¿Qué es una válvula de control?

¿Cómo funcionan las válvulas de control?

En la producción industrial moderna, el control preciso del flujo de fluidos (como gas, vapor, agua o mezclas químicas), presión, temperatura y nivel de líquido es fundamental para garantizar la eficiencia de la producción,Como elemento de control final en los sistemas de automatización industrial, el sistema de automatización industrial es el elemento de control de la calidad de los productos, la seguridad operativa y la protección del medio ambiente.Las válvulas de control desempeñan un papel central en esta compleja y precisa cadena de controlNo son simplemente dispositivos de encendido/apagado, sino que responden a las señales de los controladores alterando el tamaño de la trayectoria de flujo, logrando así una regulación directa y precisa de las variables de proceso.El rendimiento de las válvulas de control afecta directamente a la eficiencia económica, la seguridad y el impacto medioambiental de los procesos industriales, lo que los convierte en una inversión estratégica en lugar de una simple compra de equipos.

¿Qué quieres decir?, como uno de los mayores proveedores de válvulas de control y posicionadores de válvulas de China, se compromete a proporcionar soluciones de válvulas de control de alta calidad para ayudar a las industrias a lograr un rendimiento eficiente, seguro,y control de fluidos inteligentePara más información, por favor visite nuestro sitio web oficial:¿Qué es esto?.

Componentes básicos de una válvula de control

Una válvula de control no es un componente único, sino un sistema integrado compuesto por múltiples componentes de precisión que trabajan en tándem.y posicionador de válvulas, junto con varios accesorios como convertidores, reguladores de presión de suministro de aire, operadores manuales, amortiguadores o interruptores de límite.

Cuerpo de válvula: vía de fluido y componente portador de presión

El cuerpo de la válvula es el principal componente estructural de la válvula de control, y su diseño determina la trayectoria de flujo del fluido dentro de la válvula.,a través del cual el fluido fluye a través de los puertos y aberturas o orificios dentro del cuerpo de la válvula.Las funciones principales del cuerpo de la válvula son soportar la presión del fluido y proporcionar apoyo y un entorno sellado para el interior de la válvulaAdemás, la estructura del cuerpo de la válvula influye indirectamente en las características de regulación del caudal.la resistencia al flujo del fluido y las características de la caída de presión están estrechamente relacionadas con el diseño de los conductos internos dentro del cuerpo de la válvula.

Componentes internos de las válvulas: componentes en contacto directo con el fluido, componentes centrales para la regulación del caudal

Los componentes internos de la válvula son las partes de la válvula de control que entran en contacto directo con el fluido controlado y son los componentes centrales para lograr la regulación del flujo.Por lo general consisten en un asiento de válvulaLos componentes internos de la válvula controlan con precisión la cantidad de fluido que pasa al alterar su posición relativa y el espacio libre con el asiento de la válvula.cuando el disco o el tapón de la válvula se levanten o giren, el área del conducto de flujo cambia en consecuencia, regulando así el flujo del fluido.resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y rendimiento de sellado.

Actuador: proporciona la fuerza motriz para el funcionamiento de la válvula

El actuador es el "músculo" de la válvula de control, responsable de convertir las señales abstractas del sistema de control en fuerza mecánica para impulsar los componentes internos de la válvula para el movimiento físico.Tras la recepción de la señal de control, impulsa la válvula en consecuencia para lograr una posición completamente abierta, completamente cerrada o cualquier posición intermedia, logrando así un control de estrangulamiento preciso del flujo de fluido.

Los actuadores se pueden clasificar en varios tipos en función de su fuente de energía y modo de movimiento:

Clasificación por modo de movimiento:

• Actuaciones lineales:Producir un movimiento lineal de empuje-tirón, adecuado para válvulas que requieren que el tallo de la válvula se mueva hacia arriba y hacia abajo, tales como válvulas de globo, válvulas de puerta y válvulas de diafragma.
• Actuaciones giratorias:Producir movimiento de rotación, adecuado para válvulas que requieren que el disco de la válvula o la bola giren, como las válvulas de bola, las válvulas mariposa y las válvulas de enchufe.

Válvula de control neumático de Fisher

Clasificación por fuente de alimentación:

• Actuaciones neumáticas:

• Principio de trabajo:Utiliza aire comprimido o gas como fuente de energía, aplicando presión de aire a un diafragma o pistón para generar un movimiento lineal o rotatorio.La presión del aire puede actuar alternativamente en ambos lados del pistón para lograr un movimiento bidireccional (doble acción)El movimiento rotatorio se logra típicamente a través de un mecanismo de rack-and-pinion.
• Ventajas:

1. Velocidad de respuesta rápida: por lo general alcanza los 50-500 mm/s, más rápido que los sistemas hidráulicos o eléctricos.
2. Intrínsecamente seguro: no depende de la electricidad y no produce chispas, por lo que es muy adecuado para entornos peligrosos inflamables y explosivos.
3. Estructura sencilla, ligero, fácil de instalar y mantener: por lo general un menor costo.
4. Fácil ajuste de la fuerza de salida y la velocidad de funcionamiento.
5. Alta fiabilidad y larga vida útil.
6. Puede almacenar energía, permitir un suministro de aire centralizado y liberar energía rápidamente para lograr una respuesta de alta velocidad.
7. Gran adaptabilidad a las cargas de impacto y sobrecargas.
8. Puede utilizarse en ambientes de alta temperatura.

• Desventajas:

1. Fuerza de salida limitada: en comparación con los actuadores hidráulicos, su fuerza de salida es generalmente menor.
2. Precisión relativamente baja: debido a la compresibilidad del aire, la velocidad de funcionamiento del cilindro se ve fácilmente afectada por los cambios de carga, y su estabilidad a baja velocidad es inferior a la de los cilindros hidráulicos.
3. Requiere un sistema de suministro de aire comprimido: Esto incluye costes adicionales para compresores y tuberías.
4. El fallo del compresor puede causar el mal funcionamiento de todos los actuadores neumáticos: sin embargo, este riesgo puede mitigarse mediante un sistema de compresor de respaldo.
5. El ciclismo rápido puede causar efectos de martillo de agua.
6. El rendimiento es susceptible al agua y las temperaturas extremas.

• Aplicaciones típicas: ampliamente utilizado en el control de procesos, productos químicos, alimentos y bebidas, tratamiento de aguas residuales, energía, minería,y las industrias de energía nuclear en las que se requiere un movimiento rápido y un rendimiento a prueba de explosiones.

• Actuaciones eléctricas:

• Principio de trabajo:Impulsado por un motor eléctrico, el movimiento de rotación del motor se convierte en movimiento lineal o de rotación a través de mecanismos de transmisión como tornillos, engranajes o correas para impulsar válvulas.Los motores paso a paso o servomotores se utilizan comúnmente para lograr un control de alta precisión.
• Ventajas:

1. Posicionamiento de alta precisión y repetible: proporciona un posicionamiento de válvula extremadamente preciso y repetible, lo que lo hace ideal para tareas automatizadas.
2. Fácil de programar e integrar: se conecta perfectamente con los sistemas de control digital y se puede programar para lograr patrones de movimiento complejos.
3. Alta eficiencia energética: por lo general consume menos energía que los actuadores hidráulicos o neumáticos en aplicaciones de carga estática.
4. Bajos requisitos de mantenimiento: debido a la menor cantidad de piezas y a la ausencia de sistemas de fluidos, los requisitos de mantenimiento son extremadamente bajos.
5. Es una operación silenciosa.
6. No afectado por las fluctuaciones en el voltaje y la frecuencia de alimentación.
7. Velocidad de rotación ajustable

• Desventajas:

1. Costo más alto: por lo general más caro que los actuadores neumáticos.
2. Velocidad relativamente baja: especialmente en aplicaciones que requieren un empuje alto.
3. Dependiente de la fuente de alimentación: requiere una fuente de alimentación de respaldo o un mecanismo de retorno de resorte durante los apagones para garantizar la seguridad.
4. No adecuado para entornos explosivos: a menos que esté especialmente diseñado para la protección contra explosiones.
5. Diseño complejo, que requiere conocimientos especializados para la instalación y el mantenimiento.

• Aplicaciones típicas:Ampliamente utilizado en la generación de energía, tratamiento de agua, productos farmacéuticos, brazos robóticos, cintas transportadoras, líneas de ensamblaje automatizadas, maquinaria agrícola, sistemas de ventilación e iluminación,y equipos de manipulación y limpieza de materiales donde se requiere un control preciso y altos niveles de integración de automatización.

• Actuaciones hidráulicas:

• Principio de trabajo:Utiliza fluido presurizado (típicamente aceite hidráulico) como fuente de energía para convertir la presión del fluido en movimiento mecánico.La incompresividad del aceite hidráulico garantiza un posicionamiento estable y fiable de las válvulas, con pistones en lugar de diafragmas típicamente utilizados para generar un empuje potente.
• Ventajas:

1. Fuerza/torque de salida elevada: capaz de generar una fuerza mecánica significativa, adecuada para el funcionamiento de válvulas grandes, de uso pesado o de alta presión,con una fuerza de salida muy superior a la de los actuadores neumáticos.
2. Posicionamiento de alta precisión: Debido a la incompresividad del aceite hidráulico, permite un posicionamiento de válvulas muy preciso y estable.
3. Velocidad de respuesta rápida: adecuado para el apagado de emergencia (ESD) y aplicaciones de válvulas que requieren una acción rápida.
4. Durabilidad y robustez, relativamente bajo mantenimiento y larga vida útil.
5. Puede implementar mecanismos de protección contra fallos.

• Desventajas:

1. Sistema complejo con mayores costes: requiere un sistema de bomba hidráulica dedicado, lo que hace que la instalación y el diseño del sistema sean más complejos.
2. Riesgo de fuga de líquido: se requiere un mantenimiento regular para evitar la fuga de aceite hidráulico.
3. No adecuado para todos los entornos: ciertos diseños pueden tener limitaciones.

• Aplicaciones típicas:Se utiliza principalmente en oleoductos y gasoductos, centrales eléctricas, industria del petróleo y el gas natural, represas y centrales hidroeléctricas, aplicaciones industriales pesadas que requieren una gran fuerza, un par elevado,y respuesta rápida.

• Las partidas de los aparatos de la partida 8521 incluyen:Estos actuadores combinan las ventajas de los motores eléctricos y las unidades de potencia hidráulica, ofreciendo la alta fuerza de salida de los sistemas hidráulicos al tiempo que logran la precisión del control eléctrico.Son especialmente adecuados para lugares remotos que requieren un control preciso de la posición de las válvulas.

La siguiente tabla compara los diferentes tipos de actuadores:

Posicionador de válvulas: asegurando el posicionamiento preciso de la válvula

El posicionador de válvulas sirve como el "cerebro" crítico que permite que las válvulas de control logren una alta precisión, capacidad de respuesta y estabilidad.especialmente cuando las válvulas requieren un control de estrangulamiento.

Posicionador de válvulas de Emerson Fisher

Función e importancia de los posicionadores de válvulas

La función principal de un posicionador de válvula es garantizar que la posición real del tallo de la válvula o del eje de la válvula coincida con precisión con la señal de comando emitida por el sistema de control.Controlar continuamente la posición real de la válvula y hacer correcciones, supera eficazmente las limitaciones mecánicas inherentes dentro de la válvula, como la fricción del empaque del tallo de la válvula, el retraso del actuador y las fuerzas desequilibradas ejercidas por el fluido sobre el tapón de la válvula.

El posicionador utiliza su mecanismo interno de control de retroalimentación de circuito cerrado para ajustar continuamente la presión aplicada al actuador, contrarrestando así cualquier otra fuerza que actúe sobre el tallo de la válvula.- asegurarse de que la válvula se comporta correctamente y obedece la señal de controlEsta capacidad de control preciso mejora significativamente el rendimiento general del sistema de control, incluyendo:

Mejora de la precisión del control: garantizar que el caudal real coincida con la señal de control es fundamental para los procesos sensibles incluso a pequeñas desviaciones.

• Tiempo de respuesta más rápido:Al cargar y ventilar rápidamente, se reduce el tiempo necesario para que el proceso de respuesta de la válvula cambie.
• Mejora de la estabilidad del procesoLa compensación de los cambios en las condiciones del proceso (como las fluctuaciones de presión y los cambios de caudal) mantiene un control constante, que es fundamental para la calidad del producto y la seguridad del sistema.
• Reducción de los residuos y mejora de la seguridad:Optimiza la utilización de los recursos y reduce los riesgos de accidentes mediante un control preciso.
• Prolongación de la vida útil de las válvulas y reducción de los costes de mantenimiento:Minimiza el desgaste al compensar los cambios en el rendimiento de la válvula con el tiempo, lo que permite un mantenimiento predictivo.
• Amplificación de la señal:El posicionador puede manejar tasas de flujo de aire más altas, lo que también funciona como un amplificador de volumen, proporcionando velocidades más rápidas del tallo de la válvula y retrasos de tiempo más cortos.
• Lograr el cierre cerrado:Al saturar la salida al mínimo a la señal de 0%, el tapón de la válvula se presiona firmemente contra el asiento, lo que garantiza un cierre confiable sin fugas.
• Critico para los actuadores de pistón de doble acción sin resorte y los actuadores eléctricos sin capacidad de detección de posición inherente.

Principio de funcionamiento de un posicionador de válvulas: control de retroalimentación de circuito cerrado

El núcleo del funcionamiento de un posicionador de válvulas es su sistema de control de retroalimentación de circuito cerrado.Recibe señales de entrada (punto de ajuste) del sistema de control mientras mide la posición real del tallo de la válvula o del eje de la válvula (señal de retroalimentación) mediante medios mecánicos o electrónicos.El controlador dentro del posicionador compara la diferencia entre el punto de ajuste y la posición real, calcula la señal de error,y ajusta la señal de salida (normalmente presión neumática) enviada al actuador en función de este error, impulsando así la válvula hacia la posición deseada hasta que se elimine el error.

• Principio de funcionamiento detallado de los posicionadores neumáticos:
  Los posicionadores neumáticos suelen funcionar según el principio de equilibrio de fuerzas.conducir el tallo de la válvula conectado al diafragma de la señal y la placa conectada para moverse a la derechaEsto abre la placa de aire de alimentación, permitiendo que la presión del aire de alimentación entre en el extremo de salida conectado al diafragma del actuador, mientras que la placa de escape permanece cerrada.El aumento de la presión interna dentro del actuador empuja el tallo de la válvula hacia abajo, haciendo girar la palanca del posicionador en el sentido de las agujas del reloj y comprimiendo el resorte de la banda a través de la camilla.en cuyo punto la fuerza de compresión del resorte del rango equilibra la fuerza generada por el diafragma de señalPor el contrario, cuando la señal de control disminuye, la fuerza ejercida por el diafragma de la señal disminuye.y la fuerza del resorte de rango empuja el tallo de la válvula conectada al amortiguador a la izquierda, abriendo el amortiguador de escape, reduciendo la presión del actuador y haciendo que el tallo de la válvula se mueva hacia arriba hasta que se establezca un nuevo equilibrio de fuerza.

• Principio de funcionamiento del posicionador digital:
  El posicionador digital utiliza un microprocesador para ejecutar algoritmos de control de posición, en lugar de vigas de equilibrio mecánicas, camas y conjuntos de amortiguadores.lo procesa a través de algoritmos digitalesEl convertidor I/P convierte la señal de corriente en una señal de presión neumática.que luego se transmite al actuador a través de un relé de amplificador neumáticoLa retroalimentación sobre la posición de la válvula (generalmente a través de sensores sin contacto como los sensores de efecto Hall) se envía al microprocesador.El tallo de la válvula continúa moviéndose hasta que se alcanza la posición correcta, momento en el que el microprocesador estabiliza la señal de accionamiento al convertidor I/P, logrando un equilibrio preciso.

Clasificación y características del posicionador de válvula

En función de sus principios de funcionamiento y del tipo de señales que reciben, los posicionadores de válvulas se pueden clasificar en las siguientes categorías:

• Las partidas de los dispositivos de control de velocidad de los motores de las categorías 8A001.a. o 8A001.b.

• Principio de funcionamiento:Receives pneumatic signals (typically 3-15 psi or 6-30 psi) and provides corresponding air pressure to the pneumatic actuator to ensure that the valve stem or valve shaft position is proportional to the pneumatic input signal.
• Ventajas:

1. Diseño y estructura sencillos:Fácil de fabricar y mantener.
2. Costo más bajo:Por lo general, es más económico que otros tipos.
3. Funcionamiento confiable:Conocido por su rendimiento confiable.
4. Es intrínsecamente seguro:No requiere electricidad, no genera chispas, adecuado para entornos explosivos.
5. Puede proporcionar un alto empuje para cerrar válvulas.

• Desventajas:

1. Precisión y resolución limitadas: Precisión inferior en comparación con los tipos más avanzados.

• Aplicaciones típicas:Apto para aplicaciones simples y robustas en las que tanto la señal de control como el actuador de la válvula sean neumáticos, así como en entornos en los que la electricidad no esté disponible o existan riesgos de explosión.como plantas químicas o refinerías.

• Los demás aparatos para la fabricación de la siguiente clase:

• Principio de trabajo:Convierte las señales de control eléctrico (normalmente 4-20 mA o 0-10 VDC) en señales de salida neumáticas, que luego controlan el actuador de la válvula.Dado que muchas unidades de control de procesos utilizan señales de 4-20 mA DC para regular las válvulas de control, los posicionadores electro-pneumáticos (también conocidos como posicionadores I/P o sensores) son responsables de convertir las señales de corriente electrónica en señales de presión neumáticas.
• Ventajas:

1. Mayor precisión y resolución: proporciona una mayor precisión que los posicionadores neumáticos puros.
2. Capaz de manejar señales eléctricas de control: adecuado para sistemas que utilizan señales eléctricas para el control.
3. Versatilidad: Combina la precisión del control electrónico con la robustez y seguridad del funcionamiento neumático.
4. Mejora de la precisión del control y el tiempo de respuesta.

• Desventajas:

1. Diseño y estructura más complejos:Más complejo que los posicionadores neumáticos.
2. Costo más alto:Más caro que los posicionadores neumáticos.

• Aplicaciones típicas:Ampliamente utilizado en entornos industriales con infraestructura eléctrica y neumática, así como en procesos que requieren una mayor precisión y estrategias de control complejas.

• Posicionadores digitales:

• Principio de trabajo:Utilizando tecnología digital avanzada, estos dispositivos emplean microprocesadores para posicionar los actuadores de válvulas y monitorear y registrar datos.o protocolos de comunicación digital como el HART, Fundación Fieldbus, Profibus, etc.).
• Ventajas:

1. Alta precisión y resolución:Proporcionar una precisión y capacidad de control excepcionales.
2. Funciones avanzadas de diagnóstico:Detectar anomalías y signos de deterioro de la válvula, realizar autodiagnóstico y apoyar el mantenimiento predictivo para reducir los costos de mantenimiento.
3. Capacidad de autocalibración y monitorización remota:Simplificar la configuración y el funcionamiento, permitiendo a los usuarios ajustar y configurar la configuración en cualquier momento y lugar.
4. Bajo consumo de aire:Es más eficiente energéticamente que los posicionadores analógicos.
5. No hay desgaste mecánico e histeresis mínima:Especialmente cuando se utiliza tecnología de retroalimentación sin contacto, elimina problemas como el desgaste mecánico, el aflojamiento, la corrosión y el daño por vibración, mejorando significativamente la fiabilidad y la vida útil.
6. Estructura simple y fiable con una larga vida útil.
7. Eficacia en términos de costes:Aunque el coste inicial es mayor, a largo plazo puede ahorrar costes significativos gracias a una operación optimizada y a un tiempo de inactividad reducido.

• Desventajas:

1. Costo más alto:Por lo general, es más caro que los actuadores neumáticos y eléctricos.
2. Los problemas de desgaste mecánico pueden persistir si no se utiliza la tecnología de retroalimentación sin contacto.

• Aplicaciones típicas:Adecuado para aplicaciones de alta precisión, altamente automatizadas, complejas y críticas que requieren adquisición de datos e integración de IoT, como petróleo y gas, refinación, energía, productos químicos, celulosa y papel,Ciencias de la vida, la industria alimentaria y de bebidas y la minería.

El cuadro siguiente compara los diferentes tipos de posicionadores de válvulas: