza agua o aceite como fluido hidráulico. Las válvulas solenoides se utilizan normalmente para el control automático del fluido hidráulico para dirigir la apertura o el cierre de la válvula. También se pueden utilizar válvulas manuales para controlar el fluido hidráulico; proporcionando así un funcionamiento semiautomático.

Válvulas autoactuadas

Las válvulas autoactuadas utilizan el fluido del sistema para posicionar la válvula. Las válvulas de alivio, las válvulas de seguridad, las válvulas de retención y las trampas de vapor son ejemplos de válvulas autoactuadas. Todas estas válvulas utilizan alguna característica del fluido del sistema para accionar la válvula. No se necesita ninguna fuente de energía fuera del sistema de energía fluida para el funcionamiento de estas válvulas.

Válvulas monoestablesse denominan fallo de apertura o fallo de cierre dependiendo de la posición de la válvula con el solenoide desenergizado. Las válvulas de solenoide de falla abierta se abren mediante la presión del resorte y se cierran energizando el solenoide. Las válvulas de solenoide cerradas en falla se cierran mediante la presión del resorte y se abren energizando el solenoide. Las válvulas de doble solenoide normalmente fallan "tal cual". Es decir, la posición de la válvula no cambia cuando ambos solenoides están desenergizados.
Una aplicación de las válvulas solenoides es en sistemas de aire como los que se utilizan para suministrar aire a los actuadores de válvulas neumáticas. Las válvulas solenoides se utilizan para controlar el suministro de aire al actuador neumático y, por tanto, la posición de la válvula accionada neumática.

Velocidad de los actuadores de potencia

Las consideraciones de seguridad de la planta dictan las velocidades de las válvulas para ciertas válvulas relacionadas con la seguridad. Cuando un sistema debe aislarse o abrirse muy rápidamente, se requiere una actuación de válvula muy rápida. Cuando la apertura de una válvula da como resultado la inyección de agua relativamente fría a un sistema caliente, es necesaria una apertura más lenta para minimizar el choque térmico. El diseño de ingeniería selecciona el actuador para válvulas relacionadas con la seguridad según los requisitos de velocidad y potencia y la disponibilidad de energía para el actuador.

En general, el accionamiento más rápido lo proporcionan los actuadores hidráulicos, neumáticos y solenoides. Sin embargo, los solenoides no son prácticos para válvulas grandes porque sus requisitos de tamaño y potencia serían excesivos. Además, los actuadores hidráulicos y neumáticos requieren un sistema para proporcionar energía hidráulica o neumática. La velocidad de actuación en cualquier caso se puede ajustar instalando orificios del tamaño adecuado en las líneas hidráulicas o neumáticas. En ciertos casos, la válvula se cierra mediante la presión del resorte, a la que se opone una presión hidráulica o neumática para mantener la válvula abierta.

Los motores eléctricos proporcionan un accionamiento relativamente rápido. La velocidad real de la válvula se establece mediante la combinación de la velocidad del motor y la relación de transmisión. Esta combinación se puede seleccionar para proporcionar un recorrido completo de la válvula dentro de un rango de aproximadamente dos segundos a varios segundos.

Indicación de posición de la válvula

Los operadores requieren indicación de la posición de ciertas válvulas para permitir una operación informada de la planta. Para tales válvulas, la indicación remota de la posición de la válvula se proporciona en forma de luces de posición que indican si las válvulas están abiertas o cerradas. Los circuitos de indicación remota de la posición de la válvula utilizan un detector de posición que detecta la posición del vástago y el disco o la posición del actuador. Un tipo de detector de posición es el interruptor de límite mecánico, que se opera físicamente mediante el movimiento de la válvula.

Otro tipo son los interruptores magnéticos o transformadores que detectan el movimiento de sus núcleos magnéticos, que son operados físicamente mediante el movimiento de la válvula.

La indicación de posición de la válvula local se refiere a alguna característica visualmente discernible de la válvula que indica la posición de la válvula. La posición ascendente de la válvula de vástago está indicada por la posición del vástago. Las válvulas de vástago no ascendente a veces tienen pequeños punteros mecánicos que son operados por el actuador de la válvula simultáneamente con la operación de la válvula. Las válvulas accionadas eléctricamente suelen tener un puntero mecánico que proporciona una indicación local de la posición de la válvula. Por otro lado, algunas válvulas no tienen ninguna función de indicación de posición.

Resumen de actuadores de válvulas

• Los actuadores manuales son el tipo más común de actuadores de válvulas. Los actuadores manuales incluyen volantes conectados directamente al vástago de la válvula y volantes conectados a través de engranajes para proporcionar una ventaja mecánica.
• Los actuadores de motores eléctricos consisten en motores eléctricos reversibles conectados al vástago de la válvula a través de un tren de engranajes que reduce la velocidad de rotación y aumenta el par.
• Los actuadores neumáticos utilizan presión de aire en uno o ambos lados de un diafragma para proporcionar la fuerza para posicionar la válvula.
• Los actuadores hidráulicos utilizan un líquido presurizado en uno o ambos lados de un pistón para proporcionar la fuerza necesaria para posicionar la válvula.
• Los actuadores de solenoide tienen un casquillo magnético adherido al vástago de la válvula. La fuerza para posicionar la válvula proviene de la atracción magnética entre el casquillo del vástago de la válvula y la bobina del electroimán en el actuador de la válvula.