Attuatori elettrici e pneumaticiPer le valvole delle condotte: sembrerebbe che i due tipi di attuatori siano piuttosto diversi e che la scelta debba essere fatta in base alla fonte di alimentazione disponibile sul luogo di installazione. In realtà, però, questa visione è parziale. Oltre alle differenze principali e più evidenti, presentano anche una serie di caratteristiche uniche meno ovvie.

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 il suo utilizzo proseguirà fino alla fine del ciclo di vita del sistema, dopo l'installazione.

Nella scelta del tipo di alimentazione dell'attuatore, spesso non si considerano i parametri del fluido di processo nella tubazione, ma ci si concentra unicamente sui materiali di riferimento interni del progettista, sulla situazione dell'alimentazione elettrica o sulla possibilità di fornire in loco una grande quantità di gas prefabbricato.

Tuttavia, nel corso del funzionamento, si riscontra spesso la necessità di dotare alcune valvole di attuatori, oppure le condizioni del fluido di processo in alcune valvole possono variare. Sorge quindi spontanea la domanda: è meglio mantenere l'attuatore originale o sostituirlo con un altro per migliorare le prestazioni?

Durata di servizio più lunga

Questo articolo presenterà e confronterà 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 per attrito dell'attuatore pneumatico è realizzata in elastomero o polimero, e gli O-ring usurati e gli elementi di guida in plastica sono facili da sostituire.

Trattandosi di un attuatore elettrico, solitamente è presente un riduttore che collega il motore all'albero di uscita. Questo riduttore è composto da numerosi ingranaggi che si accoppiano tra loro e che, con il funzionamento, si usurano. È importante notare, inoltre, 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 condotte è la coppia. La coppia di un attuatore elettrico dipende dalla progettazione (componente costante) e dalla tensione applicata allo statore. La coppia di un attuatore pneumatico dipende dalla progettazione (componente costante) e dalla pressione dell'aria compressa fornita all'attuatore pneumatico.

In genere, la coppia dell'attuatore deve essere superiore alla coppia massima della valvola, oppure superiore alla coppia necessaria per azionare l'elemento di intercettazione. Nell'uso pratico, la coppia effettiva della valvola potrebbe essere superiore alla coppia massima dichiarata dal produttore, e anche superiore alla coppia massima dell'attuatore. Questa è senza dubbio una situazione di emergenza.

Se si continua a far funzionare l'attuatore, si potrebbero causare danni all'attuatore e alla valvola. Se la coppia della valvola aumenta, il motore aumenterà gradualmente la coppia fino a raggiungere il valore di spunto. Ciò significa che la struttura meccanica è costretta a erogare e sopportare una coppia eccessiva, oltre l'intervallo di progetto.

Protezione contro il serraggio eccessivo

Per evitare danni all'apparecchiatura nelle condizioni sopra menzionate, l'attuatore elettrico può essere dotato di dispositivi speciali. Il più comune è l'interruttore di coppia, che può essere meccanico (il principio di funzionamento comune è che la vite senza fine si muove assialmente in modo lineare in caso di coppia eccessiva) oppure elettronico (il principio comune è la misurazione della corrente dello statore o l'effetto Hall). Quando la coppia supera il valore massimo previsto, l'interruttore di coppia interrompe l'alimentazione dello statore e arresta il motore dell'attuatore. Negli attuatori pneumatici non è necessaria alcuna protezione contro la coppia eccessiva. Se la coppia applicata alla valvola supera il limite specificato, le proprietà fisiche dell'aria compressa causano l'arresto dell'attuatore pneumatico. A differenza degli attuatori elettrici, la coppia in uscita degli attuatori pneumatici non supera il limite di progetto. Si può quindi affermare che, se la valvola di linea è dotata di un attuatore pneumatico, il rischio di guasto dell'apparecchiatura dovuto al superamento del valore specificato di coppia viene eliminato.

Design antideflagrante

In presenza di merci pericolose nell'ambiente di utilizzo, le apparecchiature elettriche possono provocare esplosioni. Per motivi di spazio, questo articolo non tratta i livelli di protezione e i metodi di protezione in ambienti pericolosi.

Tuttavia, è comunque necessario sottolineare che in ambienti con materiali pericolosi è indispensabile utilizzare apparecchiature antideflagranti.

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

Posizionamento

Gli attuatori pneumatici presentano uno dei loro svantaggi più significativi. Quando l'attuatore raggiunge la metà della corsa, il posizionamento diventa più complesso, il che significa che il posizionamento del cursore della valvola di controllo risulta più difficile.

A causa delle caratteristiche fisiche dell'aria, la precisione di posizionamento degli attuatori pneumatici è di gran lunga inferiore a quella degli attuatori elettrici. Se l'attuatore elettrico utilizza 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 peculiari: 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 la superficie di accoppiamento è la stessa, è più conveniente 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, semplicemente sostituendo gli accessori corrispondenti (Figura 1-2).