09.en.2026
En el dinámico mundo del control de fluidos, las válvulas y bombas de control eléctricas son componentes clave que coordinan el movimiento fluido de líquidos y gases en diversas aplicaciones industriales. Su relación simbiótica desempeña un papel fundamental para garantizar la precisión, eficiencia y fiabilidad de los sistemas fluidos. Vamos a adentrarnos en el mundo de las válvulas y bombas de control eléctricas, 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 eléctricas están compuestas principalmente por un actuador eléctrico y un cuerpo de válvula de control. Al recibir señales de los sistemas de control de automatización industrial, accionan 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 de proceso del medio de la tubería para lograr el control automático remoto. La característica porcentual igual se considera óptima, proporcionando estabilidad y un excelente rendimiento de control.
(1) Características estructurales:
1. El servoamplificador adopta una profunda realimentación negativa dinámica para mejorar la precisión del control automático.
2. El actuador eléctrico se presenta en varias formas, adecuadas para señales de 4-20mA DC o 0-10mA DC.
3. Gran rango ajustable con una relación inherentemente ajustable de 50, con características de flujo lineales e iguales en porcentaje.
4. Las válvulas electrónicas de control eléctrico pueden controlarse directamente por la señal de corriente sin necesidad de un servoamplificador.
5. El cuerpo de la válvula está diseñado según principios de 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 las estructuras de válvulas de control eléctrico:
Las válvulas de control eléctricas se clasifican generalmente en estructuras de un asiento y de doble asiento. Las válvulas de control eléctricas monoplazas son adecuadas para aplicaciones con requisitos estrictos de fugas, diferenciales de baja 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 la ventaja de una baja fuerza desequilibrada, lo que permite grandes diferencias de presión y altas capacidades de caudal, lo que las hace adecuadas para aplicaciones con requisitos de fuga menos estrictos.
(3) Principios de funcionamiento de válvulas de control eléctrico:
Las válvulas de control eléctricas controlan automáticamente la apertura de la válvula basándose en señales de la posición de control, logrando la regulación del flujo del medio, la presión y el nivel de líquido. Usando como ejemplo la señal de corriente de 4-20 mA comúnmente utilizada, cuando el sistema de control envía una señal de 4 mA a la válvula de control eléctrica, esta está en estado completamente cerrado. Cuando se envía una señal de 20mA, la válvula está en estado completamente abierto. Diferentes valores de señal en el rango de 4-20 mA corresponden a distintos grados de apertura de válvula, lo que permite al sistema de control lograr 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, desempeñan 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 operativa de la bomba sumergible, compuesta por un tubo de entrada, una carcasa guía, una válvula de retención, un eje de la bomba y un impulsor. Los impulsores pueden fijarse en el eje de dos maneras.
El impulsor se instala dentro de la carcasa de la bomba y está fijado 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 una tubería de succión líquida. El líquido entra en la bomba a través de la válvula de retención y la tubería de succión. La salida de descarga líquida en la carcasa de la bomba está conectada a la tubería de descarga.
Antes de iniciar la bomba, la carcasa de la bomba se llena con el líquido que se va a transportar. Tras arrancar, el impulsor es impulsado para girar a alta velocidad por el eje, y el líquido entre las palas también debe girar junto con el impulsor. Bajo la acción de la fuerza centrífuga, el líquido es lanzado desde el centro del impulsor hacia el borde exterior, ganando energía y saliendo del impulsor a alta velocidad para entrar en el revestimiento de la bomba en espiral. En el revestimiento en espiral, el líquido se ralentiza debido al agrandamiento gradual del conducto, 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 succionado y descargado continuamente.
(1) Condiciones de uso:
1. La temperatura no debe superar los 20°C.
2. La fracción mássica de partículas sólidas en el líquido no debe superar 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 superar los 400 miligramos por litro.
5. Se debe evitar el cambio frecuente entre estados "encendido" y "apagado" de la bomba eléctrica.
(2) Aplicaciones:
En la producción de las industrias química y petrolera, las materias primas, los semiacabados y los productos terminados son en su mayoría líquidos. El proceso de producción para convertir materias primas en productos semiacabados y acabados implica procesos complejos. Las bombas eléctricas desempeñan un papel en el transporte de líquidos y en la provisión de presión y flujo para las reacciones químicas en estos procesos. Además, en muchas instalaciones se utilizan bombas eléctricas para regular la temperatura.
En las industrias minera y metalúrgica, las bombas eléctricas son también el equipo más utilizado. Las minas necesitan bombas para el drenaje, y las bombas se utilizan para el suministro de agua en procesos como el asemejado, fundición y laminación de minerales.
En la industria eléctrica, las centrales nucleares requieren bombas principales, secundarias, terciarias y las centrales térmicas requieren un gran número de bombas de alimentación de calderas, bombas de condensado, bombas de transporte mixtas de petróleo y gas, bombas de agua de circulación y bombas de lodos de ceniza.
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 buques de guerra y tanques, y controlar la flotabilidad de los submarinos. Las bombas pueden manejar líquidos de alta presión y radiactivos, algunas requiriendo operación sin fugas.
En resumen, ya sea en aviones, cohetes, tanques, submarinos, perforación, minería, trenes, barcos o la vida diaria, las bombas eléctricas son necesarias en todas partes y están en funcionamiento en todas partes. Por eso las bombas se clasifican como maquinaria general, representando una categoría de producto importante en la industria mecánica.
III. Coordinación del diseño de válvulas y bombas de control eléctrico
Las características inherentes de flujo de las válvulas de control indican cómo cambia el área de flujo efectiva de la válvula con la apertura. Diferentes tipos, como apertura rápida, lineal, igual porcentaje y parabólico, proporcionan diversas respuestas de control. En ingeniería, las tres primeras son las 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 donde se requieren cambios rápidos dentro de un rango de apertura pequeño.
2. Características lineales: Cambio constante de flujo con apertura dentro del rango de apertura del 0 al 100%, adecuado para bucles de control con una ganancia del sistema de varios, como el control del nivel de líquido. La apertura relativa preferida al flujo normal es del 50%-60%.
3. Características porcentuales iguales: Un pequeño aumento del caudal con una apertura en una abertura pequeña, pero a medida que aumenta la abertura de la válvula, la tasa de cambio aumenta rápidamente. Se utiliza principalmente en ocasiones de control de presión, caudal y temperatura. La apertura relativa preferida al caudal normal es del 70%-80%.
(2) Función de las válvulas de control en los circuitos de bomba:
Un circuito típico de bomba incluye una válvula principal de control de caudal, una válvula de control de temperatura o flujo de rama, y una válvula de control de línea de retorno mínima.
La válvula de control de flujo del circuito principal ajusta la capacidad de procesamiento de la bomba según las diferentes condiciones de funcionamiento. Los cálculos consideran las condiciones normales de funcionamiento, las condiciones máximas de funcionamiento y las condiciones de aparcamiento de la bomba.
La válvula de control de temperatura o caudal de la rama satisface los requisitos de los usuarios y del proceso aguas abajo ajustando 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 de flujo mínimo de retorno.
(3) Cálculo de procesos de válvulas de control en circuitos de bomba:
Todas las válvulas de control del circuito de la bomba deben primero cumplir 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 basándose en los parámetros del proceso del circuito principal en cada nodo. Los pasos habituales de cálculo son los siguientes:
1. Determinar el bucle principal según las características del proceso del sistema. Al caudal máximo de la bomba, basado en la experiencia o los requisitos del proyecto, dado el valor de caída de presión de la válvula reguladora en el circuito principal, calcular los parámetros del proceso de la bomba y seleccionar una curva de trabajo adecuada para la bomba.
2. En el circuito principal, basándose en la curva de trabajo de la bomba seleccionada y en la ecuación hidráulica, se calculan los parámetros de la válvula reguladora bajo condiciones normales de trabajo y de apagado.
3. En el circuito principal de la bomba, establecer la ecuación hidráulica del subcircuito de la bomba y calcular los parámetros del proceso de cada válvula reguladora en el subcircuito bajo diferentes condiciones de funcionamiento.
4. Establecer la ecuación hidráulica de la línea mínima de retorno de la bomba y calcular los parámetros del proceso de la válvula de control de retorno bajo el flujo mínimo de retorno basándose en la curva de funcionamiento de la bomba.
(4) Características de proceso de las válvulas de control en circuitos de bomba:
Para las válvulas de control en circuitos de bomba, suelen presentar las siguientes características:
1. La válvula reguladora en la carretera principal requiere una gran tasa de cambio de caudal con la apertura y normalmente debe soportar una gran caída de presión. Se prefieren válvulas con características de apertura rápida.
2. La válvula reguladora de la rama debe controlar el flujo con mayor precisión. Se prefiere una válvula con características porcentuales iguales para controlar el rango de funcionamiento de la válvula reguladora dentro de un rango de apertura pequeño.
3. La válvula reguladora en la línea de retorno mínimo suele tener un caudal pequeño y no exige altos requisitos para un control preciso del caudal. La presión aguas arriba y la diferencia de presión son grandes, protegiendo la bomba de daños.
4. Normalmente, la caída de presión de la válvula reguladora en el circuito de la bomba no llega a 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, que debe anotarse en la hoja técnica de la válvula reguladora.
5. Para las válvulas de control del circuito de la bomba, el nivel de ruido generalmente no es alto y no se requiere prevención de ruido.
En esencia, la coordinación de válvulas de control eléctricas y bombas es crucial para lograr un rendimiento óptimo en sistemas de control de fluidos. Los ingenieros deben considerar cuidadosamente las características del sistema, las curvas de funcionamiento 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 fiabilidad en dinámica de fluidos.
