El documento describe diferentes tipos de actuadores empleados en sistemas de control de procesos, incluyendo actuadores de diafragma, de pistón neumático, eléctricos, electrohidráulicos y solenoides. También describe parámetros importantes para la selección del actuador apropiado, así como características y aplicaciones típicas de diferentes tipos de válvulas de control como válvulas de globo, mariposa, bola y macho.

1. Actuadores
hidráulicos y
neumáticos
Válvulas de control de caudal
2005 - II

2. Actuadores
 Dispositivos capaces de generar una fuerza a
partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa.
 Reciben la orden de un regulador o controlador,
y dan una salida necesaria para activar un
elemento final de control como las válvulas.
 De resorte-diafragma
 De resorte-diafragma de alta presión
 De pistón neumático
 Motores eléctricos
 Electrohidráulicos
CATEGORÍAS

3. Actuadores
PARÁMETROS EN EL PROCESO DE
SELECCIÓN DEL ACTUADOR:
 Disponibilidad de fuente de alimentación.
 Requerimientos en caso de falla.
 Requerimientos de torque o empuje (capacidad del
actuador).
 Funciones de control.
 Costo.
 Tamaño, construcción modular y fácil
mantenimiento.

4. Actuadores
ACTUADOR DE DIAFRAGMA
 Extremadamente simple, bajo costo
y alta confiabilidad.
 Rangos de 3 a 15 psi (0,2 a 1
bar), o 6 a 30 psi (0,4 a 2 bar).
 Mantenimiento muy simple.
 Su tamaño, peso y costo crecen
fuera de proporción respecto a la
capacidad.
 Se utilizan en válvulas pequeñas y
con bajos requerimientos de fuerza.

5. Actuadores
 Tamaño y peso reducidos.
 Uso de fuentes de mayor
presión.
 Construcción modular más
fácil.
 Mantenimiento más sencillo.
 Integración completa de
instrumentos y accesorios.
ACTUADOR DE
DIAFRAGMA-RESORTE
DE ALTA PRESIÓN

6. Actuadores
ACTUADOR DE PISTÓN
 Más compactos y generan más
torque-fuerza.
 Requerimiento de fuentes de alta
presión entre los 50 y 150 psi (3,5 -
10,4 bar).
 Falta de una acción inherente en
caso de falla.
 Necesidad de un posicionador en el
control.
 Rápida respuesta.
 Válidos para grandes recorridos.

7. Actuadores
ACTUADOR ELÉCTRICO
 Consisten en motores y trenes
de transmisión.
 Gran variedad de tamaños,
torques, longitud de carrera y
capacidades.
 Económicos en aplicaciones de
pequeños requerimientos.
 Presentan la mejor relación
tamaño/prestaciones.
 Muy rígidos, excelentes para
válvulas de grandes presiones.

8. Actuadores
 Gran rigidez.
 Compatibilidad con señales análogas
y excelente respuesta en frecuencia.
 Precisión de posicionamiento.
 Alta capacidad de salida.
 Alto costo inicial, complejidad, y
dificultad de mantenimiento.
 El modo de falla puede ser
controlado.
ACTUADOR
ELECTROHIDRÁULICO

9. Actuadores
ACTUADOR SOLENOIDE
Tipos de operación:
 Normalmente cerrada: El fluido fluye a través de la válvula
cuando la bobina es energizada.
 Normalmente abierta: El fluido se detiene cuando la bobina
es energizada.

10. Actuadores
ACTUADOR SOLENOIDE
Tipos de construcción:
Acción Directa:
 Al energizar se actúa directamente sobre el obturador
generando el cambio en el caudal.
 aumento en tamaño = aumento fuerza de acción necesaria
Internamente Piloteado:
 Principio de funcionamiento igual a acción directa.
 Pequeñas por ser hidro-asistidas.

11. Actuadores
DIMENSIONAMIENTO DEL ACTUADOR
 Acoplar al máximo posible las capacidades del actuador a
las necesidades de la válvula.
 Las fuerzas en las válvulas deben ser evaluadas en las
posiciones críticas del proceso (abierta y cerrada) y
comparadas a la salida del actuador.
• Fuerzas estáticas del fluido
• Fuerzas dinámicas del fluido
• Gradientes de fuerza
• Fricción de sellos, anillos y empaquetaduras
• Carga en el asentamiento del mismo
PARÁMETROS
IMPORTANTES

12. Válvulas de Control
Tapa
Vástago
Obturador: Control
de paso del fluido.
Asientos
Actuador
Cuerpo
 Varía el caudal del fluido a controlar.

13. Válvulas de Control
 Representadas por cajas que puedenRepresentadas por cajas que pueden
contener acción y el sentido del fluidocontener acción y el sentido del fluido

14. Válvulas de Control
 De movimiento lineal  De movimiento rotatorio
SEGÚN EL MOVIMIENTO DEL OBTURADOR:

15. Válvulas de Control
VÁLVULA DE GLOBO
 Para gases y líquidos.
 Genera pérdidas de presión.
 No sirve ante la presencia de sólidos en suspensión.

16. Válvulas de control
Válvula en ángulo Válvulas de tres vías Válvula de jaula Válvula de
compuerta
Válvula en Y
Válvula de
cuerpo partido
Válvula Saunders
Válvula de
compresión
OTRAS VÁLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL:

17. Válvulas de Control
VÁLVULA DE MARIPOSA
 Necesita una fuerza grande del
actuador en caso de una caída
de presión elevada.
 Empleada en grandes caudales
a baja presión.
 Ejerce su par máximo cuando
la válvula está totalmente
abierta.

18. Válvulas de Control
VÁLVULA DE BOLA Y MACHO
 Un corte adecuado (usualmente en
V) que fija la curva característica de
la válvula.
 Para control de fluidos negros y con
sólidos en suspensión.
 La válvula macho es una válvula de
bola típica que consiste en un
macho de forma cilíndrica.
 Altos caudales.
 No perdidas de presión.

19. Válvulas de control
Válvula de obturador
excéntrico rotativo
Válvulas de obturador
cilíndrico excéntrico
Válvula de
orificio ajustable
Válvula de
flujo axial
OTRAS VÁLVULAS DE MOVIMIENTO ROTATORIO:

20. Válvulas de Control
CUERPO
 El cuerpo y las conexiones
están normalizados en
DIN y ANSI.
 Conexiones roscadas
hasta 2”.
 Conexiones soldadas con
encaje hasta 2” o
soldadura a tope 2½” a
tamaños mayores.
 Nuevos materiales
termoplásticos.
Brida machihembrada
con junta de anillo
Roscada
Bridas planas
Bridas
machihembrada
Soldadura
con encaje Soldadas al tope
Bridas con resalte

21. Válvulas de Control
TAPA DE LA VÁLVULA
 Une el cuerpo y el
actuador.
 Necesita un empaque
idealmente elástico, con
bajo coeficiente de
rozamiento, químicamente
inerte y aislante eléctrico.
 Normalmente es de teflón
(temp. máx. 220ºC), pero
también se usa grafito.
 Elegible dependiendo de
temperatura de trabajo y la
hermeticidad.
Tapa normal
Columnas de
extensión
Fuelle de
hermeticidad
Tapa con aletas

22. Válvulas de Control
PARTES INTERNAS
 Obturador y Asientos: Corazón de
la válvula.
 Contacto directo con los fluidos.
 Normalmente en acero inoxidable
(pueden utilizarse PVC,
fluorocarbonatos y otros materiales
blandos reforzados.
 Determina las características de
caudal de la válvula.

23. Válvulas de Control
CARACTERÍSTICAS TÍPICAS
 Apertura rápida
 Lineal
 Isoporcentual
 Modificadas

24. Válvulas de Control
APERTURA RÁPIDA
 Inicio casi lineal.
 Al final decrece hasta
cero.
 On-Off.
 Algunas aplicaciones
de la lineal.

25. Válvulas de Control
LINEAL
 Directamente proporcional
(pendiente constante).
 Caída de presión
constante.
 Control de nivel.
 Aplica de Ganancia
constante.

26. Válvulas de Control
ISOPORCENTUAL
 Δ% de recorrido = Δ% de
flujo
 Δ flujo proporcional a flujo
antes del cambio.
 Control de presión.

27. Válvulas de Control
DIMENSIONAMIENTO
 Q = tasa de flujo (caudal)
 CV = coeficiente de dimensionamiento
de la válvula (por pruebas)
 P1 = presión antes de la válvula
 P2 = presión después de la válvula
 G = gravedad específica del líquido
 N = coeficiente numérico de conversión
de unidades
 FP, FR = factores de corrección
 FR = factor para el grado de turbulencia
del fluido
 FR = factor para consideraciones de la
tubería
Ecuación Bernoulli
El CV requerido debe estar
en el rango entre el 70% y el
90% de la capacidad
seleccionada para el valor CV
de la válvula .

28. Válvulas de Control
DIMENSIONAMIENTO
 Coeficiente de recuperación de válvula para flujo estrangulado:
 FL para líquidos
 XT para gases
Para Gases:
 Y = factor de expansión
 X = ∆P/P1
 T1 = temperatura
 Z = factor de compresibilidad

29. Válvulas de Control
PÉRDIDA DE PRESIÓN
La pérdida de presión total producida por una válvula
consiste en:
 La pérdida de presión dentro de la válvula.
 La perdida de presión en la tubería de entrada es mayor
de la que se produce normalmente si no existe válvula en
la línea -este efecto es pequeño-.
 La perdida de presión en la tubería de salida es superior
a la que se produce normalmente si no hubiera válvula
en la línea -este efecto puede ser muy grande-.

30. Válvulas de Control
CAVITACIÓN o ASPIRACIÓN EN VACÍO
 Descompresión del fluido (las moléculas cambian de
estado).
 El vapor regresa al estado líquido de manera súbita y dan
lugar a altas presiones localizadas .
 A mayor velocidad, presión o tamaño, los problemas por
cavitación aumentan.
 Investigaciones proponen que el
grado de daño causado por la
cavitación es exponencialmente
dependiente de la velocidad del
fluido.