¿Qué es un actuador de diafragma neumático de válvula de control?
¿Qué es un actuador de diafragma?
Por sí solas, las válvulas no pueden controlar un proceso. Las válvulas manuales requieren que un operador las posicione para controlar una variable de proceso. Las válvulas que deben operarse de forma remota y automática requieren dispositivos especiales para moverlas. Estos dispositivos se llaman actuadores.
Los actuadores pueden ser solenoides o motores neumáticos, hidráulicos o eléctricos.
Los actuadores de diafragma funcionan neumáticamente y utilizan un suministro de aire del sistema de control u otras fuentes. Los actuadores de diafragma se usan normalmente para válvulas de control, que son un tipo de válvula de globo que generalmente se usa para regular el fluido con el fin de ajustar algunas variables del proceso, como la presión, la temperatura o el caudal. Los actuadores de diafragma se utilizan en todos los sectores de la industria del petróleo y el gas, excepto en el submarino. Los estilos más comunes de actuadores de diafragma se conocen como “acción directa” y “acción inversa”.
Actuadores neumáticos de diafragma
Un diagrama simplificado de un actuador neumático. Opera mediante una combinación de fuerza creada por el aire y la fuerza del resorte. El actuador posiciona una válvula de control transmitiendo su movimiento a través del vástago.
Un diafragma de goma separa la carcasa del actuador en dos cámaras de aire. La cámara superior recibe suministro de aire a través de una abertura en la parte superior de la carcasa.
La cámara inferior contiene un resorte que fuerza al diafragma contra topes mecánicos en la cámara superior. Finalmente, se conecta un indicador local al vástago para indicar la posición de la válvula.
La posición de la válvula se controla variando la presión del aire de suministro en la cámara superior. Esto da como resultado una fuerza variable en la parte superior del diafragma. Inicialmente, sin suministro de aire, el resorte fuerza el diafragma hacia arriba contra los topes mecánicos y mantiene la válvula completamente abierta.
A medida que la presión del aire de suministro aumenta desde cero, su fuerza sobre el diafragma comienza a superar la fuerza opuesta del resorte. Esto hace que el diafragma se mueva hacia abajo y la válvula de control se cierre. Con un suministro creciente de presión de aire, el diafragma continuará moviéndose hacia abajo y comprimirá el resorte hasta que la válvula de control esté completamente cerrada.
Por el contrario, si la presión del aire de suministro disminuye, el resorte comenzará a forzar el diafragma hacia arriba y abrirá la válvula de control. Además, si la presión de suministro se mantiene constante en algún valor entre cero y el máximo, la válvula se posicionará en una posición intermedia. Por lo tanto, la válvula se puede colocar en cualquier lugar entre completamente abierta y completamente cerrada en respuesta a cambios en la presión del aire de suministro.
Un posicionador es un dispositivo que regula el suministro de presión de aire a un actuador neumático. Lo hace comparando la posición demandada del actuador con la posición real de la válvula de control.
La posición solicitada se transmite mediante una señal de control neumática o eléctrica desde un controlador al posicionador. El actuador neumático de la Figura 1 se muestra en la Figura 2 con un controlador y un posicionador agregados.
El controlador genera una señal de salida que representa la posición demandada. Esta señal se envía al posicionador. Externamente, el posicionador consta de una conexión de entrada para la señal de control (4-20 mA), una conexión de entrada de aire de suministro de instrumentos, una conexión de salida de aire de suministro, una conexión de ventilación de aire de suministro y un enlace de retroalimentación.
Internamente, contiene una intrincada red de transductores eléctricos, líneas de aire, válvulas, conexiones y ajustes necesarios. Otros posicionadores también pueden proporcionar controles para el posicionamiento de válvulas locales y medidores para indicar la presión del aire de suministro y controlar la presión del aire (para controladores neumáticos: métodos de control antiguos).
El controlador responde a una desviación de una variable controlada respecto del punto de ajuste y varía la señal de salida de control en consecuencia para corregir la desviación. La señal de salida de control se envía al posicionador, que responde aumentando o disminuyendo el suministro de aire al actuador.
El posicionamiento del actuador y la válvula de control se devuelve al posicionador a través del enlace de retroalimentación. Cuando la válvula ha alcanzado la posición demandada por el controlador, el posicionador detiene el cambio en la presión del aire de suministro y mantiene la válvula en la nueva posición. Esto, a su vez, corrige la desviación de la variable controlada respecto del punto de ajuste.
Por ejemplo, a medida que aumenta la señal de control, una válvula dentro del posicionador admite más suministro de aire al actuador. Como resultado, la válvula de control se mueve hacia abajo. El varillaje transmite la información de posición de la válvula al posicionador.
Esto forma un pequeño circuito de retroalimentación interno para el actuador. Cuando la válvula alcanza la posición que se correlaciona con la señal de control, el varillaje deja de suministrar flujo 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 aire de suministro disminuya venteando el aire de suministro. Esto hace que la válvula se mueva hacia arriba y se abra. Cuando la válvula se ha abierto a la posición adecuada, el posicionador deja de ventilar el aire del actuador y detiene el movimiento de la válvula de control.
Ventajas de los actuadores neumáticos de diafragma
Los beneficios de los actuadores neumáticos provienen de su simplicidad.
Las aplicaciones típicas de los actuadores neumáticos involucran áreas donde las condiciones involucran temperaturas extremas, un rango de temperatura típico es de -40 °F a 250 °F.
En términos de seguridad e inspección, el uso de actuadores neumáticos y neumáticos evita el uso de materiales peligrosos. También cumplen con los requisitos de protección contra explosiones y seguridad de las máquinas porque no crean interferencias magnéticas debido a la falta de motores.
Los actuadores neumáticos también son livianos, requieren un mantenimiento mínimo y tienen componentes duraderos que hacen de la neumática un método de energía rentable.
Desventajas de los actuadores neumáticos de diafragma
Las pérdidas de presión y la compresibilidad del aire hacen que la neumática sea menos eficiente que otros métodos. Las limitaciones del compresor y del suministro de aire significan que las operaciones a presiones más bajas tendrán fuerzas más bajas y velocidades más lentas.
Para ser verdaderamente eficientes, los actuadores neumáticos deben dimensionarse para un trabajo específico. Por tanto, no se pueden utilizar para otras aplicaciones.
Aunque el aire está fácilmente disponible, puede estar contaminado por aceite o lubricación, lo que provoca tiempos de inactividad y mantenimiento. Las empresas todavía tienen que pagar por el aire comprimido, haciéndolo consumible, junto con los costos de mantenimiento del compresor y de la línea.
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