Se llama actuadores a los dispositivos que actúan sobre otros elementos de control para producir un accionamiento de estos. Los actuadores pueden ser neumáticos, hidráulicos, eléctricos o motorizados
Actuadores Neumáticos
Los actuadores neumáticos operan mediante la combinación de fuerzas originadas por aire a presión y resortes. Este actuador posiciona la válvula de control trasmitiéndole movimiento a través de su vástago.
Instrumentación Industrial – Ramón Medina – 12.02.2007 Capítulo 8 – Página 84 Figura 8.5 – Actuador Neumático
Las dos cámaras de aire están separadas por un diafragma de goma. La cámara superior recibe el suministro de aire a través de un orificio en la parte superior de la carcasa. La cámara inferior contiene un resorte que obliga al diafragma a moverse contra el tope mecánico en la cámara superior. Un indicador local está conectado al vástago para señalar la posición de la válvula.
La posición de la válvula es controlada variando el suministro de aire en la cámara superior. Esto resulta en una fuerza variable en el tope del diafragma. Inicialmente, sin suministro de aire, el resorte obliga a que el diafragma esté en la posición superior mantenimiento la válvula completamente abierta. En la medida en que el suministro de aire aumenta, el diafragma es obligado a desplazarse hacia abajo, llevando a la válvula de control a la posición de cerrado. Si la presión de aire disminuye, la válvula se abrirá. Si el suministro de aire es constante, la posición de la válvula permanecerá constante.
Un posicionador es un dispositivo que regula el suministro de aire al actuador neumático. Esto lo hace comparando la posición requerida en el actuador, con la posición real de la válvula. La posición requerida es transmitida a través de una señal neumática o eléctrica, del controlador al posicionador.
Instrumentación Industrial – Ramón Medina – 12.02.2007 Capítulo 8 – Página 85
Actuador Hidráulico
Los actuadores neumáticos son normalmente utilizados para el control de procesos que exigen respuestas rápidas y precisas, pero no requieren de grandes fuerzas de actuación. Sin embargo, cuando se requieren grandes fuerzas para operar una válvula, la selección se orienta a los actuadores hidráulicos.
Figura 8.6 – Actuador Hidráulico
Un actuador hidráulico tipo pistón consta de un cilindro, un pistón, un resorte, un suministro hidráulico y un vástago. El pistón se desplaza verticalmente dentro del cilindro y lo divide en dos cámaras. La cámara superior contiene un resorte y la inferior, aceite hidráulico.
El suministro hidráulico está conectado a la cámara inferior y permite que el fluido hidráulico se mueva hacia y desde la cámara inferior del actuador. El vástago transmite el movimiento del pistón a la válvula.
Sin presión hidráulica, el resorte obliga a mantener la válvula en la posición cerrada. En la medida en que ingresa fluido en la cámara inferior, la presión de esta aumenta. Esta presión obliga al pistón a moverse hacia arriba, abriendo la válvula. En la medida en que el fluido hidráulico sea desalojado de la cámara inferior, se desplazará el pistón hacia abajo cerrando la válvula. Regulando la cantidad de aceite, se puede posicionar la válvula en cualquier punto entre totalmente abierto y totalmente cerrado.
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Actuador Eléctrico de Solenoide
Un actuador eléctrico de solenoide consta de una bobina, una armadura, un resorte y un vástago. La bobina está conectada a un suministro externo de electricidad. El resorte descansa en la armadura para forzarlo hacia abajo. La armadura se mueve verticalmente dentro de la bobina y transmite su movimiento a la válvula, a través del vástago.
Figura 8.7 – Actuador Eléctrico (Solenoide)
Cuando fluye la corriente eléctrica a través de la bobina, se forma un campo magnético alrededor de esta. El campo magnético atrae la armadura hacia el centro de la bobina. En la medida en que la armadura se mueve hacia arriba, el resorte se comprime y la válvula de abre. Cuando el circuito se abre, el campo magnético colapsa. Esto permite que el resorte se expanda y cierre la válvula.
La mayor ventaja de los actuadores eléctricos es su rápida operación. Además, son mucho más fáciles de instalar que los actuadores neumáticos e hidráulicos. Sin embargo, los actuadores de solenoide tienen dos desventajas. La primera es que solo tienen dos posiciones: totalmente abierto o totalmente cerrado. La segunda es que no producen mucha fuerza, así que sólo se usan para operar válvulas relativamente pequeñas.
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Actuador Motorizado
Los actuadores motorizados son muy variados en cuando a diseño y aplicación. Algunos están diseñados para operar en sólo dos posiciones (completamente abiertas y completamente cerradas). Otros permiten posicionamiento entre los dos extremos. Las principales partes son un motor eléctrico, un dispositivo de acoplamiento (clutch), una caja de engranajes, un volante de accionamiento manual y un vástago.
Figura 8.8 – Actuador Motorizado
El motor mueve el vástago a través de la caja de engranajes. El motor invierte su sentido de giro para abrir o cerrar la válvula. El dispositivo de acople desconecta el motor de la caja de engranajes para permitir que la válvula sea operada manualmente.
La mayoría de los actuadores motorizados están equipados con interruptores de fin de carrera, limitadores de torque o ambos. Los interruptores de fin de carrera desenergizan el motor eléctrico cuando la válvula alcanza una posición específica. El limitador de torque desenergiza el motor cuando la cantidad de fuerza aplicada alcanza un valor específico. Esta fuerza aplicada es típicamente máxima cuando la válvula alcanza su posición de máxima o mínima apertura. Esta característica sirve también para prevenir daños en el actuador.
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