Actuadores eléctricos y neumáticosPara válvulas de tuberías: Aparentemente, 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 visión es errónea. Además de las diferencias principales y evidentes, también presentan características únicas menos obvias.

Los actuadores eléctricos y neumáticos son los dos mecanismos de accionamiento más utilizados en los sistemas de automatización. Generalmente, la elección del actuador se realiza en la fase de diseño básico y se mantendrá durante toda su vida útil tras la instalación.

Al elegir el tipo de alimentación del actuador, a menudo no se tienen en cuenta los parámetros del fluido del proceso en la tubería, sino que solo se presta atención a los materiales de referencia internos del diseñador, la situación del suministro eléctrico o si el lugar puede suministrar una gran cantidad de gas prefabricado.

Sin embargo, durante el funcionamiento, suele ser necesario equipar algunas válvulas con actuadores, o bien los parámetros del fluido de proceso en algunas de ellas cambian. Surge entonces la pregunta: ¿Debo conservar el actuador original o sustituirlo 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 neumáticos. Obviamente, en cuanto al número de ciclos de funcionamiento, el actuador neumático tiene una vida útil más larga debido a su estructura más simple. Además, la superficie de contacto por fricción del actuador neumático está hecha de elastómero o polímero, y las juntas tóricas y los elementos guía de plástico desgastados son fáciles de reemplazar.

Como actuador eléctrico, generalmente cuenta con una caja reductora que conecta el motor con el eje de salida. Numerosos engranajes se acoplan entre sí y 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 motor. 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.

Por lo general, el par del actuador debe ser mayor que el par máximo de la válvula o mayor que el par necesario para accionar el elemento de cierre. En la práctica, el par real de la válvula puede ser mayor que el par máximo indicado en la marca del fabricante, e incluso mayor que el par máximo del actuador. Esto constituye, sin duda, una emergencia.

Si se continúa accionando el actuador, se pueden dañar tanto el actuador como la válvula. Si el par de la válvula aumenta, el motor incrementará gradualmente el par hasta alcanzar el valor de extracción. Esto significa que la estructura mecánica se ve obligada a generar y soportar un par excesivo, más allá del rango de diseño.

Protección contra sobretorque

Para evitar daños en el equipo bajo las condiciones mencionadas, el actuador eléctrico puede equiparse con dispositivos especiales. El más común es el interruptor de par, que puede ser mecánico (cuyo principio de funcionamiento habitual es el movimiento lineal axial del engranaje helicoidal en estado de sobrepar) o electrónico (que mide la corriente del estator o utiliza el efecto Hall). Cuando el par supera el valor máximo de diseño, el interruptor de par interrumpe la tensión del estator y detiene el motor del actuador. Los actuadores neumáticos no requieren protección contra sobrepar. Si el par aplicado a la válvula supera el límite especificado, las propiedades físicas del aire comprimido provocan la detención del actuador neumático. A diferencia de los actuadores eléctricos, el par de salida de los actuadores neumáticos no supera el límite de diseño. Por lo tanto, si la válvula de la tubería está equipada con un actuador neumático, se elimina el riesgo de fallo del equipo debido a que el par supere el valor especificado.

Diseño a prueba de explosiones

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

No obstante, sigue siendo necesario recalcar que los equipos a prueba de explosiones deben utilizarse en entornos con materiales peligrosos.

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

Posicionamiento

Los actuadores neumáticos presentan uno de los inconvenientes más importantes. Cuando el actuador alcanza la mitad de su recorrido, el posicionamiento se complica, lo que dificulta el posicionamiento 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 puede utilizarse en sistemas que no requieren una alta precisión de posicionamiento ni de control. Los actuadores neumáticos utilizados en válvulas de tuberías presentan características propias en su diseño estructural: todos los componentes del sistema de control se instalan en la superficie exterior del actuador, es decir, fuera de la estructura principal. Si se necesita cambiar el modo de funcionamiento de apagado a control, es necesario sustituir la electroválvula por un posicionador. Dado que estos dos componentes se instalan en la superficie exterior del actuador neumático y el diseño de la superficie de acoplamiento es el mismo, resulta más sencillo retirar el distribuidor e instalar el posicionador. En otras palabras, el mismo actuador neumático puede utilizarse tanto para el apagado como para el control, simplemente sustituyendo los accesorios correspondientes (Figura 1-2).