Comprender la selección del actuador de válvula

La decisión de automatizar una válvula generalmente se basa en consideraciones como seguridad, operación confiable y costo, entre otros factores. Foto cortesía de SVF Flow Controls.

El paso más importante al desarrollar una especificación de válvula es determinar un criterio de dimensionamiento.

La decisión de automatizar una válvula generalmente se basa en una o todas las siguientes consideraciones.

Todos los actuadores tienen varios propósitos distintos que incluyen:Mover la válvulaelemento de cierre (disco, bola o tapón) a la posición deseada.Sostenga la válvulamiembro de cierre en la posición deseada.Asienta la válvulamiembro de cierre con suficiente torsión para proporcionar la especificación de cierre deseada.Proporcionar un modo de falla en caso de fallo del sistema. Esto puede estar completamente abierto, cerrado o tal cual según la aplicación.Proporcionar el recorrido de rotación requerido. (90°, 180°, etcétera). Las válvulas que requieren más de 90° de rotación incluyen válvulas multipuerto.Proporcionar la velocidad de funcionamiento requerida.Todos los actuadores pueden regularse en velocidad de ciclo dependiendo de los elementos del circuito de control utilizados.

A veces, es necesario que un ingeniero de procesos elija entre una válvula accionada neumática o eléctricamente para un sistema de proceso. Ambos estilos tienen ventajas y es valioso tener datos disponibles para tomar la mejor decisión.

Lo primero y más importante en la selección de un tipo de actuador (neumático o eléctrico) es determinar la fuente de energía más efectiva para el actuador. Los puntos a considerar son:

Los actuadores neumáticos más prácticos utilizan un suministro de presión de aire de 40 a 120 psi (3 a 8 bar). Generalmente, están dimensionados para una presión de suministro de 60 a 80 psi (4 a 6 bar).

Los actuadores eléctricos a menudo se utilizan con una fuente de alimentación de 110 VCA, pero están disponibles con una amplia variedad de motores de CA y CC en monofásicos y trifásicos.

A veces es difícil justificar el uso de actuadores eléctricos en un entorno peligroso, pero si no se dispone de aire comprimido, o si un actuador neumático no proporciona las características operativas requeridas, entonces se puede utilizar un actuador eléctrico con una carcasa debidamente clasificada.

Casi todos los fabricantes de actuadores eléctricos tienen una opción para una versión de su línea de productos estándar que cumple con NEMA VII. Otra fuente de orientación para áreas peligrosas está disponible en ATEX.

Por otro lado, los actuadores neumáticos son inherentemente "a prueba de explosiones". Cuando se utilizan controles eléctricos con actuadores neumáticos en áreas peligrosas, generalmente son más rentables que los actuadores eléctricos. Las válvulas piloto operadas por solenoide (que son dispositivos eléctricos) pueden montarse y alimentarse en un área no peligrosa y conectarse con tuberías al actuador. Los interruptores de límite, para indicación de posición, pueden alojarse en un gabinete NEMA VII. La seguridad inherente de los actuadores neumáticos en áreas peligrosas los convierte en una opción práctica en estas aplicaciones.

Otro accesorio de seguridad ampliamente especificado en las industrias de procesos en actuadores de válvulas es la opción de retorno por resorte (a prueba de fallas). En caso de falla de energía o señal, un actuador de retorno por resorte impulsa la válvula a una posición segura predeterminada. Esta es una opción práctica y económica con actuadores neumáticos y es una razón importante para el amplio uso de actuadores neumáticos en toda la industria.

Los actuadores eléctricos están disponibles con una opción de retorno por resorte o un sistema de respaldo de batería para proporcionar un posicionamiento en caso de "falla" predecible.

Antes de especificar un actuador neumático o eléctrico para la automatización de válvulas, es importante considerar algunas de las características clave de rendimiento de cada uno.

Ciclo de trabajo: Los actuadores neumáticos tienen un ciclo de trabajo del 100%. De hecho, cuanto más trabajan, mejor trabajan. Los actuadores eléctricos suelen estar disponibles con motores con un ciclo de trabajo del 25%. Esto significa que para evitar el sobrecalentamiento en aplicaciones de ciclo alto, el motor debe descansar con frecuencia. Debido a que la mayoría de las válvulas automáticas de apertura y cierre permanecen inactivas el 95 % del tiempo, el ciclo de trabajo no suele ser un problema. Con motores y/o condensadores opcionales, un actuador eléctrico se puede actualizar a un ciclo de trabajo del 100 %.

Estancamiento: Los actuadores neumáticos pueden pararse indefinidamente sin sobrecalentarse. Los actuadores eléctricos no deben pararse. Detener un actuador eléctrico consume corriente excesiva, lo que genera calor en el motor y puede causar daños. Los interruptores de par o sensores de calor y corriente a menudo se instalan en actuadores eléctricos para proteger el motor.

Control de velocidad: La capacidad de controlar la velocidad de un actuador neumático es una ventaja importante del diseño. La forma más sencilla de controlar la velocidad es equipar el actuador con un orificio variable (válvula de aguja) en el puerto de escape del piloto de aire. Dado que los actuadores eléctricos son motores con engranajes, es imposible hacer que funcionen más rápido a menos que se realice un cambio de engranaje. Para un funcionamiento más lento, se puede agregar un circuito pulsante como opción.

Control modulante: En el servicio de modulación, un actuador eléctrico interactúa bien con los sistemas de control electrónico existentes y elimina la necesidad de controles electroneumáticos. Se utiliza un posicionador neumático o electroneumático con actuadores neumáticos para proporcionar un medio para controlar la posición de la válvula.

Esta tabla de características (Cuadro 1, a la izquierda) resume la comparación de actuadores neumáticos y eléctricos.

El paso más importante en el desarrollo de una especificación de válvula automatizada es determinar un criterio de tamaño. Si una válvula va a operar en un proceso que maneja líquidos limpios a presiones y temperaturas moderadas, el par de operación publicado por el fabricante generalmente es adecuado para el tamaño del actuador. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, el torque requerido para operar una válvula puede aumentar. En este caso, es posible que sea necesario aplicar un factor de seguridad de tamaño según las siguientes pautas en la Tabla 2 a la izquierda.

NOTA: Consulte con el fabricante de la válvula para obtener recomendaciones específicas sobre factores de seguridad.

Wayne Ulanski es el presidente de SVF Flow Controls y ha sido un miembro influyente de la comunidad de válvulas y actuadores durante muchos años. SVF Flow Controls es la división de control de flujo diseñada de Matco-Norca.