Actuadores eléctricos y neumáticosPara válvulas de tuberías: Parece que los dos tipos de actuadores son bastante diferentes, y la elección debe basarse en la fuente de alimentación disponible en el lugar de instalación. Sin embargo, esta opinión es sesgada. Además de las diferencias principales y obvias, también presentan una serie de características únicas menos evidentes.

Los actuadores eléctricos y neumáticos son los dos mecanismos de accionamiento más utilizados en los sistemas de automatización. Normalmente, la decisión de selección del actuador se toma en la etapa de diseño básico y se utilizará hasta el final de su vida útil tras la instalación.

Al elegir el tipo de potencia del actuador, las personas a menudo no consideran los parámetros del medio de proceso en la tubería, sino que solo prestan atención a los materiales de referencia internos del diseñador, la situación del suministro de energía o si el sitio puede suministrar una gran cantidad de gas prefabricado.

Sin embargo, durante la operación, a menudo se observa que algunas válvulas requieren actuadores, o que los parámetros del fluido de proceso en algunas cambian. Surge entonces la pregunta: ¿Conservo el actuador original o lo reemplazo por otro para mejorar el rendimiento?

Mayor vida útil

Este artículo presentará y comparará las principales características de rendimiento de los actuadores eléctricos y neumáticos.

En circunstancias normales, los fabricantes garantizan 10.000 ciclos de funcionamiento para los actuadores eléctricos y 100.000 para los actuadores neumáticos. Obviamente, en cuanto al número de ciclos de funcionamiento, el actuador neumático tiene una mayor vida útil gracias a su estructura más simple. Además, la superficie de contacto de fricción del actuador neumático está hecha de elastómero o polímero, y las juntas tóricas y los elementos de guía de plástico desgastados son fáciles de reemplazar.

Como actuador eléctrico, suele contar con una caja reductora que conecta el motor con el eje de salida. Hay muchos engranajes que engranan entre sí y que se desgastan durante el funcionamiento. Cabe destacar que no es necesario cambiar la grasa lubricante durante toda la vida útil del actuador neumático.

Esfuerzo de torsión

Uno de los parámetros de rendimiento más importantes de los actuadores de válvulas de tuberías es el par. El par de un actuador eléctrico depende del diseño (componente constante) y de la tensión aplicada al estator. El par de un actuador neumático depende del diseño (componente constante) y de la presión del aire suministrado al actuador neumático.

Generalmente, el par del actuador debe ser mayor que el par máximo de la válvula o que el par necesario para mover el elemento de cierre. En condiciones reales de uso, el par real de la válvula puede ser mayor que el par máximo indicado por el fabricante y también mayor que el par máximo del actuador. Esto constituye, sin duda, una emergencia.

Si continúa operando el actuador, podría dañarlo y la válvula. Si el par de la válvula aumenta, el motor lo incrementará gradualmente hasta alcanzar el valor de extracción. Esto significa que la estructura mecánica se ve forzada a generar y soportar un par excesivo, más allá del rango de diseño.

Protección contra sobrepar

Para evitar daños al equipo en las condiciones mencionadas, el actuador eléctrico puede equiparse con dispositivos especiales. El más común es el interruptor de par, que puede ser mecánico (el principio de funcionamiento común es que el engranaje sinfín se mueve axialmente linealmente en estado de sobrepar); o electrónico (el principio común es medir la corriente del estator o el efecto Hall). Cuando el par supera el valor máximo de diseño, el interruptor de par corta la tensión del estator y detiene el motor del actuador. Los actuadores neumáticos no necesitan protección contra sobrepar. Si el par aplicado a la válvula supera el límite especificado, las propiedades físicas del aire comprimido harán que el actuador neumático deje de funcionar. A diferencia de los actuadores eléctricos, el par de salida de los actuadores neumáticos no supera el límite de diseño. Si la válvula de tubería está equipada con un actuador neumático, se elimina el riesgo de fallo del equipo debido a un par que supere el valor especificado.

Diseño a prueba de explosiones

Si existen mercancías peligrosas en el entorno de uso, los equipos eléctricos pueden provocar una explosión. Por limitaciones de espacio, no se incluyen en este artículo los niveles y métodos de protección en entornos peligrosos.

Sin embargo, todavía es necesario enfatizar que en entornos con materiales peligrosos se deben utilizar equipos a prueba de explosiones.

En comparación con los actuadores eléctricos industriales convencionales, los actuadores eléctricos antideflagrantes para válvulas de tuberías son más costosos y de diseño más complejo. Incluso si el actuador neumático se utiliza en un entorno peligroso, no existe riesgo potencial de explosión. En el caso de los actuadores neumáticos, el diseño especial para entornos peligrosos también se limita a posicionadores, electroválvulas e interruptores de límite (Figura 1-3). Por consiguiente, si se utiliza un actuador neumático con un accesorio antideflagrante para operar una válvula de tubería, el coste será significativamente menor que el de un actuador eléctrico antideflagrante con la misma función.

Posicionamiento

Los actuadores neumáticos presentan una de sus principales desventajas. Cuando el actuador alcanza la mitad de su carrera, su posicionamiento es más complejo, lo que dificulta la colocación del carrete de la válvula de control.

Debido a las características físicas del aire, la precisión de posicionamiento de los actuadores neumáticos es varias veces menor que la de los actuadores eléctricos. Si el actuador eléctrico utiliza un motor paso a paso, su precisión de posicionamiento es varios órdenes de magnitud mayor que la de un actuador neumático equipado con un posicionador. Este último solo se puede utilizar en sistemas que no requieren alta precisión de posicionamiento ni de control. Los actuadores neumáticos utilizados en válvulas de tuberías tienen sus propias características de diseño estructural: todos los componentes del sistema de control se instalan en la superficie exterior del actuador, o fuera de la estructura principal. Si necesita cambiar el modo de funcionamiento de apagado a control, debe reemplazar la válvula solenoide por un posicionador. Dado que ambos componentes se instalan en el exterior del actuador neumático y el diseño de la superficie de contacto es el mismo, resulta más conveniente retirar el distribuidor e instalar el posicionador. En otras palabras, el mismo actuador neumático se puede utilizar tanto para apagado como para control, reemplazando los accesorios correspondientes (Figura 1-2).