¿Qué es una válvula de control neumático?

Resumen: Como un importante equipo de control de automatización industrial, la válvula de control neumática se utiliza ampliamente en muchos campos como la industria química, el petróleo, la energía eléctrica, la metalurgia, etc. Utiliza aire comprimido como fuente de energía, combinado con un posicionador de válvula eléctrico y un actuador, para realizar el control preciso de los parámetros del proceso, como el flujo y la presión del medio en la tubería. En este documento, presentaremos en detalle la composición estructural, el principio de funcionamiento, las características de aplicación, el estado de falla, la resolución de fallas y su importancia en la producción industrial de las válvulas de control neumáticas.

La válvula de control neumática se compone principalmente de las siguientes partes:

1. Actuador neumático:
   Este es el componente principal de la válvula de ajuste neumática, responsable de recibir las señales del sistema de control (como PLC) y convertirlas en acción mecánica. El actuador neumático generalmente incluye diafragma neumático, resorte, actuador y componentes del vástago de la válvula.
2. Cuerpo de la válvula de regulación:
   Incluyendo el obturador de la válvula, el asiento de la válvula y el propio cuerpo de la válvula. El obturador y el asiento son los componentes clave para realizar el efecto de estrangulamiento, controlan el flujo y la presión del medio a través del cambio de posición relativa.
3. Posicionador de válvula:
   Se utiliza para mejorar la precisión del control de la válvula. El posicionador, de acuerdo con la señal de retroalimentación del desplazamiento del vástago de la válvula, para garantizar la precisión y estabilidad de la acción de la válvula.
4. Accesorios:
   Como la válvula reductora de presión de filtrado, la electroválvula, el dispositivo de operación manual, etc., se utilizan para ayudar al funcionamiento normal del sistema.

El proceso de funcionamiento de la válvula de control neumática se puede dividir en los siguientes pasos:

1. Recepción y conversión de señales:
   La válvula de control neumática, a través del sistema de control (como PLC), recibe señales de corriente o señales analógicas, estas señales se convierten en señales neumáticas a través del posicionador de válvula eléctrico o convertidor. Por ejemplo, una señal de corriente común de 4-20 mA se puede convertir en una señal neumática de 0,02-0,1 MPa a través del posicionador de la válvula. Esta conversión permite que el actuador neumático realice las acciones correspondientes de acuerdo con los cambios en la señal de entrada.

2. Acción del actuador

   Cuando la señal neumática entra en el actuador de película delgada neumático, el aire comprimido empuja la membrana para que se expanda, lo que a su vez empuja el actuador y el vástago de la válvula, haciendo que el obturador se desplace y cambie la apertura de la válvula. Específicamente:

   • Cuando la señal de presión de aire aumenta, la varilla de empuje se mueve hacia arriba, impulsando el vástago de la válvula y el obturador hacia arriba, y la válvula se abre por completo;
   • Cuando la señal de presión de aire disminuye, la varilla de empuje se mueve hacia abajo, impulsando el vástago de la válvula y el obturador hacia abajo, la válvula se cierra parcialmente.
3. El papel del posicionador de la válvula

   El posicionador de la válvula ajusta la acción del actuador neumático en tiempo real de acuerdo con la señal de retroalimentación de desplazamiento del vástago de la válvula para garantizar que la apertura de la válvula sea consistente con la señal de entrada. Cuando la señal de retroalimentación está equilibrada con la señal de entrada, la válvula deja de moverse, asegurando así la precisión y estabilidad de la regulación.

   • Posicionador de acción directa: Cuando la señal de entrada aumenta, la salida de presión de aire a la cabeza del diafragma aumenta, de modo que la apertura de la válvula aumenta.
   • Posicionador de acción inversa: cuando la señal de entrada aumenta, la salida de presión de aire a la cabeza del diafragma disminuye, de modo que la apertura de la válvula disminuye.

   La selección del posicionador debe coincidir con los requisitos específicos del actuador y la válvula de regulación para garantizar la estabilidad y fiabilidad del sistema.

4. Regulación del flujo y la presión del medio

   La presión previa a la válvula se cambia a la presión posterior a la válvula a través del efecto de estrangulamiento del obturador y el asiento de la válvula. El proceso de ajuste específico es el siguiente:

   • Regulación de la presión: P2 se introduce en la cámara superior de la membrana a través de la tubería y actúa sobre el disco superior, la fuerza resultante se equilibra con la fuerza de reacción del resorte, lo que determina la posición relativa del obturador y el asiento, controlando así la presión después de la válvula. Cuando P2 aumenta, la fuerza sobre el disco superior aumenta, supera la fuerza del resorte, cierra el obturador, reduce el área de flujo, aumenta la resistencia al flujo y P2 disminuye hasta que alcanza el valor establecido.
   • Regulación del flujo: Al cambiar la posición relativa del obturador y el asiento, se regula el área de flujo del medio, controlando así el flujo. Cuando es necesario aumentar el flujo, la válvula se abre; cuando es necesario reducir el flujo, la válvula se cierra.
5. Retroalimentación y regulación.

   En todo el proceso de ajuste, la apertura de la válvula cambia, la palanca de retroalimentación dará al posicionador una señal de retroalimentación en tiempo real. El posicionador se ajusta de acuerdo con esta señal de retroalimentación para garantizar la precisión y estabilidad de la acción de la válvula. Cuando la señal de retroalimentación está equilibrada con la señal de entrada, la válvula deja de moverse y mantiene el grado de apertura actual.

6. Forma de acción del actuador neumático
   • Acción directa: Cuando la presión de aire de entrada del actuador neumático aumenta, el actuador se mueve hacia abajo, lo que se denomina acción directa.
   • Acción inversa: Cuando la presión de aire de entrada del actuador neumático aumenta, la varilla de empuje se mueve hacia arriba, lo que se denomina acción inversa.
7. Carga directa e inversa del mecanismo de regulación
   • Válvula de carga directa: Cuando el obturador se mueve hacia abajo, el área de la sección transversal del flujo entre el obturador y el asiento de la válvula disminuye.
   • Válvula de carga inversa: Cuando el obturador se mueve hacia abajo, el área de la sección transversal de la circulación aumenta.
8. Forma de acción del actuador neumático
   • Aire para abrir (Air to Open, A.O.): cuando la presión de la señal aumenta, la válvula se abre gradualmente; cuando no hay señal, la válvula se cierra.
   • Aire para cerrar, A.C.: Cuando la presión de la señal aumenta, la válvula se cierra gradualmente; cuando no hay señal, la válvula está completamente abierta.

La válvula de control neumática tiene las siguientes ventajas significativas, lo que la hace ampliamente utilizada en los sistemas de control de automatización industrial:.

1. Control simple:
   la operación y el mantenimiento de las válvulas de control neumáticas es relativamente simple, sin la necesidad de circuitos electrónicos complejos, lo que reduce la tasa de fallas y los costos de mantenimiento.
2. Respuesta rápida:
   debido a la rápida velocidad de respuesta de la energía del aire comprimido, las válvulas de control neumáticas se pueden completar en un corto período de tiempo desde la recepción de las instrucciones hasta la implementación de todo el proceso de acción, mejorando la velocidad de respuesta del sistema.
3. Intrínsecamente seguro:
   las válvulas de control neumáticas no dependen de la accionamiento de energía eléctrica, para evitar el riesgo de chispas eléctricas, especialmente para lugares inflamables y explosivos.
4. Fuerte adaptabilidad:
   la válvula de control neumática puede regular gas, vapor, líquido y otros medios, adecuados para diferentes condiciones de trabajo.
5. Larga vida útil:
   la estructura de la válvula de control neumática está diseñada razonablemente, la selección de materiales es excelente, con alta durabilidad y fiabilidad, y puede funcionar de forma estable durante mucho tiempo.
6. Ahorro de energía y alta eficiencia:
   a través del control preciso del flujo y la presión del medio, la válvula de control neumática puede ahorrar energía de manera efectiva y mejorar la eficiencia de la producción.

Las válvulas de ajuste neumáticas se utilizan ampliamente en las siguientes industrias y ocasiones:

1. Industria química:
   se utiliza para regular el flujo y la presión de los materiales en el reactor químico, para garantizar la estabilidad y seguridad de las condiciones de reacción.
2. Industria petrolera:
   se utiliza en pozos de petróleo, refinerías de petróleo y otros lugares para regular el flujo y la presión en la tubería de transmisión de petróleo y gas, para garantizar la seguridad y estabilidad del proceso de producción.
3. Industria de energía eléctrica:
   se utiliza en el sistema de suministro de agua de la caldera y el sistema de regulación de vapor de la central térmica para garantizar la estabilidad y eficiencia del funcionamiento de la caldera.
4. Industria metalúrgica:
   se utiliza en el alto horno, el convertidor y otros sistemas de agua de refrigeración del equipo, el sistema de regulación de gas, etc., para garantizar la seguridad y estabilidad del proceso de producción.
5. Industria farmacéutica:
   Se utiliza para todo tipo de transporte y regulación de materiales en el proceso de producción farmacéutica, para garantizar la precisión y el estándar de higiene del proceso de producción.

De acuerdo con la forma de acción, las válvulas neumáticas generalmente se dividen en gas abierto y gas cerrado. La selección de aire abierto y aire cerrado se basa en la seguridad del punto de vista de la producción del proceso, es decir, en la fuente de aire cortada, la válvula está en la posición cerrada es más segura o la posición abierta es más segura.

La válvula de tipo abierto por aire (Air to Open) en la presión de aire de la cabeza del diafragma aumenta, la válvula para abrir la dirección de acción aumentada, cuando la presión de aire de entrada alcanza el límite superior, la válvula está en un estado completamente abierto. Por el contrario, cuando la presión de aire disminuye, la válvula actúa en la dirección de cierre, y cuando no hay aire de entrada, la válvula está completamente cerrada. Por lo tanto, las válvulas de tipo abierto por aire a veces se denominan fallan al cerrar (Fail to Close, FC).

Las válvulas de cierre por aire (Air to Close) funcionan en la dirección opuesta a la de apertura por aire. La presión de aire aumenta, la válvula para cerrar la dirección de acción; la presión de aire disminuye o no hay entrada, la válvula para abrir la dirección o el estado completamente abierto. Por lo tanto, a veces se denomina falla al abrir (Fail to Open, FO).

Las válvulas de control pueden encontrar varias fallas durante el funcionamiento, especialmente en el caso de interrupción de la fuente de aire o la señal eléctrica. Para garantizar la seguridad del sistema, las válvulas de control suelen estar diseñadas con diferentes métodos de manejo de fallas:

1. FC (Fail to Close):
   La válvula se cierra automáticamente cuando se pierde la fuente de gas o la señal eléctrica. Adecuado para aplicaciones donde se requiere un cierre seguro en caso de falla, como válvulas de control en tuberías de gas combustible.
2. FO (Fail to Open):
   La válvula se abre automáticamente cuando se pierde la fuente de gas o la señal eléctrica. Adecuado para aplicaciones donde se requiere una apertura segura en caso de falla, por ejemplo, válvulas de ventilación de emergencia.
3. FL (Fail to Last Position):
   Cuando se pierde la fuente de aire o la señal eléctrica, la válvula permanece en su posición actual. Adecuado para aplicaciones donde no se requiere una respuesta inmediata a una falla.
4. FLC (Fail to Last Position with Closing Trend):
   Cuando se pierde la fuente de aire o la señal eléctrica, la válvula mantiene la posición pero tiende a cerrarse y finalmente se cierra. Adecuado para aplicaciones que requieren un cierre lento en caso de falla.
5. FLO (Fail to Last Position with Opening Trend, mantener la posición original y tender a abrirse):
   cuando se pierde la fuente de gas o la señal eléctrica, la válvula mantiene la posición pero tiende a abrirse, y finalmente se abre. Adecuado para escenarios de aplicación que requieren una apertura lenta en caso de falla.
6. AFL/EFC (Advanced Fail to Close)
   • AFL/EFC-1: Pérdida de la electroválvula de suministro de aire no desenergizada, la válvula mantiene la posición.
   • AFL/EFC-2: Independientemente de si se pierde la fuente de gas, la electroválvula está desenergizada, la válvula está en la posición cerrada.
7. AFL/EFO (Advanced Fail to Open)
   • AFL/EFO-1: Pérdida de la electroválvula de suministro de aire no desenergizada, la válvula mantiene la posición.
   • AFL/EFO-2: La válvula está en la posición abierta independientemente de si se pierde la fuente de aire, el solenoide está desenergizado.

1. 1, la válvula neumática no puede actuar

   Fenómeno de falla: la válvula neumática no se puede abrir ni cerrar.

   Análisis de causa

   • A, presión de gas insuficiente o bloqueo de la línea de gas: el funcionamiento de la válvula neumática depende de una presión de gas estable. Si la presión de la fuente de gas es insuficiente o hay un bloqueo en la línea de gas, provocará que la válvula no pueda actuar normalmente.
   • B, falla de la electroválvula: la electroválvula es una parte importante del sistema de control de la válvula neumática. Si la bobina de la electroválvula se quema o el carrete está atascado, afectará directamente la acción de la válvula neumática.
   • C, falla del actuador: el pistón o el cilindro dentro del actuador atascado o el fenómeno de fuga interna, también provocará que la válvula neumática no funcione correctamente.
   • D, impurezas o bloqueo dentro del cuerpo de la válvula: puede haber impurezas o bloqueos en el cuerpo de la válvula, lo que afecta la trayectoria del flujo, lo que lleva a que la válvula no se pueda abrir ni cerrar normalmente.

   Métodos de eliminación

   • A. Verifique si la presión de la fuente de gas y la línea de gas son normales, si hay algún problema, repárelo a tiempo. Asegúrese de que la presión de la fuente de aire cumpla con los requisitos de diseño, limpie o reemplace las piezas obstruidas en el circuito de aire.
   • B. Reemplace la electroválvula o limpie el carrete. Verifique regularmente el estado de funcionamiento de la electroválvula, detección y tratamiento oportunos de fallas.
   • C, Verifique el actuador, como el pistón, el cilindro, etc. en busca de daños o fugas internas, si alguna pieza está dañada, reemplácela a tiempo. Lubrique regularmente las piezas móviles del actuador para reducir el desgaste.
   • D, Limpie el interior del cuerpo de la válvula para asegurarse de que la trayectoria del flujo sea suave. En el proceso de instalación y uso, preste atención a mantener la limpieza del medio para evitar que entren impurezas en el cuerpo de la válvula.
2. 2, acción lenta de la válvula neumática

   Fenómeno de falla: la velocidad de apertura o cierre de la válvula neumática es lenta.

   Análisis de causa

   • A. Presión insuficiente de la fuente de gas o bloqueo de la línea de gas: La presión insuficiente de la fuente de gas o el bloqueo de la línea de gas provocarán una acción lenta de la válvula neumática.
   • B. Fricción excesiva dentro del actuador: La fricción excesiva entre el pistón y la pared del cilindro dentro del actuador, o el envejecimiento de los sellos, puede provocar una acción lenta de la válvula neumática.
   • C. Impurezas o obstrucciones dentro del cuerpo de la válvula: puede haber impurezas u obstrucciones dentro del cuerpo de la válvula, lo que afecta la trayectoria del flujo suave, lo que lleva a una acción lenta de la válvula neumática.

   Métodos de eliminación

   • A. Verifique si la presión de la fuente de aire y el circuito de aire son normales, si hay algún problema, repárelo a tiempo. Asegúrese de que la presión de la fuente de aire cumpla con los requisitos de diseño, limpie o reemplace las piezas bloqueadas en el circuito de aire.
   • B. Lubrique el actuador y reemplace las piezas que estén muy desgastadas. Lubrique regularmente las piezas móviles del actuador para reducir la fricción.
   • C. Limpie el interior del cuerpo de la válvula para asegurarse de que la trayectoria del flujo sea suave. En el proceso de instalación y uso, preste atención a mantener la limpieza del medio para evitar que entren impurezas en el cuerpo de la válvula.
3. 3, Fuga de la válvula neumática

   Fenómeno de falla: la válvula neumática en el estado cerrado todavía tiene fugas de medio.

   Análisis de causa

   • A, daño o envejecimiento del sello: el daño o envejecimiento de los sellos (como la junta tórica, la junta) puede provocar que la válvula neumática en el estado cerrado todavía tenga fugas de medio.
   • B, las conexiones del cuerpo de la válvula sueltas o el sellado deficiente: las conexiones del cuerpo de la válvula sueltas o el sellado deficiente también pueden provocar que las válvulas neumáticas en el estado cerrado todavía tengan fugas de medio.
   • C. Fugas dentro del actuador: las fugas del cilindro o el pistón dentro del actuador afectarán el rendimiento de sellado de la válvula neumática.

   Métodos de eliminación

   • A. Reemplace los sellos dañados o envejecidos. Verifique regularmente el estado de los sellos, detección y tratamiento oportunos del problema.
   • B. Apriete las conexiones del cuerpo de la válvula para garantizar un buen sellado. Durante la instalación, siga los procedimientos operativos estrictamente para garantizar el rendimiento de sellado de las conexiones.
   • C, Verifique el interior del actuador, si hay alguna fuga, repare o reemplace las piezas a tiempo. Verifique regularmente el rendimiento de sellado del actuador para encontrar y tratar los problemas de fugas a tiempo.
4. 4, imprecisión de posicionamiento de la válvula neumática

   Fenómeno de falla: la válvula neumática no puede alcanzar la posición de conmutación preestablecida.

   Análisis de causa

   • A, falla del posicionador o ajuste incorrecto: el posicionador es una parte importante del sistema de control de la válvula neumática. Si el posicionador está defectuoso o mal ajustado, la válvula neumática no alcanzará la posición de conmutación preestablecida.
   • B. Carrera del actuador neumático insuficiente o mal ajustada: La carrera del actuador neumático insuficiente o mal ajustada también puede provocar que la válvula neumática no alcance la posición de conmutación preestablecida.

   Métodos de solución de problemas

   • A. Verifique si el posicionador está defectuoso o mal ajustado, y reemplácelo o reajústelo si es necesario. Calibre el posicionador regularmente para asegurarse de que esté en buenas condiciones de funcionamiento.
   • B. Verifique si la carrera del actuador neumático es insuficiente o está mal ajustada, ajuste o reemplace las piezas si es necesario. Verifique regularmente la carrera del actuador neumático para asegurarse de que cumpla con los requisitos de diseño.
5. 5, Otras fallas
   1. 5.1 El inicio de la acción de la válvula salta

      Fenómeno de falla: el inicio del fenómeno de salto de la acción de la válvula.

      Análisis de causa: la carga puede ser demasiado grande, es necesario aumentar las especificaciones del actuador.

      Método de eliminación: de acuerdo con la carga real, seleccione las especificaciones apropiadas del actuador para asegurarse de que pueda cumplir con los requisitos de carga.

   2. 5.2 Salto al final de la acción de la válvula

      Fenómeno de falla: fenómeno de salto al final de la acción de la válvula.

      Análisis de causa: la acción puede ser demasiado rápida, la energía de inercia es demasiado grande, la necesidad de aumentar la válvula de control de velocidad o el amortiguador externo.

      Métodos de eliminación: en el sistema neumático para aumentar la válvula de control de velocidad o el dispositivo de amortiguación externo, reducir la velocidad de acción, reducir el impacto de la energía inercial.

   3. 5.3 No hay señal de retorno a la señal

      Fenómeno de falla: no hay salida de señal de retorno a la señal.

      Análisis de causa: la línea de alimentación de la señal puede estar en cortocircuito, desconexión, la necesidad de reparar la línea de alimentación o reemplazar el microinterruptor.

      Remedio: Verifique la línea de alimentación de la señal, repare el cortocircuito o el circuito roto y reemplace el microinterruptor si es necesario.