Principios Técnicos de Funcionamiento - Válvulas Neumáticas en Diferenciales de Presión y Coordinación de Componentes

1.¿Qué es una válvula neumática?

Una válvula neumática es un dispositivo que utiliza aire comprimido para accionar (abrir, cerrar o controlar proporcionalmente el flujo a través de) una válvula. Los componentes clave incluyen el cuerpo de la válvula, el vástago de la válvula, el trim (por ejemplo, bola, disco, tapón), sellos y un actuador neumático. El aire comprimido actúa sobre un pistón o diafragma dentro del actuador, generando movimiento lineal o rotatorio para posicionar el elemento de cierre. Debido a sus ventajas de actuación rápida, facilidad de automatización y rendimiento fiable, las válvulas neumáticas se utilizan ampliamente en industrias críticas como el procesamiento químico, el petróleo y el gas, la generación de energía y el gas natural, donde juegan un papel vital en el control de procesos complejos.

2. Análisis del principio de funcionamiento

El funcionamiento de la válvula neumática comienza en la unidad de preparación de aire (típicamente filtros, reguladores y compresores), que toma aire ambiente, elimina impurezas/humedad y lo presuriza en aire comprimido. Este aire se distribuye a través de tuberías a los actuadores neumáticos (tipos de diafragma para movimiento lineal, tipos de pistón para aplicaciones de alta fuerza/carrera).
Por ejemplo: Cuando el aire entra en la cámara de un actuador de diafragma, el diafragma se deforma elásticamente bajo presión, desplazando el vástago de la válvula. El vástago transfiere mecánicamente este movimiento para posicionar el trim (por ejemplo, tapón, bola o disco), abriendo, cerrando o modulando así el flujo a través del cuerpo de la válvula.

Válvulas neumáticas normalmente abiertas (NO):

Estado predeterminado: La fuerza del resorte mantiene el elemento de cierre (por ejemplo, tapón) abierto, asegurando un flujo de fluido ininterrumpido.

Al accionarse: Cuando una señal de control (por ejemplo, la energización de una electroválvula) aplica presión de aire al actuador, el pistón/diafragma supera la fuerza del resorte, impulsando el vástago para mover el elemento de cierre a la posición cerrada y cortar el flujo.

Válvulas neumáticas normalmente cerradas (NC):

Estado predeterminado: La fuerza del resorte mantiene el elemento de cierre en la posición cerrada, bloqueando el flujo.

Al accionarse: La presión de aire aplicada al actuador comprime el resorte, retrayendo el vástago para abrir el elemento de cierre y permitir el flujo.

El principio de funcionamiento de los actuadores neumáticos de pistón se basa de manera similar en la presión de aire diferencial a través del pistón. Cuando se aplica aire presurizado a un lado de la cámara del pistón, genera una fuerza lineal para impulsar la biela del pistón. Este movimiento se transmite mecánicamente a través del vástago de la válvula para posicionar el elemento de cierre (por ejemplo, tapón, bola o disco). Los actuadores de pistón ofrecen mayores salidas de empuje que los tipos de diafragma, lo que los hace ideales para válvulas de gran calibre y aplicaciones de alta presión donde se requiere una mayor fuerza de actuación.

3. la implementación de la función de ajuste

Ciertas válvulas neumáticas incorporan capacidades de regulación de flujo más allá del control básico de encendido/apagado. Esto se logra a través de diseños especializados de elementos de cierre como bolas de puerto en V o tapones rotativos excéntricos.

Funcionamiento de la bola de puerto en V:
La rotación de la bola altera el área del orificio en forma de V entre la bola y el asiento. A medida que la bola gira de 0° a 90°:

Fase de apertura: Ángulo de rotación del área de flujo → Aumenta el caudal

Fase de cierre: Área de flujo (90° - ángulo de rotación) → Disminuye el caudal

Mecanismo de control:
La regulación precisa requiere:

Sistema de posicionamiento: Un posicionador de válvula convierte las señales de control (4-20mA/neumáticas) en una modulación precisa de la presión de aire.

Respuesta del actuador: La presión de aire modulada impulsa el actuador para lograr el ángulo de rotación objetivo.

Caracterización del flujo: El perfil diseñado del puerto en V proporciona características de flujo lineal/porcentaje igual.

Una comprensión completa de los válvulas neumáticas principios operativos y características de rendimiento – incluyendo la actuación rápida, el control preciso del flujo y la funcionalidad a prueba de fallos – permite a los ingenieros:

Optimizar los parámetros del proceso (por ejemplo, tiempo de respuesta, puntos de ajuste de presión).

Mejorar la eficiencia de la producción a través de la reducción de los tiempos de ciclo.

Reducir los costos operativos a través de la minimización del consumo de energía y el tiempo de inactividad de mantenimiento.

Asegurar la estabilidad de la cadena de producción con un cierre fiable y un control de fugas que cumplan con los estándares del producto.

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