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INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

VÁLVULAS, ACTUADORES, PISTONES NEUMÁTICOS

ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

• VÁLVULAS

• ACTUADORES

• PISTONES NEUMÁTICOS

VÁLVULAS

Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.

VÁLVULAS

Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia

VÁLVULAS

Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.

VÁLVULAS

ACTUADORel actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadotes neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte tal como se muestra en la figura (1-a.). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadotes se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg, produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.

VÁLVULAS

Cuerpo de la válvula

este esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador.

VÁLVULAS

Categorías de válvulas

Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio).

VÁLVULAS DE COMPUERTA

La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento (fig. 1-1).

Figura 1-1 Válvula de compuerta


Recomendada para

• Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación. • Para uso poco frecuente. • Para resistencia mínima a la circulación. • Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la

tubería


Ventajas

1. Alta capacidad. 2. Cierre hermético. 3. Bajo costo. 4. Diseño y funcionamiento sencillos. 5. Poca resistencia a la circulación.

Desventajas

1. Control deficiente de la circulación. 2. Se requiere mucha fuerza para accionarla. 3. Produce gravitación con baja caída de presión. 4. Debe estar cubierta o cerrada por completo. 5. La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y

del disco


Variaciones

• Cuña maciza, cuña flexible, cuña dividida, disco doble.

Materiales

• Cuerpo: bronce, hierro fundido, hierro, aceroforjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, plástico de PVC.

• Componentes diversos.


Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento

1. Lubricar a intervalos periódicos. 2. Corregir de inmediato las fugas por la

empaquetadura. 3. Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubería para

líquidos calientes y al comprobar que las válvulas estén cerradas.

4. No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca.

5. Abrir las válvulas con lentitud para evitar el choque hidráulico en la tubería.

6. Cerrar las válvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados.


Especificaciones para el pedido

• Tipo de conexiones de extremo. • Tipo de cuña. • Tipo de asiento. • Tipo de vástago. • Tipo de bonete. • Tipo de empaquetadura del vástago. • Capacidad nominal de presión para operación y

diseño. • Capacidad nominal de temperatura para operación y

diseño.

VÁLVULAS DE MACHO

La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° (fig. 1-2).

Figura 1-2 Válvula de macho.

VÁLVULAS DE MACHO

Recomendada para• Servicio con apertura total o cierre total. • Para accionamiento frecuente. • Para baja caída de presión a través de la válvula. • Para resistencia mínima a la circulación. • Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.

VÁLVULAS DE MACHO

Aplicaciones

• Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos.

• Ventajas • Alta capacidad. • Bajo costo. • Cierre hermético. • Funcionamiento rápido.

VÁLVULAS DE MACHO

Desventajas

1. Requiere alta torsión (par) para accionarla. 2. Desgaste del asiento. 3. gravitación con baja caída de presión.

VÁLVULAS DE MACHO

Variaciones

• Lubricada, sin lubricar, orificios múltiples.

Materiales

• Hierro, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleación 20, Monel, níquel, Hastelloy, camisa de plástico

VÁLVULAS DE MACHO


1. Dejar espacio libre para mover la manija en las válvulas accionadas con una llave.

2. En las válvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en servicio.

3. En las válvulas con macho lubricado, lubricarlas a intervalos periódicos.

VÁLVULAS DE MACHO

Especificaciones para pedido

• Material del cuerpo. • Material del macho. • Capacidad nominal de temperatura. • Disposición de los orificios, si es de orificios múltiples. • Lubricante, si es válvula lubricada.

VÁLVULAS DE GLOBO

Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería (fig. 1-3).

Figura 1-3 Válvula de globo.

VÁLVULAS DE GLOBO

Recomendada para

• Estrangulación o regulación de circulación. • Para accionamiento frecuente. • Para corte positivo de gases o aire.

• Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.

VÁLVULAS DE GLOBO

Aplicaciones

• Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.

VÁLVULAS DE GLOBO

Ventajas

1. Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.

2. Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.

3. Control preciso de la circulación. 4. Disponible con orificios múltiples.

Desventajas

1. Gran caída de presión. 2. Costo relativo elevado

VÁLVULAS DE GLOBO

Variaciones

• Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías.

Materiales

• Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos.

• Componentes: diversos

VÁLVULAS DE GLOBO


• Instalar de modo que la presión este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.

Registro en lubricación.

• Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.

• Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.

VÁLVULAS DE GLOBO


• Tipo de conexiones de extremo. • Tipo de disco. • Tipo de asiento. • Tipo de vástago. • Tipo de empaquetadura o sello del vástago. • Tipo de bonete. • Capacidad nominal para presión. • Capacidad nominal para temperatura.

VÁLVULAS DE BOLA

Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto (fig. 1-4).

Figura 1-4 Válvula de bola.

VÁLVULAS DE BOLA

Recomendada para

• Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación. • Cuando se requiere apertura rápida. • Para temperaturas moderadas. • Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.

VÁLVULAS DE BOLA

Aplicaciones

• Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.

VÁLVULAS DE BOLA

Ventajas

• Bajo costo. • Alta capacidad. • Corte bidireccional. • Circulación en línea recta. • Pocas fugas. • Se limpia por si sola. • Poco mantenimiento. • No requiere lubricación. • Tamaño compacto. • Cierre hermético con baja torsión (par).

VÁLVULAS DE BOLA

Desventajas

• Características deficientes para estrangulación. • Alta torsión para accionarla. • Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras. • Propensa a la cavitación.

VÁLVULAS DE BOLA

Variaciones

• Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías, Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido.

Materiales

• Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC.

• Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno.

VÁLVULAS DE BOLA


• Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.


• Temperatura de operación. • Tipo de orificio en la bola. • Material para el asiento. • Material para el cuerpo. • Presión de funcionamiento. • Orificio completo o reducido. • Entrada superior o entrada lateral

VÁLVULA DE MARIPOSA

La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la circulación (fig. 1-5).

Figura 1-5 Válvula de mariposa


Recomendada para

• Servicio con apertura total o cierre total. • Servicio con estrangulación. • Para accionamiento frecuente. • Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos. • Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la

tubería. • Para baja ciada de presión a través de la válvula.


Aplicaciones

• Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.


Ventajas

1. Ligera de peso, compacta, bajo costo. 2. Requiere poco mantenimiento. 3. Numero mínimo de piezas móviles. 4. No tiene bolas o cavidades. 5. Alta capacidad. 6. Circulación en línea recta. 7. Se limpia por si sola.

Desventajas

1. Alta torsión (par) para accionarla. 2. Capacidad limitada para caída de presión. 3. Propensa a la gravitación.


Variaciones

• Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, con camisa completa, alto rendimiento.

Materiales

• Cuerpo: hierro, hierro dúctil, aceros al carbono, acero forjado, aceros inoxidables, aleación 20, bronce, Monel.

• Disco: todos los metales; revestimientos de elastómeros como TFE, Kynar, Buna-N, neopreno, Hypalon.

• Asiento: Buna-N, viton, neopreno, caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar, TFE.



• Se puede accionar con palanca, volante o rueda para cadena.• Dejar suficiente espacio para el movimiento de la manija, si se

acciona con palanca.• Las válvulas deben estar en posición cerrada durante el

manejo y la instalación.



• Tipo de cuerpo. • Tipo de asiento. • Material del cuerpo. • Material del disco. • Material del asiento. • Tipo de accionamiento. • Presión de funcionamiento. • Temperatura de funcionamiento

VÁLVULAS DE DIAFRAGMA

Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación (fig. 1-6).

Figura 1-6 Válvula de diafragma


Recomendada para

• Servicio con apertura total o cierre total. • Para servicio de estrangulación. • Para servicio con bajas presiones de operación.

Aplicaciones

• Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos.


Ventajas

1. Bajo costo. 2. No tienen empaquetaduras. 3. No hay posibilidad de fugas por el vástago. 4. Inmune a los problemas de obstrucción, corrosión

o formación de gomas en los productos que circulan.

Desventajas

1. Diafragma susceptible de desgaste. 2. Elevada torsión al cerrar con la tubería llena.


Variaciones

• Tipo con vertedero y tipo en línea recta. • Materiales • Metálicos, plásticos macizos, con camisa, en gran variedad de

cada uno.


• Lubricar a intervalos periódicos.• No utilizar barras, llaves ni herramientas para cerrarla.



• Material del cuerpo. • Material del diafragma. • Conexiones de extremo. • Tipo del vástago. • Tipo del bonete. • Tipo de accionamiento. • Presión de funcionamiento. • Temperatura de funcionamiento

VÁLVULAS DE APRIETE

La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o mas elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre si para cortar la circulación (fig. 1-7).

Figura 1-7 Válvula de apriete


Recomendada para

• Servicio de apertura y cierre. • Servicio de estrangulación. • Para temperaturas moderadas. • Cuando hay baja caída de presión a través de la válvula. • Para servicios que requieren poco mantenimiento.

Aplicaciones

• Pastas semilíquidas, lodos y pastas de minas, líquidos con grandes cantidades de sólidos en suspensión, sistemas para conducción neumática de sólidos, servicio de alimentos.


Ventajas

1. Bajo costo. 2. Poco mantenimiento. 3. No hay obstrucciones o bolsas internas que la

obstruyan. 4. Diseño sencillo. 5. No corrosiva y resistente a la abrasión.

Desventajas

1. Aplicación limitada para vació. 2. Difícil de determinar el tamaño


Variaciones

• Camisa o cuerpo descubierto; camisa o cuerpo metálicos alojados.

Materiales

• Caucho, caucho blanco, Hypalon, poliuretano, neopreno, neopreno blanco, Buna-N, Buna-S, Viton A, butilo, caucho de siliconas, TFE.



• Los tamaños grandes pueden requerir soportes encima o debajo de la tubería, si los soportes para el tubo son inadecuados.


• Presión de funcionamiento. • Temperatura de funcionamiento. • Materiales de la camisa. • Camisa descubierta o alojada

VÁLVULAS DE RETENCIÓN (CHECK) Y DE DESAHOGO (ALIVIO)

Hay dos categorías de válvulas y son para uso específico, más bien que para servicio general: válvulas de retención (check) y válvulas de desahogo (alivio). Al contrario de los otros tipos descritos, son válvulas de accionamiento automático, funcionan sin controles externos y dependen para su funcionamiento de sentido de circulación o de las presiones en el sistema de tubería. Como ambos tipos se utilizan en combinación con válvulas de control de circulación, la selección de la válvula, con frecuencia, se hace sobre la base de las condiciones para seleccionar la válvula de control de circulación.

VÁLVULAS DE RETENCIÓN (CHECK).

• La válvula de retención (fig. 1-8) esta destinada a impedir una inversión de la circulación. La circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la circulación, se cierra. Hay tres tipos básicos de válvulas de retención: 1) válvulas de retención de columpio, 2) de elevación y 3) de mariposa

Figura 1-8 Válvula de retensión (tipo de elevación).

VÁLVULAS DE RETENCIÓN DEL COLUMPIO

Esta válvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza la circulación inversa. Hay dos diseños: uno en "Y" que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de la tubería y un tipo de circulación en línea recta que tiene anillos de asiento reemplazables.


Recomendada para

• Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación. • Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de

circulación en la tubería. • Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta. • Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente.


Aplicaciones

• Para servicio con líquidos a baja velocidad.

Ventajas

1. Puede estar por completo a la vista. 2. La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy

bajas. 3. El disco en "Y" se puede esmerilar sin desmontar la válvula

de la tubería.


Variaciones

• Válvulas de retención con disco inclinable.

Materiales

• Cuerpo: bronce, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, acero al carbono.

• Componentes: diversos.



• En las tuberías verticales, la presión siempre debe estar debajo del asiento.

• Si una válvula no corta el paso, examinar la superficie del asiento.

• Si el asiento esta dañada o escoriado, se debe esmerilar o reemplazar.

• Antes de volver a armar, limpiar con cuidado todas las piezas internas.

VÁLVULAS DE RETENCIÓN DE ELEVACIÓN

• Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.

Figura 1-8 Válvula de retensión (tipo de elevación).


Recomendada para

• Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería. • Para uso con válvulas de globo y angulares. • Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no

es problema.


• Aplicaciones

• Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación.

• Ventajas

1. Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total. 2. Acción rápida.


Variaciones

• Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical.• Tipos con bola (esfera), pistón, bajo carga de resorte, retención

para vapor.

Materiales

• Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito impenetrable, camisa de TFE.




• La presión de la tubería debe estar debajo del asiento. • La válvula horizontal se instala en tuberías horizontales. • La válvula vertical se utiliza en tubos verticales con circulación

ascendente, desde debajo del asiento. • Si hay fugas de la circulación inversa, examinar disco y

asiento.

VÁLVULA DE RETENCIÓN DE MARIPOSA

Una válvula de retención de mariposa tiene un disco dividido embisagrado en un eje en el centro del disco, de modo que un sello flexible sujeto al disco este a 45° con el cuerpo de la válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula para abrir por completo.


Recomendada para

• Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería.

• Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación. • Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma

o de apriete.


Aplicaciones

• Servicio para líquidos o gases.

Ventajas

1. El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de camisas de asiento.

2. Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión. 3. Funcionamiento rápido. 4. La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros

grandes. 5. Se puede instalar virtualmente en cualquier posición.


Variaciones

• Con camisa completa.• Con asiento blando.

Materiales

• Cuerpo: acero, acero inoxidable, titanio, aluminio, PVC, CPCB, polietileno, polipropileno, hierro fundido, Monel, bronce.

• Sello flexible: Buna-N, Viton, caucho de butilo, TFE, neopreno, Hypalon, uretano, Nordel, Tygon, caucho de siliconas.



• En las válvulas con camisa, esta se debe proteger contra daños durante el manejo.

• Comprobar que la válvula queda instalada de modo que la abra la circulación normal

VÁLVULAS DE DESAHOGO (ALIVIO)

• Una válvula de desahogo (fig. 1-9) es de acción automática para tener regulación automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para regularla.

• La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos comprimibles.

• El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante formulas especificas


Figura 1-9 Válvula de desahogo (alivio)


Recomendada para

• Sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones.

Aplicaciones

• Agua caliente, vapor de agua, gases, vapores.

Ventajas

1. Bajo costo. 2. No se requiere potencia auxiliar para la operación.


Variaciones

• Seguridad, desahogo de seguridad. • Construcción con diafragma para válvulas utilizadas en

servicio corrosivo.

Materiales

• Cuerpo: hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE, bronce, latón, camisa de TFE, acero inoxidable, Hastelloy, Monel.




• Se debe instalar de acuerdo con las disposiciones del CódigoASME para recipientes de presión sin fuego.

• Se debe instalar en lugares de fácil acceso para inspección y mantenimiento.

ACTUADORES

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de controlcomo lo son las válvulas.

• Existen tres tipos de actuadores:

• Hidráulicos • Neumáticos • Eléctricos

ACTUADORESLos actuadores hidráulicos, neumáticos eléctricos son usados pera manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento. Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento Por todo esto es necesario conocer muy bien las características de cada actuador para utilizarlos correctamente de acuerdo a su aplicación especifica

ACTUADORES HIDRÁULICOS

Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos:

• cilindro hidráulico • motor hidráulico • motor hidráulico de oscilación


Cilindro hidráulico

• De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos: de Efecto simple y de acción doble. En el primer tipo se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer. El segundo tipo se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones. El control de dirección se lleva a cabo mediante un solenoide que se muestra a continuación


En el interior poseen un resorte que cambia su constante elástica con el paso de la corriente. Es decir, si circula corriente por el pistón eléctrico este puede ser extendido fácilmente. Cilindro de presión dinámica Lleva la carga en la base del cilindro. Los costos de fabricación por lo general son bajos ya que no hay partes que resbalen dentro del cilindro.


Cilindro de Efecto simple• La barra esta solo en uno de los extremos del pistón, el cual se

contrae mediante resortes o por la misma gravedad. La carga puede colocarse solo en un extremo del cilindro.


Cilindro de Efecto doble

• La carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso horizontal debido a la diferenciade presión entre los extremos del pistón


Cilindro telescópico

• La barra de tipo tubo multietápico es empujada sucesivamente conforme se va aplicando al cilindro aceite a presión. Se puede lograr una carrera relativamente en comparación con la longitud del cilindro


Motor hidráulico

• En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupo: El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión, y el segundo, de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia. A continuación se muestra la clasificación de este tipo de motores


TIPOS DE MOTORES PARA LOS ACTUADORES

• Motor de engranaje • Tipo Rotatorio Motor de Veleta • Motor de Hélice • Motor Hidráulico Motor de Leva excéntrica • Pistón Axial • Tipo Oscilante Motor con eje inclinado


Motor de Engranaje. • El aceite a presión fluye desde la entrada que actúa sobre la

cara dentada de cada engranaje generando torque en la dirección de la flecha. La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a alta velocidad.


Motor con pistón eje inclinado

• EL aceite a presión que fluye desde la entrada empuja el pistón contra la brida y la fuerza resultante en la dirección radial hace que el eje y el bloque del cilindro giren en la dirección de la flecha. Este tipo de motor es muy conveniente para usos a alta presión y a alta velocidad. Es posible modificar su capacidad al cambiar el ángulo de inclinación del eje.


Motor oscilante con pistón axial

• Tiene como función, el absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el momento que éste lo precise.

ACTUADORES NEUMÁTICOS

• A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

• En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.


• Tipos de actuadores neumáticos

• De Efecto simple • Cilindro Neumático • Actuador Neumático De efecto Doble • Con engranaje • Motor Neumático Con Veleta • Con pistón • Con una veleta a la vez • Multiveleta • Motor Rotatorio Con pistón • De ranura Vertical • De émbolo • Fuelles, Diafragma y músculo artificial • Cilindro de Simple Efecto


Cremallera

• Transforman un movimiento lineal en un movimiento rotacional y no superan los 360°


Rotativos de Paletas

• Son elemento motrices destinados a proporcionar un giro limitado en un eje de salida. La presión del aire actúa directamente sobre una o dos palas imprimiendo un movimiento de giro. Estos no superan los 270° y los de paleta doble no superan los 90°.


Partes de un Actuador

• 1 SISTEMA DE "LLAVE DE SEGURIDAD" : Este método de llave de seguridad para la retención de las tapas del actuador, usa una cinta cilíndrica flexible de acero inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a máquina. Esto elimina la concentración de esfuerzos causados por cargas centradas en los tornillos de las tapas y helicoils. Las Llaves de Seguridad incrementan de gran forma la fuerza del ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra desacoplamientos peligrosos.


• 2 PIÑÓN CON RANURA: Esta ranura en la parte superior del piñón provee una transmisión autocentrante, directa para indicadores de posición e interruptores de posición, eliminando el uso de bridas de acoplamiento. (Bajo la norma Namur).

• 3 COJINETES DE EMPALME: Estos cojinetes de empalme barrenados y enroscados sirven para simplificar el acoplamiento de accesorios a montar en la parte superior. (Bajo normas ISO 5211 Y VDI).


• 5 PASE DE AIRE GRANDE: Los conductos internos para el pasaje de aire extra grandes permiten una operación rápida y evita el bloqueo de los mismos.

• 6 MUÑONERAS: Una muñonera de nuevo diseño y de máxima duración, permanentemente lubricada, resistente a la corrosión y de fácil reemplazo, extiende la vida del actuador en las aplicaciones más severas.


• 7 CONSTRUCCIÓN: Se debe proveer fuerza máxima contra abolladuras, choques y fatiga. Su piñón y cremallera debe ser de gran calibre, debe ser labrado con maquinaria de alta precisión, y elimina el juego para poder obtener posiciones precisas.

• 8 CERAMIGARD: Superficie fuerte, resistente a la corrosión, parecida a cerámica. Protege todas las partes del actuador contra desgaste y corrosión.


• 9 REVESTIMENTO: Un revestimiento doble, para proveer extra protección contra ambientes agresivos.

• 11 ACOPLE: Acople o desacople de módulos de reposición por resorte, o de seguridad en caso de falla de presión de aire.

• 12 TORNILLOS DE AJUSTE DE CARRERA: Provee ajustes para la rotación del piñón en ambas direcciones de viaje; lo que es esencial para toda válvula de cuarto de vuelta


• 16 MUÑONERAS RADIALES Y DE CARGA DEL PIÑÓN: Muñoneras reemplazables que protegen contra cargas verticales. Muñoneras radiales soportan toda carga radial.

• 17 SELLOS DEL PIÑÓN - SUPERIOR E INFERIOR: Los sellos del piñón están posicionados para minimizar todo hueco posible, para proteger contra la corrosión.

• 19 RESORTES INDESTRUCTIBLES DE SEGURIDAD EN CASO DE FALLA: Estos resortes son diseñados y fabricados para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la corrosión. Los resortes son clasificados y asignados de forma particular para compensar la pérdida de memoria a la cual esta sujeta todo resorte; para una verdadera confianza en caso de falla en el suministro de aire.

ACTUADORES ELÉCTRICOS

• La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entra la fuente de poder y el actuador.

• Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua


Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña. La forma mas sencilla para el accionamiento con un pistón, seria la instalación de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón de accionamiento y a las entradas roscadas, tal y como se observa en el siguiente diagrama

El pistón eléctrico puede ser accionado por una corriente, con lo cual para su accionamiento, solo hará falta utilizar un simple relé. En caso que se decidiera alimentarlo con cc, la corriente deberá ser del mismo valor pudiendo ser activado por una salida a transistor de un PLC.


Accionamiento con Alambres Musculares

• Los Alambres Musculares , también son actuadores. Tienen una apariencia semejante a la de un pelo, con la gran diferenciaque al activarlos con corriente eléctrica estos se contraen generando fuerzas desde los 20 a los 2000 gramos, dependiendo de su diámetro.

• Podría construirse un sistema semejante al utilizado con el pistón, lográndose aun una mayor rapidez para el accionamiento del mecanismo.

• También podrían implementase montajes mas sencillos, como el de una alambre en V invertida que posea los dos terminales del alambre solidarios a un chasis montado por debajo de la base de la válvula, de tal manera que el vértice de la V invertida este sobre el mecanismo de cierre de la válvula. Como se observa en el siguiente esquema:

EJEMPLOS DE ACTUADORES, VÀLVULAS Y PISTONES

Serie Excel (XL):Actuadores de aluminio de funcionamiento por cremallera y piñón con arreglo a las normas ISO, NAMUR y VDI/VDE. Regulación del tope de fin de carrera tanto en el sentido de abrir como en el de cerrar. Retroceso por resorte y efecto doble. Protección contra la corrosión, tanto interna como externamente. Destinados para válvulas que requieran un par motor de hasta 3.950 Nm.

ACTUADOR XL

Commando Excel:La serie Excel (XL) Commando es una opción del actuador XL de aluminio con funcionamiento por cremallera y piñón, del cual Hytork es el líder del mercado. Su funcionamiento está ampliamente demostrado y se atiene a las normas ISO, NAMUR y VDI/VDE. Regulación del tope de fin de carrera tanto en el sentido de abrir como en el de cerrar. Retroceso por resorte o doble efecto. Protección contra la corrosión, tanto interna como externa. Protección mejorada contra la corrosión para aplicaciones en entornos más agresivos.Destinados para válvulas que requieran un par motor de hasta 3.950 Nm.

ACTUADOR XL

VÁLVULAS DE SOLENOIDE

• Montaje directo Válvulas NAMUR de solenoide: La norma NAMUR mundial.Válvulas de solenoide, de montaje directo, para todo tipo de aplicaciones. Hytork "CATS" (en sus siglas inglesas, significando "Resortes Neumáticos con Aire Limpio") destinados para los actuadores de retroceso por resorte de funcionamiento seguro. Construcción a base de una diversidad de materiales, incluyendo aluminio, acero inoxidable y bronce. Las opciones con bobina incluyen las de intemperie, a prueba de explosiones y funcionamiento intrínsecamente seguro. Pueden obtenerse para todos los voltajes necesarios, incluyendo los del tipo C.C. de bajo consumo.

VÁLVULAS DE SOLENOIDE

VÁLVULA

ACTUADORES

Los actuadores tipo AN657 y AN667 son los más requeridos para el comando neumático de la amplia variedad de válvulas de control de INDUSTRIAS EPTA, éstos pueden ser de dos tipos, proporcional o dos posiciones. Ambos tipos de actuadores pueden ser acomodados a una extensa variedad de requerimientos

ACTUADORES

ACTUADOR

ACTUADOR A2000

• Descripción del Producto: Compactos, estructura de acero, adecuados para todo tipo de válvulas de control. Reversibles, con diseño multimuelle y alcance de señal ajustable

• Tipo: Neumático• Tamaño:300 a 2600 cm2• Presión de Alimentación: Max. 6 bar• Recorrido nominal:10 a 120 mm • Posición de seguridad: Abierta o cerrada

ACTUADOR A2000

ACTUADOR A2000LEVER

• Descripción del Producto :Compacto, estructura de acero, adecuados para todo tipo de válvulas de control. Reversible, con diseño multimuelle y alcance de señal ajustable

• Tipo: Neumático Tamaño :300 a 2600 cm2 • Presión de Alimentación :Max. 6 bar• Recorrido nominal:40 a 260 mm • Posición de seguridad :Abierta o cerrada

ACTUADOR A2000LEVER

ACTUADOR M6421/M7421

Descripción del Producto:Actuador eléctrico con movimiento lineal, con y sin posicionador

integrado. Se acopla con válvulas de hasta DN 80/3".Tipo: EléctricoTamaño:1,8 KnPresión de Alimentación:24 V y 220 VRecorrido nominal:10 a 30 mmPosición de seguridad: NO DISPONIBLE

ACTUADOR M6421/M7421

PISTONES NEUMÁTICOS

• Ligeros, manejables y potentes, realizan el trabajo aumentando el rendimiento y la comodidad del operario. Dos modelos para trabajar en el banco, y un modelo con mango largo para cajas en el suelo, cubren prácticamente todos los trabajos que se presentan en la fundición. También pueden utilizarse en otros trabajos como moldeo de productos refractarios, revestimiento de hornos, etc. Su construcción sencilla y la calidad de los materiales aseguran una larga vida sin problemas, incluso en los trabajos más duros.


• SERIE AAPLICACIONES: MULTIUSOS, RUDOMONTAJE: HORQULLA, PIVOTE, TIRANTESDIMENSIONES: HASTA 8" DIAMETRO,OPCIONES: HASTA 400lbs HIDRAULICO, SENSORES, AMORTIGUAMIENTOS.


• SERIE MAPLICACIONES: MULTIUSOS, PRACTICO, ECONOMICOMONTAJE: HORQULLA, PIVOTEDIMENSIONES: HASTA 8" DIAMETRO,OPCIONES: SENSORES,AMORTIGUAMIENTOS.


• SERIE FAPLICACIONES: ANTI ROTATIVOS, DOBLE FLECHAMONTAJE: HORQULLA, PIVOTE, TIRANTESDIMENSIONES: HASTA 8" DIAMETRO,OPCIONES: HASTA 400lbs HIDRAULICO, SENSORES, AMORTIGUAMIENTOS


• SERIE ISOALICACIONES: MULTIPLES, ESTANDARIZACIONMONTAJE: HORQUILLA, PIVOTE, TIRANTESDIMENSIONES: HASTA 8" DIAMOPCIONES: ACOPLAMIENTO VALVULA, SENSORES, AMORTIGUAMIENTOS

BIBLIOGRAFIA:

• Instrumentación Industrial, A. Creus, Edit. Marcombo.

• Process control instrumentationtechnology, Curtis D. Johnson, Edit. Prentice Hall.

instrumentacion industrial vÁlvulas, … · · 2009-03-06vÁlvulas las válvulas son unos de los...

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