¿Conoce los conceptos básicos de las válvulas de control?

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 según las señales de control del sistema de automatización para cambiar parámetros del proceso como caudal, presión, temperatura y 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 base de la válvula de control, diseñado con un enfoque en el control del flujo. El actuador es responsable de mover el núcleo de la válvula para cambiar el área de flujo, mientras que los accesorios proporcionan 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 porcentaje igual y parabólicos.

Tipos lineales: válvula de asiento simple, válvula de asiento doble, válvula de camisa, 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 de funciones completas.
Accionamiento:tipos neumático, eléctrico e hidráulico;
Forma de control:tipos de regulación, cierre y regulación-cierre;
Características de flujo:lineal, porcentaje igual, parabólico o de apertura rápida.

Son adecuadas para diversos medios, incluidos aire, agua, vapor, medios corrosivos, lodo y aceite.

Apertura por aire y cierre por aire, acción directa e inversa
La apertura por aire y el cierre por aire de la válvula de control se refieren a todo el mecanismo de la válvula. A medida que aumenta la presión de aire en el diafragma, la válvula se abre gradualmente para apertura por aire y se cierra para cierre por aire. Cuando no hay señal, la válvula de apertura por aire está cerrada y la válvula de cierre por aire está completamente abierta.

La acción directa e inversa de la válvula de control se refiere al actuador de la válvula de control neumática de diafragma. Cuando se introduce aire en la parte superior del diafragma, el vástago se mueve hacia abajo, lo que es acción directa. Cuando se introduce aire en la parte inferior, el vástago se mueve hacia arriba, lo que es acción inversa.

Apertura por flujo y cierre por flujo están relacionados con el medio. Cuando el medio fluye en la dirección de apertura de la válvula, se denomina tipo de apertura por flujo.

Por el contrario, cuando fluye hacia el cierre de la válvula, se denomina tipo de cierre por flujo.

I. Formas de acción del actuador
   (1) Acción directa e inversa del actuador neumático. Cuando la presión de aire de entrada del actuador neumático aumenta, el vástago se mueve hacia abajo, lo que es acción directa; por el contrario, cuando la presión de aire de entrada aumenta, el vástago se mueve hacia arriba, lo que es 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 y el asiento disminuye, se denomina válvula de montaje directo; por el contrario, cuando el área de flujo aumenta a medida que el núcleo se mueve hacia abajo, se denomina válvula de montaje inverso. Para válvulas de montaje directo de doble guía, siempre que el vástago de la válvula se conecte al extremo inferior del núcleo, se convierte en una válvula de montaje inverso. Para válvulas con diámetro nominal Dg < 25 mm, generalmente son de guía simple, por lo que solo están disponibles válvulas de montaje directo.

   (3) Formas de acción del actuador. Los actuadores neumáticos tienen dos formas: apertura por aire y cierre por aire. Cuando la presión de la señal aumenta, la válvula se abre, llamada apertura por aire; por el contrario, cuando la presión de la señal aumenta, la válvula se cierra, llamada cierre por aire. Dado que el actuador tiene acciones directas e inversas, la válvula de control (con núcleo de doble guía) también tiene acciones directas e inversas, por lo que la apertura por aire o el cierre por aire del actuador neumático se forma mediante 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 apertura por aire o cierre por aire; para válvulas de control de diámetro grande, generalmente se cambia cambiando las acciones directas e inversas de la válvula de control para lograr apertura por aire o cierre por aire.

II. Posicionador
   El posicionador se utiliza junto con el actuador neumático de diafragma.

   1) Acción positiva del posicionador de válvula: cuando la señal de entrada aumenta, la presión de salida al diafragma aumenta;

   2) Acción inversa del posicionador de válvula: cuando la señal de entrada aumenta, la presión de salida al diafragma disminuye;

   Los actuadores de acción positiva y los posicionadores trabajan juntos para lograr la función de los actuadores de acción positiva;

   Los actuadores de acción positiva y los posicionadores de acción inversa trabajan juntos para lograr la función de los actuadores de acción inversa;

   Los actuadores de acción inversa y los posicionadores de acción positiva trabajan juntos para lograr la función de los actuadores de acción inversa;

   Los actuadores de acción inversa y los posicionadores de acción inversa trabajan juntos para lograr la función de los actuadores de acción positiva;

III. Válvula de control FC (apertura por aire o cierre por fallo) o FO (cierre por aire o apertura por fallo)
   La elección de apertura por aire y cierre por 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 según la temperatura del horno o la temperatura del material calentado a la salida del horno de calefacción. En este caso, es más seguro elegir una válvula de apertura por aire.

   Una válvula de control de apertura por 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 está cerrada, y la válvula se abre cuando hay una señal de entrada. Además, cuanto mayor es la señal, mayor es la apertura de la válvula. Cuando la señal está en su máximo, la válvula está completamente abierta.

   El tipo de apertura por aire (Air to Open) significa que cuando la presión de aire en el diafragma aumenta, la válvula se mueve en la dirección de aumentar la apertura, y cuando alcanza el límite de presión de aire de entrada, la válvula está completamente abierta. Por el contrario, cuando la presión de 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 llama fallo-cerrado (FC).

El tipo de cierre por aire (Aire para Cerrar) se mueve en la dirección opuesta al tipo abierto por aire. Cuando la presión del aire aumenta, 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 completamente. Por lo tanto, a veces se llama fallo-abierto (FO). Durante el uso, las posiciones de fallo comunes son (FO, FC, FL), donde FO significa que la válvula falla al abrir/cerrar debido a la falla de la fuente de aire.

Para las posiciones de fallo de las válvulas neumáticas, se dividen principalmente en varias situaciones:
1) Bajo la acción de interbloqueo 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 interbloqueo 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 energía, la válvula está en la posición cerrada;

FO-Cuando se pierde la fuente de aire o la válvula solenoide pierde energía, la válvula está en la posición abierta;

AFL/EFC-

1) Cuando se pierde la fuente de aire y la válvula solenoide no pierde energía, la válvula mantiene su posición;

2) Independientemente de si se pierde la fuente de aire o la válvula solenoide pierde energía, la válvula está en la posición cerrada;

AFL/EFO-

1) Cuando se pierde la fuente de aire y la válvula solenoide no pierde energía, la válvula mantiene su posición;

2) Independientemente de si se pierde la fuente de aire o la válvula solenoide pierde energía, la válvula está en la posición abierta.

Las válvulas neumáticas logran funciones de corte, conexión y regulación de la válvula 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 usar para la regulación del flujo. Al combinar diferentes accesorios, se pueden lograr varios métodos de control.

Las válvulas de control de apertura por aire aumentan el área de flujo con el aumento de la presión de señal; mientras que las válvulas de cierre por aire disminuyen el área de flujo con el aumento de la presión de señal.

Selección del Tipo de Válvula de Control
Hay muchos tipos de cuerpos de válvula de control, con tipos comúnmente utilizados que incluyen asiento único de paso recto, asiento doble de paso recto, angular, diafragma, flujo pequeño, tres vías, rotativo excéntrico, mariposa, jaula y bola.

Al hacer elecciones específicas, se pueden considerar los siguientes aspectos:

(1) Forma y estructura del núcleo de la válvula
Principalmente considerar 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) Prevenir la vaporización y la cavitación
La vaporización y la cavitación solo ocurren en medios líquidos. En los procesos de producción reales, la vaporización 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 vaporización 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 asegurar un alto sellado y apertura de la válvula.

Para actuadores neumáticos de doble acción, hidráulicos y eléctricos, generalmente no hay resortes de reinicio. La magnitud de la fuerza no está relacionada con su dirección de operación. Por lo tanto, la clave para seleccionar un actuador radica en determinar la fuerza de salida máxima y el par del motor. Para actuadores neumáticos de acción simple, 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 se requiere establecer un equilibrio de fuerzas en 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 según los requisitos del entorno del proceso. Cuando hay requisitos a prueba de explosiones en el sitio, se deben usar actuadores neumáticos. Desde una perspectiva de ahorro de energía, se deben usar actuadores eléctricos tanto como sea posible. Si se requiere alta precisión de control, se pueden seleccionar actuadores hidráulicos, como el control de velocidad de máquinas transparentes en plantas de energía, 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 se forma mediante la combinación de las acciones positiva y reversa del actuador y la válvula. Hay cuatro formas de combinación, a saber, positivo-positivo (tipo cierre por aire), positivo-reverso (tipo apertura por aire), reverso-positivo (tipo apertura por aire) y reverso-reverso (tipo cierre por aire), que forman dos tipos de modos de acción de la válvula de control, apertura por aire y cierre por aire.

Al seleccionar el modo de acción de la válvula de control, considere principalmente desde tres aspectos:
a) Seguridad de la producción del proceso;
b) Características del medio;
c) Asegurar la calidad del producto, con pérdidas económicas mínimas.