29 de julio de 2025
Las válvulas de control, también conocidas como válvulas reguladoras, son dispositivos de control utilizados en el campo del control de procesos de automatización industrial. Pueden ajustarse automáticamente en función de las señales de control del sistema de automatización para cambiar los parámetros del proceso, como el caudal, la presión, la temperatura y el nivel de líquido.
Las válvulas de control constan de tres partes principales: el cuerpo de la válvula, el actuador y los accesorios.
El cuerpo de la válvula es la estructura fundamental de la válvula de control, diseñada con un enfoque en el control de flujo. El actuador es responsable de mover el núcleo de la válvula para cambiar el área de flujo, mientras que los accesorios brindan funciones y rendimiento adicionales.
Las válvulas de control se pueden clasificar según las características de carrera en tipos lineales y rotativos, y según la función y las características en tipos lineales, de igual porcentaje y parabólicos.
Tipos lineales: válvula de un solo asiento, válvula de doble asiento, válvula de manguito, válvula de ángulo, válvula de tres vías y válvula de diafragma;
Tipos rotativos:válvula de mariposa, válvula de bola, válvula rotativa excéntrica y válvula de control ultraligera con todas las funciones.
Operación de conducción:tipos neumáticos, eléctricos e hidráulicos;
Formulario de control:tipos de regulación, cierre y regulación de cierre;
Características de flujo:lineal, de igual porcentaje, parabólico o de apertura rápida.
Son adecuados para diversos medios, incluidos aire, agua, vapor, medios corrosivos, barro y aceite.
Apertura y cierre de aire, acción directa e inversa
La apertura y el cierre de aire de la válvula de control se refieren a todo el mecanismo de la válvula. A medida que aumenta la presión del aire en el diafragma, la válvula se abre gradualmente para la apertura por aire y se cierra para el cierre por aire. Cuando no hay señal, la válvula de apertura de aire está cerrada y la válvula de cierre de aire está completamente abierta.
La acción directa e inversa de la válvula de control se refiere al actuador de la válvula de control de diafragma neumática. Cuando se introduce aire en la parte superior del diafragma, el vástago se mueve hacia abajo, lo cual es una acción directa. Cuando se introduce aire en la parte inferior, el vástago se mueve hacia arriba, lo que es una acción inversa.
El flujo abierto y el flujo cerrado están relacionados con el medio. Cuando el medio fluye en la dirección de apertura de la válvula, se denomina tipo de flujo abierto.
Por el contrario, cuando fluye hacia el cierre de la válvula, se denomina tipo de flujo cerrado.
I. Formas de acción del actuador
(1) Acción directa e inversa del actuador neumático. Cuando aumenta la presión de aire de entrada del actuador neumático, el vástago se mueve hacia abajo, lo cual es de acción directa; por el contrario, cuando aumenta la presión del aire de entrada, el vástago se mueve hacia arriba, lo que es una acción inversa (ver Figura 9-16).
(2) Montaje directo e inverso del mecanismo de regulación. El núcleo de la válvula tiene dos formas: montaje directo e inverso. Cuando el núcleo de la válvula se mueve hacia abajo y el área de flujo entre el núcleo de la válvula y el asiento disminuye, se denomina válvula de montaje directo; Por el contrario, cuando el área de flujo aumenta a medida que el núcleo de la válvula se mueve hacia abajo, se denomina válvula de montaje inverso. Para las válvulas de montaje directo de doble guía, siempre que el vástago de la válvula esté conectado al extremo inferior del núcleo de la válvula, se convierte en una válvula de montaje inverso. Para válvulas con un diámetro nominal Dg < 25mm, they are generally single-guided, so only direct mounting valves are available.
(3) Formas de acción del actuador. Los actuadores neumáticos tienen dos formas: apertura por aire y cierre por aire. Cuando aumenta la presión de la señal, la válvula se abre, lo que se denomina apertura de aire; Por el contrario, cuando aumenta la presión de la señal, la válvula se cierra, lo que se denomina cierre de aire. Dado que el actuador tiene acciones directas e inversas, la válvula de control (con un núcleo de válvula de doble guía) también tiene acciones directas e inversas, por lo que la apertura o cierre de aire del actuador neumático está formada por esta combinación, como se muestra en la Figura 9-16.
Para válvulas de control de diámetro pequeño, la señal de salida generalmente se cambia cambiando las acciones directas e inversas del actuador para lograr una apertura o cierre de aire; Para las válvulas de control de gran diámetro, generalmente es cambiando las acciones directas e inversas de la válvula de control para lograr una apertura o cierre de aire.
II. Posicionador
El posicionador se utiliza junto con el actuador neumático de diafragma.
1) Acción positiva del posicionador de válvulas: cuando aumenta la señal de entrada, aumenta la presión de salida al diafragma;
2) Acción inversa del posicionador de la válvula: cuando aumenta la señal de entrada, la presión de salida al diafragma disminuye;
Los actuadores y posicionadores de acción positiva trabajan juntos para lograr la función de actuadores de acción positiva;
Los actuadores de acción positiva y los posicionadores de acción inversa trabajan juntos para lograr la función de actuadores de acción inversa;
Los actuadores de acción inversa y los posicionadores de acción positiva trabajan juntos para lograr la función de actuadores de acción inversa;
Los actuadores de acción inversa y los posicionadores de acción inversa trabajan juntos para lograr la función de actuadores de acción positiva;
III. Válvula de control FC (apertura por aire o cierre por falla) o FO (cierre por aire o apertura por falla)
La elección de apertura y cierre de aire se considera desde la perspectiva de la seguridad del proceso. Cuando se corta la fuente de aire, si la válvula es más segura en la posición cerrada o abierta. Por ejemplo, en el control de combustión de un horno de calefacción, la válvula de control se instala en la tubería de gas combustible para controlar el suministro de combustible en función de la temperatura del horno o la temperatura del material calentado a la salida del horno de calefacción. En este momento, es más seguro elegir una válvula de apertura de aire.
Una válvula de control de apertura de aire significa que la válvula está completamente cerrada cuando no hay aire y la válvula se abre cuando hay aire. Cuando no hay señal, la válvula se cierra y la válvula se abre cuando hay una señal de entrada. Además, cuanto mayor sea la señal, mayor será la apertura de la válvula. Cuando la señal está en su punto máximo, la válvula está completamente abierta.
El tipo de apertura de aire (Air to Open) significa que cuando aumenta la presión de aire en el diafragma, la válvula se mueve en la dirección de apertura creciente, y cuando alcanza el límite de presión de aire de entrada, la válvula está completamente abierta. Por el contrario, cuando la presión del aire disminuye, la válvula
se mueve en la dirección de cierre y, cuando no hay aire de entrada, la válvula está completamente cerrada. Por lo tanto, la válvula de tipo abierto por aire a veces se denomina cierre por falla (FC).
El tipo de cierre de aire (Air to Close) se mueve en la dirección opuesta al tipo de apertura de aire. Cuando aumenta la presión del aire, la válvula se mueve en la dirección de cierre; Cuando la presión del aire disminuye o está ausente, la válvula se mueve en la dirección de apertura o se abre por completo. Por lo tanto, a veces se denomina fail-open (FO). Durante el uso, las posiciones de falla comunes son (FO, FC, FL), donde FO significa que la válvula no se abre / cierra debido a una falla de la fuente de aire.
Para las posiciones de falla de la válvula neumática, se dividen principalmente en varias situaciones:
1) Bajo la acción de enclavamiento del dispositivo de válvula neumática, la posición de la válvula debe tener las siguientes situaciones:
FC-Cuando se pierde la fuente de aire, la válvula está en la posición cerrada;
FO-Cuando se pierde la fuente de aire, la válvula está en la posición abierta;
FL-Cuando se pierde la fuente de aire, la válvula está en una posición momentánea y permanece;
FLC-Cuando se pierde la fuente de aire, la válvula mantiene su posición pero tiende a cerrarse, y la válvula está en la posición cerrada (el gas en el cilindro se agota);
FLO-Cuando se pierde la fuente de aire, la válvula mantiene su posición pero tiende a abrirse, y la válvula está en la posición abierta (el gas en el cilindro se agota).
2) Bajo la acción de enclavamiento del dispositivo de válvula reguladora o de cierre, la posición de la válvula debe tener las siguientes situaciones:
FC-Cuando se pierde la fuente de aire o la válvula solenoide pierde potencia, la válvula está en la posición cerrada;
FO-Cuando se pierde la fuente de aire o la válvula solenoide pierde potencia, la válvula está en la posición abierta;
AFL/EFC-
1) Cuando se pierde la fuente de aire y la válvula solenoide no pierde potencia, la válvula mantiene su posición;
2) Independientemente de si se pierde la fuente de aire o si la válvula solenoide pierde potencia, la válvula está en la posición cerrada;
AFL/EFO-
1) Cuando se pierde la fuente de aire y la válvula solenoide no pierde potencia, la válvula mantiene su posición;
2) Independientemente de si se pierde la fuente de aire o si la válvula solenoide pierde potencia, la válvula está en la posición abierta.
Las válvulas neumáticas logran funciones de corte, conexión y regulación de válvulas a través de señales de salida, con velocidades de apertura y cierre relativamente rápidas. A menudo se utilizan para el cierre rápido de dos posiciones y también se pueden utilizar para la regulación del flujo. Al combinar diferentes accesorios, se pueden lograr varios métodos de control.
Las válvulas de control abiertas por aire aumentan el área de flujo con el aumento de la presión de la señal; mientras que las válvulas de cierre de aire disminuyen el área de flujo con el aumento de la presión de la señal.
Selección del tipo de válvula de control
Hay muchos tipos de cuerpos de válvulas de control, con tipos de uso común que incluyen asiento simple directo, asiento doble recto, ángulo, diafragma, flujo pequeño, tres vías, rotativo excéntrico, mariposa, manguito y bola.
Al tomar decisiones específicas, se pueden hacer las siguientes consideraciones:
(1) Forma y estructura del núcleo de la válvula
Considere principalmente factores como las características de flujo seleccionadas y las fuerzas desequilibradas.
(2) Resistencia al desgaste
Cuando el medio fluido es una suspensión que contiene partículas abrasivas de alta concentración, el material interno de la válvula debe ser duro.
(3) Resistencia a la corrosión
Debido a la naturaleza corrosiva del medio, es preferible elegir una válvula con una estructura simple.
(4) Temperatura y presión del medio
Cuando la temperatura y la presión del medio son altas y fluctúan significativamente, el material del núcleo y el asiento de la válvula debe seleccionarse con cambios mínimos de temperatura y presión.
(5) Evite el parpadeo y la cavitación
El flashing y la cavitación solo ocurren en medios líquidos. En los procesos de producción reales, el flasheo y la cavitación pueden causar vibraciones y ruido, acortar la vida útil de la válvula, por lo que al seleccionar una válvula, es necesario evitar que la válvula genere flasheo y cavitación.
Selección del actuador de la válvula de control
Para garantizar el funcionamiento normal de la válvula de control, el actuador seleccionado debe generar suficiente fuerza de salida para garantizar un alto sellado y apertura de la válvula.
Para los actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos de doble efecto, generalmente no hay resortes de reinicio. La magnitud de la fuerza no está relacionada con su dirección operativa. Por lo tanto, la clave para seleccionar un actuador radica en determinar la fuerza de salida máxima y el par motor. Para los actuadores neumáticos de simple efecto, la fuerza de salida está relacionada con la apertura de la válvula, y la fuerza que aparece en la válvula de control también afectará las características de movimiento, por lo que es necesario establecer un equilibrio de fuerza dentro de todo el rango de apertura de la válvula de control.
Determinación del tipo de actuador
Después de determinar la fuerza de salida del actuador, seleccione el actuador correspondiente de acuerdo con los requisitos del entorno del proceso. Cuando hay requisitos a prueba de explosiones en el sitio, se deben usar actuadores neumáticos. Desde el punto de vista del ahorro de energía, los actuadores eléctricos deben utilizarse en la medida de lo posible. Si se requiere una alta precisión de control, se pueden seleccionar actuadores hidráulicos, como el control de velocidad de máquinas transparentes en centrales eléctricas, el control de temperatura de reactores catalíticos en refinerías, etc.
Selección del modo de acción de la válvula de control
El modo de acción de la válvula de control solo es aplicable al seleccionar un actuador neumático. El modo de acción está formado por la combinación de las acciones positivas e inversas del actuador y la válvula. Hay cuatro formas combinadas, a saber, positivo-positivo (tipo de cierre de aire), positivo-inverso (tipo de apertura de aire), positivo inverso (tipo abierto de aire) y retroceso inverso (tipo de cierre de aire), que forman dos tipos de modos de acción de la válvula de control, apertura de aire y cierre de aire.
Al seleccionar el modo de acción de la válvula de control, considere principalmente tres aspectos:
a) Seguridad de la producción del proceso;
b) Características del medio;
c) Asegurar la calidad del producto, con la mínima pérdida económica.
