Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


Neumática e Hidráulica - www.sapiensman.com

¿Qué información buscas ? :

Búsqueda personalizada



 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Actuadores de válvulas de control y posicionadores

Las válvulas de control necesitan actuadores para funcionar. Este tutorial explican brevemente las diferencias entre actuadores eléctricos y neumáticos, la terminología de relación entre acción directa y acción inversa, y cómo esto afecta al poder de control de la válvula. La importancia de los posicionadores se discute con respecto a lo que hacen y por qué son necesarios para muchas aplicaciones.

La neumática es el uso de presión de aire o gas para operar equipos mecánicos. Un posicionador de válvula neumática se utiliza en combinación con los actuadores, o piezas de equipo que utilizan una fuente de energía para crear movimiento y las válvulas que regulan el flujo del gas para crear presión. Cualquier pieza de maquinaria que utiliza un actuador y válvulas para el control del movimiento necesita un posicionador para ayudar a mantener la dirección de la abertura de la válvula. Hay una variedad de razones para usar un posicionador de válvula, incluyendo el aumento de la velocidad de los cambios en un proceso, minimizando la fricción y el aumento del venteo.

Las máquinas y motores usan actuadores para ayudar al  movimiento de inicio dentro del sistema eléctrico. Las válvulas controlan el flujo de aire que se utiliza para mover los actuadores. Los posicionadores neumáticos de válvula ayudan a que las aberturas de la válvula lleguen a la posición correcta para dirigir el aire. El posicionador es responsable del aumento o la disminución de la presión de aire en el actuador. Un controlador de procesos envía señales a la válvula y el posicionador de la válvula funciona en consecuencia.

El funcionamiento de una válvula de control implica el posicionamiento de su parte móvil (el obturador, bola o aleta) con respecto al asiento fijo de la válvula. El propósito del actuador de la válvula es la de localizar con precisión el obturador de la válvula en una posición indicada por la señal de control.

Figura : Actuador neumático con controlador y posicionador

Temas relacionados : Instrumentación Industrial: Convertidores IP

Por ejemplo, a medida que la señal de control se incrementa, un valor dentro del posicionador admite mas suministro de aire al actuador. Como resultado, la válvula de control se mueve hacia abajo. La articulación de realimentación transmite información de la posición de la válvula de nuevo al poscionador. Esto forma un lazo de realimentación interna para el actuador. Cuando la válvula alcanza la posición que corresponde a la señal de control, la articulación detiene el suministro de aire al actuador. Esto hace que el actuador se detenga. Por otro lado, si la señal de control disminuye, otra válvula dentro del posicionador se abre y permite que la presión del suministro de aire disminuya venteando dicho suministro. Esto hace que la válvula se mueva hacia arriba y se abra. Cuando la válvula se ha abierto hasta la posición correcta, el posicionador para el venteo de aire del actuador y para el movimiento.

Una característica importante de seguridad se proporciona por el resorte en el actuador. El mismo puede ser diseñado para posicionar una válvula de control en una posición segura si una pérdida de suministro de aire ocurre. En el caso de la figura arriba, cuando haya un corte de suministro de aire, el actuador de la figura se abrirá. Este tipo de disposición se conoce como “aire para cerrar, resorte para abrir” o simplemente “abierto en falla”. Algunas válvulas fallan en la posición cerrada. Este tipo de actuador se conoce como “aire para abrir, resorte para cerrar”  o “cerrado en falla”. Este concepto de “seguro en falla” es una consideración importante en el diseño de una instalación nuclear.

Hay varias maneras de proporcionar esta actuación. Este tutorial se centrará en los dos más importantes:

Los actuadores neumáticos - operación y opciones

Tomemos como ejemplo las válvulas Spirax Sarco.  El actuador acepta una señal del sistema de control y, en respuesta, mueve la válvula a una posición completamente abierta o completamente cerrada, o una posición más abierta o una más cerrada (dependiendo de si se utiliza una acción de control 'on / off' o 'continua').

Los actuadores neumáticos se utilizan para accionar las válvulas de control y están disponibles en dos formas principales: actuadores de pistón (Figura 6.6.1) y actuadores de diafragma (Figura 6.6.2).

 

Actuadores de pistón

Fig. 6.6.1. Típicos actuadores de pistón

Los actuadores de pistón se utilizan generalmente donde la carrera de un actuador de diafragma sería demasiado corta o el empuje es demasiado pequeño. El aire comprimido se aplica a un pistón sólido contenido dentro de un cilindro sólido. Los actuadores de pistón pueden ser de acción simple o de doble acción, pueden soportar mayores presiones de entrada y pueden ofrecer pequeños volúmenes de cilindro, que pueden actuar a alta velocidad.

Actuadores de diafragma

Fig. 6.6.2. Actuador neumático a diafragma

Los actuadores de diafragma tienen aire comprimido aplicado a una membrana flexible llamada diafragma. La Figura 6.6.2 muestra un diafragma ondulado donde el área efectiva del diafragma es prácticamente constante en toda la carrera del actuador. Estos tipos de actuadores son de simple acción, dado que el aire sólo se suministra a un lado de la membrana, y pueden ser de acción directa (resorte con retracción) o inversa (de resorte que se extiende).

La acción inversa (con resorte que se extiende)

La fuerza operativa proviene de la presión del aire comprimido, que se aplica a un diafragma flexible. El actuador está diseñado de manera que la fuerza resultante de la presión del aire, multiplicada por el área del diafragma, supere a la fuerza ejercida (en la dirección opuesta) por el resorte (s).

El diafragma (Figura 6.6.2) es empujado hacia arriba , tirando del vástago hacia arriba, y si el vástago está conectado a una válvula de acción directa, el obturador se abre. El actuador está diseñado de manera que con un cambio específico de la presión de aire, el vástago se moverá lo suficiente como para desplazar la válvula a través de su carrera completa de totalmente cerrado a totalmente abierta.

A medida que la presión del aire disminuye, el resorte (s) mueve el cabezal en la dirección opuesta. El rango de presión de aire es igual a la clasificación de resorte de actuador indicado, por ejemplo 0,2 a 1 bar.

Con una válvula mayor y/o una presión diferencial mayor contra que actuar, más fuerza se necesita para obtener el movimiento completo de la válvula.

Para crear más fuerza, un área de diafragma mas grande o un resorte de rango más alto se necesitan. Esta es la razón por la que los fabricantes de controles ofrecen una gama de actuadores neumáticos para que coincidan con un rango de válvulas – lo que comprende mayores áreas de diafragma, y una variedad de rangos de resorte para crear diferentes fuerzas.

Los diagramas de la Figura 6.6.3 se muestran los componentes de un actuador neumático básico y la dirección de movimiento del vástago con la presión de aire cada vez mayor.

Actuador de acción directa (resorte con retracción)

Figura. 6.6.4. Actuador de acción directa y válvula de control de accionamiento inverso

El actuador de acción directa está diseñado con el resorte por debajo del diafragma, teniendo el aire suministrado al espacio por encima del diafragma. El resultado, cuando la presión de aire sea cada vez mayor, será el movimiento del vástago en la dirección opuesta al actuador de acción inversa.

El efecto de este movimiento sobre la apertura de la válvula depende del diseño y tipo de válvula, y se ilustra en la Figura 6.6.3. Existe, sin embargo, una alternativa, que se muestra en la Figura 6.6.4. Un actuador neumático de acción directa que  está acoplado a una válvula de control con un pico de acción inversa.

La elección entre controles de accionamiento neumático directo y accionamiento reverso dependen de la posición a la que la válvula debe volver en el caso de fallo de la alimentación del aire comprimido. ¿Deberá la válvula cerrarse o quedar muy abierta?. Esta elección depende de la naturaleza de la aplicación y los requisitos de seguridad. Tiene sentido, por ejemplo, que las válvulas de vapor se cierren en caso de fallo de aire y que las válvulas de enfriamiento se abran en caso de fallo del aire. La combinación del tipo de actuador y la válvula debe ser considerada. Figura 6.6.5 y Figura 6.6.6 muestran el efecto neto de las diversas combinaciones.

Figura 6.6.5. Efecto neto de varias combinaciones de válvulas de dos puertos

Figura. 6.6.6 Efecto neto de dos combinaciones de válvulas de tres puertos

Puesta en marcha de sistemas de control

Los posicionadores neumáticos están normalmente localizados al lado o en la parte superior del actuador y son comúnmente instalados directamente sobre los soportes del actuador. Un brazo de realimentación (varilla, articulación, etc.) conecta el posicionador a los vástagos del actuador. El posicionador se conecta mecánicamente al vástago de la válvula y se mueve en relación con las señales recibidas por el controlador. Los mandos de control situados en el posicionador controlan la señal que dirige la presión del aire, así como el suministro del mismo. Cada posicionador neumático tiene una asignación mínima y máxima de presión de aire para un rendimiento eficiente. Si la presión de aire excede estos estándares de operación, el posicionador no funcionará correctamente.

Durante la operación, un posicionador neumático reconoce la señal emitida desde el controlador y entrega una salida de presión aire como se indica. Esta presión de aire conmuta el actuador, asegurándose de que la presión desde el controlador y la apertura de la válvula coincidan. El posicionador también puede aumentar la velocidad de respuesta de una válvula mediante el uso de una corriente de aire de extremadamente alta presión. El suministro de alta presión a la válvula y el actuador hace que el posicionador  actúe como un amplificador de la fuerza proporcionada por el mecanismo.

Cuando se pone en marcha un sistema de control, es importante saber si una válvula de regulación está equipada con un posicionador. Si una válvula no tiene un posicionador, entonces, como parte del lazo de funcionamiento, puede ser necesario la instalación de un posicionador sobre la válvula para conseguir el rendimiento deseado de control. Por diversas razones, una válvula puede instalarse sin posicionador. En cuyo caso, la válvula normalmente estará equipada con un transductor electro neumático, un "I-P", que toma la señal de corriente de 4-20 mA desde el sistema de control y, basándose en el valor de la señal, proporciona una señal 3 -15 psi al actuador de la válvula. Un ejemplo de una válvula con un transductor electro-neumático se muestra a continuación.

Fig. Válvula con transductor electroneumático

El costo de un transductor I-P es mucho menor que el costo de un posicionador de válvula. Sin embargo, en este tipo de instalación, no hay medios para ajustar automáticamente la presión de aire en el actuador para asegurarse que la posición requerida se mantiene en la válvula. 

Por consiguiente, es común tener grandes desplazamientos entre la posición de ajuste de la válvula, solicitado por el sistema de control, y la posición real de la válvula. Este desplazamiento es causado a menudo por la fuerza necesaria para superar la fricción de la empaquetadura de la válvula.

Pero las directrices de los fabricantes de válvulas sobre cuándo utilizar un posicionador frente a un transductor I-P han cambiado dramáticamente en los últimos 40 años. En la década de los 1970s, muchos fabricantes de válvulas recomendaban que los posicionadores de válvula se utilicen sólo en un número limitado de aplicaciones. Las plantas construidas en ese período de tiempo pueden todavía tener válvulas que no tienen un posicionador. Sin embargo, basándose en la experiencia práctica, la recomendación de hoy es que un posicionador siempre debe ser utilizado con una válvula. Un ejemplo de una válvula con un posicionador se muestra a continuación.

Fig. Válvula de vástago deslizante

 

Si la válvula está pegada, entonces no se puede mover como se solicita en respuesta a un cambio en la entrada del sistema de control a menos que la válvula tenga un posicionador. Por lo tanto, un posicionador debe ser instalado si la válvula se va a utilizar en una aplicación de lazo de control industrial. Hay muy pocas instalaciones que no se beneficiarían si todas las válvulas estuvieran instaladas con un posicionador.

 

 

 

 

 


Si esta información te resulta útil, compártela :

 

 

 

VOLVER ARRIBA