Attuatori elettrici e pneumaticiPer le valvole di condotte: sembra che i due tipi di attuatori siano piuttosto diversi e che la scelta debba essere fatta in base alla fonte di alimentazione disponibile nel sito di installazione. Ma in realtà questa visione è parziale. Oltre alle differenze principali ed evidenti, presentano anche una serie di caratteristiche uniche meno evidenti.

Gli attuatori elettrici e pneumatici sono i due meccanismi di azionamento più comunemente utilizzati nei sistemi di automazione. Solitamente, la scelta dell'attuatore viene effettuata nella fase di progettazione di base e verrà utilizzata fino alla fine del ciclo di vita dopo l'installazione.

Nella scelta del tipo di alimentazione dell'attuatore, spesso non si considerano i parametri del mezzo di processo nella tubazione, ma si presta attenzione solo ai materiali di riferimento interni del progettista, alla situazione dell'alimentazione elettrica o alla possibilità del sito di fornire una grande quantità di gas prefabbricato.

Tuttavia, durante il funzionamento, si riscontra spesso che alcune valvole necessitano di essere dotate di attuatori, oppure che i parametri del fluido di processo in alcune valvole cambiano. Sorge quindi la domanda: dovrei mantenere l'attuatore originale o sostituirlo con un altro attuatore per migliorare le prestazioni?

Maggiore durata di vita

In questo articolo verranno presentate e confrontate le principali caratteristiche prestazionali degli attuatori elettrici e pneumatici.

In circostanze normali, i produttori garantiscono 10.000 cicli di funzionamento per gli attuatori elettrici e 100.000 cicli di funzionamento per gli attuatori pneumatici. Ovviamente, in termini di numero di cicli di funzionamento, l'attuatore pneumatico ha una durata maggiore grazie alla sua struttura più semplice. Inoltre, la superficie di contatto di attrito dell'attuatore pneumatico è realizzata in elastomero o polimero e gli O-ring e gli elementi di guida in plastica usurati sono facili da sostituire.

In quanto attuatore elettrico, solitamente è presente un riduttore che collega il motore all'albero di uscita. Sono presenti numerosi ingranaggi che si ingranano tra loro, che si usurano durante il funzionamento. È inoltre importante notare che non è necessario sostituire il grasso lubrificante durante l'intero ciclo di vita dell'attuatore pneumatico.

Coppia

Uno dei parametri prestazionali più importanti degli attuatori per valvole di oleodotti è la coppia. La coppia di un attuatore elettrico dipende dal design (componente costante) e dalla tensione applicata allo statore. La coppia di un attuatore pneumatico dipende dal design (componente costante) e dalla pressione dell'aria di alimentazione fornita all'attuatore pneumatico.

In genere, la coppia dell'attuatore deve essere maggiore della coppia massima della valvola, o maggiore della coppia necessaria per azionare l'elemento di intercettazione. Nell'uso reale, la coppia effettiva della valvola può essere maggiore della coppia massima indicata dal marchio del produttore, e anche maggiore della coppia massima dell'attuatore. Questa è senza dubbio un'emergenza.

Se si continua a far funzionare l'attuatore, si potrebbero verificare danni all'attuatore e alla valvola. Se la coppia della valvola aumenta, il motore aumenterà gradualmente la coppia fino a raggiungere il valore di pull-out (valore di pull-out). Ciò significa che la struttura meccanica è costretta a fornire e sopportare una coppia eccessiva oltre il range di progetto.

Protezione da sovracoppia

Per evitare danni all'apparecchiatura nelle condizioni sopra menzionate, l'attuatore elettrico può essere dotato di alcuni dispositivi speciali. Il più comune è il limitatore di coppia, che può essere meccanico (il principio di funzionamento comune è che la vite senza fine si muove assialmente linearmente in stato di sovracoppia); può anche essere elettronico (il principio comune è la misurazione della corrente dello statore, o effetto Hall). Quando la coppia supera il valore massimo progettato, il limitatore di coppia può interrompere la tensione dello statore e arrestare il motore dell'attuatore. Negli attuatori pneumatici non è necessaria la protezione da sovracoppia. Se la coppia applicata alla valvola supera il limite specificato, le proprietà fisiche dell'aria compressa causeranno l'arresto dell'attuatore pneumatico. A differenza degli attuatori elettrici, la coppia in uscita degli attuatori pneumatici non supererà il limite di progetto. Si può considerare che se la valvola della tubazione è dotata di un attuatore pneumatico, il rischio di guasto dell'apparecchiatura dovuto al superamento del valore di coppia specificato viene eliminato.

Design antideflagrante

In presenza di merci pericolose nell'ambiente di utilizzo, le apparecchiature elettriche possono causare un'esplosione. Per quanto riguarda i livelli e i metodi di protezione in ambienti pericolosi, non sono inclusi in questo articolo per motivi di spazio.

Tuttavia, è comunque necessario sottolineare che in ambienti con materiali pericolosi devono essere utilizzate apparecchiature antideflagranti.

Rispetto agli attuatori elettrici standard industriali convenzionali, gli attuatori elettrici antideflagranti per valvole di condotte sono più costosi e più complessi nella progettazione. Anche se l'attuatore pneumatico viene utilizzato in un ambiente pericoloso, non vi è alcun potenziale rischio di esplosione. Per gli attuatori pneumatici, la progettazione specifica per ambienti pericolosi è limitata a posizionatori, elettrovalvole e finecorsa (Figura 1-3). Di conseguenza, se un attuatore pneumatico con un accessorio antideflagrante viene utilizzato per azionare una valvola di condotte, il costo sarà significativamente inferiore a quello di un attuatore elettrico antideflagrante con la stessa funzione.

Posizionamento

Gli attuatori pneumatici presentano uno dei difetti più significativi. Quando l'attuatore raggiunge la metà della corsa, il posizionamento risulta più complicato, il che significa che il posizionamento della bobina della valvola di controllo risulta più difficoltoso.

A causa delle caratteristiche fisiche dell'aria, la precisione di posizionamento degli attuatori pneumatici è notevolmente inferiore a quella degli attuatori elettrici. Se l'attuatore elettrico adotta un motore passo-passo, la sua precisione di posizionamento è di diversi ordini di grandezza superiore a quella di un attuatore pneumatico dotato di posizionatore. Quest'ultimo può essere utilizzato solo per sistemi che non richiedono un'elevata precisione di posizionamento o di controllo. Gli attuatori pneumatici utilizzati nelle valvole di condotta presentano caratteristiche strutturali specifiche: tutti i componenti del sistema di controllo sono installati sulla superficie esterna dell'attuatore, ovvero all'esterno della struttura principale. Se è necessario commutare la modalità operativa da spento a controllo, è necessario sostituire l'elettrovalvola con un posizionatore. Poiché questi due componenti sono installati all'esterno dell'attuatore pneumatico e il design della superficie di contatto è lo stesso, è più comodo rimuovere il distributore e installare il posizionatore. In altre parole, lo stesso attuatore pneumatico può essere utilizzato sia per l'arresto che per il controllo sostituendo gli accessori corrispondenti (Figura 1-2).