Seleccionar el actuador adecuado comienza con un valor clave: el par de torsión de la válvula . Un actuador de cuarto de vuelta debe generar suficiente torque para abrir, operar y cerrar la válvula en condiciones reales de trabajo.

Si el actuador es demasiado pequeño, es posible que la válvula no se mueva. Si es mucho más grande de lo necesario, el sistema puede ser más costoso y someter a una carga adicional al vástago de la válvula y a los soportes de montaje.

Para un dimensionamiento confiable del actuador de cuarto de vuelta , los ingenieros primero deben comprender la curva de torque de la válvula, especialmente el torque de ruptura de la válvula .

¿Qué es el torque de una válvula?

El torque de la válvula es la fuerza de giro necesaria para rotar el vástago de una válvula.

Las diferentes válvulas requieren niveles de torque distintos. Las válvulas de bola, las de mariposa y las de tapón son aplicaciones comunes de cuarto de vuelta. Su torque también puede variar durante el ciclo de apertura y cierre.

Es posible que sea necesario tener en cuenta varios valores de torque:

• Par de torsión de arranque: el par de torsión necesario para que la válvula empiece a moverse desde su posición de asiento.

• Par de torsión en marcha: el par de torsión necesario mientras la válvula está en movimiento.

• Par de torsión de asiento: el par de torsión necesario para mover la válvula a su posición final de cierre o apertura.

• Par de torsión máximo del vástago: el par de torsión más alto que el vástago de la válvula puede soportar de manera segura.

El actuador debe proporcionar suficiente par de torsión para el punto de funcionamiento más alto requerido, sin superar el par de torsión máximo permitido del vástago de la válvula.

Por qué es importante el par de torsión de arranque de la válvula

El par de torsión de arranque de la válvula suele ser uno de los valores más importantes en la selección de un actuador.

Por ejemplo, supongamos que una válvula requiere:

• Par de torsión de arranque: 80 Nm

• Par de torsación en marcha: 50 Nm

• Par de torsación de asiento: 65 Nm

El actuador no se puede seleccionar basándose únicamente en el par de torsión en marcha de 50 Nm. Debe tener suficiente fuerza para superar el requisito de 80 Nm de par de torsión de arranque.

Por eso siempre que sea posible, se deben utilizar los datos de par de torsión del fabricante de la válvula.

Cómo calcular el par de torsión requerido del actuador

El cálculo básico es sencillo:

Par de torsión requerido del actuador = Par de torsión máximo de la válvula × Factor de seguridad

Por ejemplo, si el par de torsión máximo requerido de la válvula es 80 Nm y se utiliza un factor de seguridad de 1,3:

80 Nm × 1,3 = 104 Nm

Por lo tanto, el actuador seleccionado debe proporcionar al menos 104 Nm en las condiciones operativas reales.

Los factores de seguridad no son universales. El valor correcto depende del diseño de la válvula, las condiciones de servicio, la frecuencia de funcionamiento y las recomendaciones del fabricante. Las prácticas comunes de dimensionamiento utilizan factores de 1,2 o 1,3, pero los datos del fabricante de la válvula y del actuador deben prevalecer.

Dimensionamiento paso a paso de un actuador de cuarto de vuelta

1. Obtener los datos de par de torsión de la válvula

Comience con la tabla de pares de torsión del fabricante de la válvula o los datos de prueba.

Compruebe el par de torsión necesario para:

• Apertura inicial

• Funcionamiento normal

• Cierre final

• Asiento o desasiento

• Diferentes condiciones de presión

No utilice solo el tamaño de la válvula para estimar el par de torsión del actuador. Es posible que dos válvulas del mismo tamaño nominal requieran pares de torsión distintos.

2. Identifique el par de torsión máximo requerido

Compare todos los puntos de funcionamiento.

Normalmente, el valor máximo requerido debe ser el punto de partida para el dimensionamiento. En muchas válvulas, este puede ser el par de torsión de ruptura.

Por ejemplo:

En este caso, 80 Nm es el par de torsión máximo de funcionamiento.

3. Añadir un factor de seguridad adecuado

Si el factor de seguridad seleccionado es del 30%:

80 Nm × 1,30 = 104 Nm

Por lo tanto, el actuador debe proporcionar al menos 104 Nm en la condición de funcionamiento requerida.

Sin embargo, evite añadir un margen excesivo sin comprobar el par de torsión máximo del vástago de la válvula. Un actuador con una potencia excesiva puede dañar la válvula u otros componentes mecánicos.

4. Compruebe el par de torsión de salida del actuador

A continuación, compare el requisito calculado con la salida nominal del actuador.

Por ejemplo:

• Requisito calculado: 104 Nm

• Salida del actuador: 120 Nm

• Par de torsión máximo del vástago de la válvula: 150 Nm

El actuador proporciona suficiente par de torsión, mientras que su salida se mantiene por debajo del par de torsión máximo permitido del vástago de la válvula.

OMKEE ofrece actuadores eléctricos de cuarto de vuelta en distintos rangos de par de torsión. Por ejemplo, el OMK-10G proporciona un par de torsión estándar de 100 Nm, mientras que los modelos OMK más grandes están disponibles para aplicaciones que requieren mayor par de torsión.

5. Compruebe las condiciones de funcionamiento

El par de torsión es solo uno de los factores para seleccionar un actuador.

También revisa:

• Fuente de alimentación

• Tiempo de apertura y cierre

• Ángulo de funcionamiento

• Ciclo de trabajo

• Temperatura ambiente

• Grado de protección

• Método de instalación

• Señal de control

• Comentarios requeridos

• Requisitos para áreas peligrosas, si corresponde

Por ejemplo, el OMK-10G de OMKEE funciona con 24 VCC y ofrece ángulos de giro ajustables, mientras que otros modelos de OMKEE ofrecen diferentes opciones de control y realimentación.

Ejemplo sencillo de dimensionamiento de un actuador

Supongamos que una válvula de mariposa tiene un par de torsión de funcionamiento máximo de 120 Nm.

El proyecto requiere un margen de seguridad del 25%.

El cálculo es:

120 Nm × 1,25 = 150 Nm

Por lo tanto, el actuador debe proporcionar al menos 150 Nm en las condiciones de funcionamiento especificadas.

Antes de la selección final, también confirme que:

1. La potencia de salida del actuador es suficientemente alta.

2. La salida no supera el par de torsión máximo del vástago de la válvula.

3. El actuador puede completar el ciclo de trabajo requerido.

4. La conexión de montaje coincide con la de la válvula.

5. Los requisitos de energía y control son adecuados.

Esta sencilla comprobación puede evitar muchos problemas comunes de dimensionamiento.

Errores comunes en el dimensionamiento de actuadores de cuarto de vuelta

Selección únicamente por tamaño de válvula

Una válvula DN100 no requiere automáticamente un tamaño específico de actuador. El par de torsión de una válvula depende de su diseño, presión, tipo de asiento, fluido y condiciones de funcionamiento.

Usando solo el torque de funcionamiento

El par de torsación en marcha puede ser menor que el par de torsación de arranque. Ignorar el par de torsión de arranque puede resultar en un actuador que no puede abrir la válvula.

Añadiendo demasiado margen de seguridad

Más torque no siempre es mejor. Un torque excesivo del actuador puede sobrecargar el vástago de la válvula, el acoplamiento o el soporte de montaje.

Ignorando las condiciones de funcionamiento

La temperatura, la presión, la corrosión, la frecuencia de funcionamiento y los periodos prolongados de inactividad pueden afectar la resistencia de la válvula.

Comprobando solo el par de torsión nominal

Siempre compruebe la salida real del actuador bajo la fuente de alimentación y las condiciones de funcionamiento especificadas. El valor seleccionado debe coincidir con la aplicación completa, no solo con un número de catálogo general.

Lista de verificación final para el dimensionamiento de un actuador de cuarto de vuelta

Antes de solicitar un actuador, confirme estos valores:

• Tipo y tamaño de válvula

• Par de torsión de arranque de la válvula

• Par de torsión en marcha

• Par de torsión del asiento

• Par de torsión máximo del vástago

• Factor de seguridad requerido

• Par de torsión de salida del actuador requerido

• Fuente de alimentación

• Tiempo de funcionamiento

• Ciclo de trabajo

• Ángulo de rotación

• Norma de montaje

• Requisitos de control y retroalimentación

• Condiciones ambientales

Un dimensionamiento correcto del actuador de cuarto de vuelta comienza con datos precisos del par de torsión de la válvula. En particular, no se debe pasar por alto el par de torsión de arranque de la válvula . Una vez calculado el par de torsión necesario, se debe comparar con la potencia de salida disponible del actuador y confirmar que este se mantiene dentro del rango permitido para el vástago de la válvula.

En proyectos industriales de automatización de válvulas, OMKEE ofrece actuadores eléctricos de cuarto de vuelta para distintas necesidades de torque, potencia, control y realimentación.