Tipos de Actuadores o servomotores
1) Servomotores hidráulicos
Los servomotores hidráulicos consisten en una bomba de accionamiento eléctrico que suministra fluido hidráulico a una servoválvula. Los servomotores hidráulicos se caracterizan por ser extremadamente rápidos, potentes y suaves. Su costo es elevado, por lo que sólo se emplean cuando los servomotores neumáticos no pueden cumplir con las especificaciones de servicio, en la figura V7 se muestra una válvula con actuador hidráulico.
Figura V7. Válvula con actuador hidráulico
2) Servomotores eléctricos
La estructura de un actuador eléctrico es simple, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.
Existen dos tipos diferentes de servomotores eléctricos, los dedicados al control de clima (calefacción, ventilación y aire acondicionado) y los proyectados para el control industrial. Los primeros se caracterizan por su poco par y por el tiempo largo de accionamiento (1 minuto), mientras que los segundos disponen de un par elevado y un tiempo de accionamiento rápido (de 10 a 60 segundos), en la figura V8 se muestra una válvula de bola con actuador eléctrico.
Figura V9. Válvula con actuador neumático
En la válvula existe un equilibrio entre estas diversas fuerzas que viene dado por la ecuación V6.
(V6)
Dónde:
Fa = fuerza resultante obtenida por el servomotor, en N.
Fr = fuerza de rozamiento, en N.
Fs = fuerza de asentamiento, en N.
Fw = peso del obturador, en N.
Fb1 = fuerza elástica del fuelle de estanqueidad, en N.
Fb2 = fuerza de desequilibrio del fuelle de estanqueidad, en N.
Fp = fuerza estática y dinámica sobre el obturador, en N.
La fuerza resultante Fa obtenida por el actuador depende de la acción de la válvula. El estudio de las fuerzas que actúan sobre la válvula en su posición de cierre es muy importante, ya que el conocimiento de estas fuerzas es esencial para el correcto dimensionamiento de la válvula, de tal modo que los fabricantes de válvulas tienen tabulados los valores de la presión diferencial máxima del fluido que puede admitir la válvula en posición de cierre.
4)Servomotor digital
Son controladores digitales que disponen de compuertas neumáticas accionadas por electroválvulas, que a su vez, son excitadas por la señal de salida binaria de un microprocesador.
Son muy utilizados a nivel industrial en aplicaciones que necesitan una elevada exigencia dinámica, precisión de posicionamiento y velocidad, además de un control fiable y funcionalmente fácil de manejar; factores determinantes para aumentar calidad, competitividad y productividad.
Los servomotores de válvulas digitales presentan varios aspectos de interés:
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Configuración y calibración automática que ahorra mucho tiempo frente a la calibración clásica de cero y multiplicación (span).
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Diagnóstico de la válvula mientras está en funcionamiento en el proceso.
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Señal de salida 4-20 mA c.c. sobre dos hilos combinada con el protocolo digital HART.
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Comunicaciones Fieldbus.
Figura V8. Válvula de bola con actuador eléctrico
Las industrias han utilizado en su mayoría servomotores neumáticos para las válvulas de control, sin embargo los actuadores eléctricos han avanzado en tecnología en cuanto a velocidad, par disponible, conexiones aptas para la señal de 4-20 mA c.c, las comunicaciones HART y diversos protocolos de comunicación. Además, el servomotor eléctrico, una vez calibrado, puede funcionar sin problemas durante meses o años.
3) Servomotor neumático
Los actuadores neumáticos (figura V9) constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte. Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago, teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² (0,2-1,0 bar). En la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.
Al aplicar una cierta presión sobre el diafragma, el resorte se comprime de tal modo que el mecanismo empieza a moverse y sigue moviéndose hasta que se llega a un equilibrio entre la fuerza ejercida por la presión del aire sobre el diafragma y la fuerza ejercida por el resorte.