25 de julio de 2025
En el dinámico mundo del control de fluidos, las válvulas y bombas de control eléctrico son componentes clave que coordinan el movimiento continuo de líquidos y gases en diversas aplicaciones industriales. Su relación simbiótica juega un papel fundamental para garantizar la precisión, eficiencia y confiabilidad de los sistemas de fluidos. Profundicemos en el mundo de las válvulas y bombas de control eléctrico, desentrañando su funcionamiento, características y métodos para coordinar su diseño.
I. Características y principios de funcionamiento de las válvulas de control eléctricas
Las válvulas de control eléctrico se componen principalmente de un actuador eléctrico y un cuerpo de válvula de control. Al recibir señales de los sistemas de control de automatización industrial, impulsan la válvula para cambiar el área de la sección transversal entre el núcleo de la válvula y el asiento de la válvula, controlando el flujo, la temperatura, la presión y otros parámetros del proceso de los medios de la tubería para lograr un control automático remoto. La característica de igual porcentaje se considera óptima, proporcionando estabilidad y un excelente rendimiento de control.
(1) Características estructurales:
1. El servoamplificador adopta una retroalimentación negativa dinámica profunda para mejorar la precisión del control automático.
2. El actuador eléctrico viene en varias formas, adecuado para señales de CC de 4-20 mA o CC de 0-10 mA.
3. Amplio rango ajustable con una relación ajustable inherente de 50, con características de flujo lineales e iguales porcentuales.
4. Las válvulas de control eléctrico electrónico se pueden controlar directamente mediante la señal de corriente sin necesidad de un servoamplificador.
5. El cuerpo de la válvula está diseñado según los principios de la mecánica de fluidos, con un canal de flujo de baja resistencia con un aumento del 30% en el coeficiente de flujo nominal.
(2) Clasificación de estructuras de válvulas de control eléctrico:
Las válvulas de control eléctricas generalmente se clasifican en estructuras de asiento simple y de asiento doble. Las válvulas de control eléctrico de un solo asiento son adecuadas para aplicaciones con estrictos requisitos de fugas, bajos diferenciales de presión antes y después de la válvula, y condiciones de trabajo con cierta viscosidad y medios fibrosos. Las válvulas de control eléctricas de doble asiento tienen las ventajas de una baja fuerza desequilibrada, lo que permite grandes diferenciales de presión y altas capacidades de flujo, lo que las hace adecuadas para aplicaciones con requisitos de fuga menos estrictos.
(3) Principios de funcionamiento de las válvulas de control eléctricas:
Las válvulas de control eléctrico controlan automáticamente la apertura de la válvula en función de las señales de la posición de control, logrando la regulación del flujo del medio, la presión y el nivel de líquido. Usando la señal de corriente de 4-20 mA de uso común como ejemplo, cuando el sistema de control envía una señal de 4 mA a la válvula de control eléctrico, la válvula está en el estado completamente cerrado. Cuando se envía una señal de 20 mA, la válvula está completamente abierta. Los diferentes valores de señal en el rango de 4-20 mA corresponden a diferentes grados de apertura de la válvula, lo que permite que el sistema de control logre una regulación precisa basada en los parámetros específicos del proceso.
II. Condiciones y características de las bombas eléctricas y aplicaciones
Las bombas eléctricas, impulsadas por electricidad, juegan un papel crucial en diversas industrias. Consisten en un cuerpo de bomba, un tubo de elevación, una base de bomba, un motor sumergible (incluidos los cables) y un dispositivo de protección de arranque. El cuerpo de la bomba es la parte de trabajo de la bomba sumergible, compuesta por un tubo de entrada, una carcasa guía, una válvula de retención, un eje de bomba y un impulsor. Los impulsores se pueden fijar en el eje de dos maneras.
El impulsor se instala dentro de la carcasa de la bomba y se sujeta de forma segura al eje de la bomba. El eje de la bomba es accionado directamente por el motor. En el centro de la carcasa de la bomba, hay un tubo de succión de líquido. El líquido ingresa a la bomba a través de la válvula de retención y la tubería de succión. La salida de descarga de líquido en la carcasa de la bomba está conectada a la tubería de descarga.
Antes de poner en marcha la bomba, la carcasa de la bomba se llena con el líquido que se va a transportar. Después de arrancar, el eje impulsa el impulsor para que gire a alta velocidad, y el líquido entre las palas también debe girar con el impulsor. Bajo la acción de la fuerza centrífuga, el líquido se lanza desde el centro del impulsor hacia el borde exterior, ganando energía y dejando el impulsor a alta velocidad para ingresar a la carcasa de la bomba en espiral. En la carcasa en espiral, el líquido se ralentiza debido al agrandamiento gradual del pasaje, y parte de la energía cinética se convierte en energía de presión estática. Finalmente, fluye hacia la tubería de descarga con mayor presión y se envía a la ubicación requerida. A medida que el líquido fluye desde el centro hacia el borde exterior del impulsor, se forma un cierto vacío en el centro del impulsor. Debido a que la presión por encima del nivel de líquido en el tanque de almacenamiento es mayor que la presión en la entrada de la bomba, el líquido se presiona continuamente en el impulsor. Mientras el impulsor siga girando, el líquido será aspirado y descargado continuamente.
(1) Condiciones de uso:
1. La temperatura no debe exceder los 20 °C.
2. La fracción de masa de partículas sólidas en el líquido no debe exceder el 0,01%.
3. El valor de pH del líquido debe estar entre 6,5 y 8,5.
4. El contenido de iones cloruro no debe exceder los 400 miligramos por litro.
5. Se debe evitar el cambio frecuente entre los estados de "encendido" y "apagado" de la bomba eléctrica.
(2) Aplicaciones:
En la producción de las industrias química y petrolera, las materias primas, los productos semiacabados y los productos terminados son en su mayoría líquidos. El proceso de producción de convertir materias primas en productos semiacabados y terminados implica procesos complejos. Las bombas eléctricas desempeñan un papel en el transporte de líquidos y proporcionan presión y flujo para las reacciones químicas en estos procesos. Además, las bombas eléctricas se utilizan para regular la temperatura en muchas instalaciones.
En las industrias minera y metalúrgica, las bombas eléctricas también son los equipos más utilizados. Las minas necesitan bombas para el drenaje, y las bombas se utilizan para el suministro de agua en procesos como el aderezo, la fundición y el laminado de minerales.
En la industria energética, las centrales nucleares requieren bombas principales, bombas secundarias, bombas terciarias y las centrales térmicas requieren una gran cantidad de bombas de agua de alimentación de calderas, bombas de condensado, bombas de transporte mixto de petróleo y gas, bombas de agua circulante y bombas de lodo de cenizas.
En la construcción de defensa, las bombas son necesarias para diversos fines, como ajustar los flaps y timones de los aviones, rotar las torretas de los buques de guerra y los tanques, y controlar la flotabilidad de los submarinos. Las bombas pueden manejar líquidos radiactivos y de alta presión, y algunas requieren un funcionamiento sin fugas.
En resumen, ya sea que se trate de aviones, cohetes, tanques, submarinos, perforación, minería, trenes, barcos o la vida diaria, las bombas eléctricas se necesitan en todas partes y están en funcionamiento en todas partes. Es por eso que las bombas se clasifican como maquinaria general, lo que representa una categoría de producto importante en la industria mecánica.
III. Coordinación del diseño de válvulas y bombas de control eléctrico
Las características de flujo inherentes de las válvulas de control indican cómo cambia el área de flujo efectivo de la válvula con la apertura. Diferentes tipos, como apertura rápida, lineal, igual porcentaje y parabólico, proporcionan varias respuestas de control. En ingeniería, los tres primeros son los más comunes, y seleccionar la válvula adecuada es crucial para un control estable.
(1) Características y aplicaciones:
1. Función de apertura rápida: se requiere una respuesta rápida a la apertura de la válvula en situaciones en las que se necesitan cambios rápidos dentro de un rango de apertura pequeño.
2. Características lineales: Cambio de flujo constante con apertura dentro del rango de apertura de 0-100%, adecuado para lazos de control con una ganancia del sistema de varios, como el control del nivel de líquido. La apertura relativa preferida en flujo normal es del 50% al 60%.
3. Características porcentuales iguales: el caudal pequeño aumenta con la apertura en una abertura pequeña, pero a medida que aumenta la apertura de la válvula, la tasa de cambio aumenta rápidamente. Se utiliza principalmente en ocasiones de control de presión, flujo y temperatura. La apertura relativa preferida en flujo normal es del 70% al 80%.
(2) Papel de las válvulas de control en los circuitos de bombas:
Un circuito de bomba típico incluye una válvula de control de flujo principal, una válvula de control de flujo o temperatura de derivación y una válvula de control de línea de retorno mínimo.
La válvula de control de flujo del circuito principal ajusta la capacidad de procesamiento de la bomba de acuerdo con las diferentes condiciones de trabajo. Los cálculos consideran las condiciones normales de funcionamiento, las condiciones máximas de funcionamiento y las condiciones de estacionamiento de la bomba.
La válvula de control de temperatura o flujo de derivación cumple con los requisitos del usuario aguas abajo y las necesidades del proceso al ajustar el caudal de la válvula reguladora instalada en cada rama.
La válvula de control de la línea de retorno mínimo se instala en la línea de retorno mínimo de la bomba y protege la bomba o cumple con los requisitos de reflujo cuando el caudal de la bomba alcanza el valor establecido del flujo de retorno mínimo.
(3) Cálculo del proceso de válvulas de control en circuitos de bombas:
Todas las válvulas de control en el circuito de la bomba primero deben cumplir con los requisitos del circuito principal, calcular los parámetros de las válvulas de control en el circuito principal y luego calcular los parámetros de las válvulas de control en otros circuitos en función de los parámetros de proceso del circuito principal en cada nodo. Los pasos de cálculo habituales son los siguientes:
1. Determine el bucle principal de acuerdo con las características del proceso del sistema. Al caudal máximo de la bomba, según la experiencia o los requisitos del proyecto, dado el valor de caída de presión de la válvula reguladora en el circuito principal, calcule los parámetros de proceso de la bomba y seleccione una curva de trabajo adecuada de la bomba.
2. En el circuito principal, según la curva de trabajo de la bomba seleccionada y la ecuación hidráulica, calcule los parámetros de la válvula reguladora en condiciones normales de trabajo y condiciones de parada.
3. En el circuito principal de la bomba, establezca la ecuación hidráulica del subcircuito de la bomba y calcule los parámetros de proceso de cada válvula reguladora en el subcircuito en diferentes condiciones de trabajo.
4. Establezca la ecuación hidráulica de la línea de retorno mínimo de la bomba y calcule los parámetros de proceso de la válvula de control de retorno bajo el flujo de retorno mínimo basado en la curva de operación de la bomba.
(4) Características de proceso de las válvulas de control en los circuitos de bombas:
Para las válvulas de control en circuitos de bombas, suelen tener las siguientes características:
1. La válvula reguladora en la carretera principal requiere una gran tasa de cambio de caudal con apertura y, por lo general, debe soportar una gran caída de presión. Se prefieren las válvulas características de apertura rápida.
2. La válvula reguladora en la rama necesita controlar el flujo con mayor precisión. Se prefiere una válvula con características de igual porcentaje para controlar el rango de operación de la válvula reguladora dentro de un rango de apertura pequeño.
3. La válvula reguladora en la línea de retorno mínimo generalmente tiene un caudal pequeño y no tiene altos requisitos para un control de flujo preciso. La presión aguas arriba y la diferencia de presión son grandes, lo que protege la bomba de daños.
4. Por lo general, la caída de presión de la válvula reguladora en el circuito de la bomba no alcanzará la condición de causar un flujo bloqueado. Sin embargo, para algunas situaciones de baja presión de vapor, se requiere un análisis cuidadoso de las propiedades físicas y el estado antes y después de la válvula reguladora y debe anotarse en la hoja de datos de la válvula reguladora.
5. Para las válvulas de control en el circuito de la bomba, el nivel de ruido generalmente no es alto y no se requiere prevención de ruido.
En esencia, la coordinación de las válvulas y bombas de control eléctrico es crucial para lograr un rendimiento óptimo en los sistemas de control de fluidos. Los ingenieros deben considerar cuidadosamente las características del sistema, las curvas de operación de la bomba y los requisitos específicos para garantizar un control de fluidos preciso y estable. A medida que las industrias evolucionan, la integración de estos componentes sigue siendo una piedra angular para lograr la excelencia operativa y la confiabilidad en la dinámica de fluidos.
