noviembre 17, 2025
Comprender la vida útil de un actuador (y por qué debería importarte)
Segunda parte: Una mirada práctica a los tipos de actuadores y las ventajas de unos frente a otros
Contribución de Dave Hurley, Director de Información de Producto
Un «ciclo de actuación» se define como el resultado de que un actuador accione una válvula para abrirla y luego cerrarla en un entorno de proceso instalado. El número total esperado de veces que el actuador puede abrir/cerrar una válvula determinada en condiciones ideales es la vida útil del ciclo del actuador. Sin embargo, la vida útil de un actuador no es fija y varía mucho en función de las condiciones de funcionamiento de la válvula conectada al actuador. Otros factores, como el ciclo de trabajo, el entorno y la clasificación de la carcasa, la fuente de alimentación y la señal de control, el tamaño adecuado del actuador y la frecuencia de uso, pueden influir en la vida útil del actuador.
Los fabricantes diseñan actuadores para que sean soluciones robustas y duraderas de accionamiento automatizado de válvulas. Los entornos en los que se utilizan los actuadores pueden variar mucho, incluyendo procesos tanto en interiores como en exteriores. El funcionamiento de los actuadores puede variar desde la sencilla tarea de hacer girar
Hablaremos de dos tipos principales de actuadores: neumáticos y eléctricos; ambos ofrecen distintas ventajas de rendimiento en aplicaciones concretas. La elección del actuador se basa en el coste, la disponibilidad de recursos y la capacidad de anular manualmente la válvula a una posición abierta o cerrada en caso de pérdida de energía.
Los actuadores no son de talla única; lo ideal es emparejarlos con válvulas que cumplan los requisitos de tamaño y par adecuados. Como norma general, un actuador debe ser capaz de proporcionar aproximadamente un 25% más de par de salida disponible que los requisitos de la válvula que acciona. Este amortiguador garantiza un funcionamiento fiable en toda la gama de condiciones en las que debe funcionar la válvula. Veamos ahora con más detalle qué debe influir en tu decisión a la hora de elegir entre un actuador neumático y uno eléctrico.
Los actuadores neumáticos también son una solución excelente para muchas necesidades de automatización de válvulas. Pueden suministrarse de simple efecto (aire para abrir, muelle para cerrar) o de doble efecto (aire para abrir, aire para cerrar), y están disponibles en diseño de cremallera y piñón. Además, los actuadores neumáticos incorporan una interfaz de solenoide NAMUR para dirigir el suministro de aire y una interfaz de montaje de final de carrera NAMUR. Como un actuador neumático necesita aire comprimido para funcionar, habría que instalar y mantener un compresor y un sistema de tuberías de aire comprimido, además de los requisitos eléctricos del solenoide para accionar el actuador. La mayoría de los actuadores neumáticos no incluyen de serie un mando manual desembragable. Los actuadores neumáticos son adecuados para ciclos rápidos y repetidos de apertura/cierre de la válvula y no presentan problemas de ciclo de trabajo.
Los actuadores eléctricos son una solución excelente para muchas necesidades de automatización de válvulas. Los actuadores eléctricos están disponibles en una gran variedad de tensiones de entrada y suelen llevar incorporados de serie mandos manuales desembragables. Están calibrados para abrir/cerrar los topes finales, e incluyen un tiempo de ciclo fijo de 90 grados. Otras características son la clasificación de la carcasa en función de la ubicación ambiental, los indicadores visuales de posición y la secuenciación de confirmación de posición a un PLC. Los actuadores eléctricos son ideales para aplicaciones de interior, ya que pueden utilizarse donde haya una fuente de alimentación disponible. Los actuadores de tipo eléctrico también necesitan tiempo de reposo para limitar la acumulación de calor interno, lo que da lugar a un ciclo de trabajo nominal que tiene en cuenta el tiempo de enfriamiento necesario para evitar el sobrecalentamiento del motor. Estos actuadores están disponibles en diseños abierto/cerrado, modulante, a prueba de fallos o a prueba de fallos modulante, adecuados para distintos requisitos de aplicación.
El ciclo de trabajo se aplica exclusivamente a los actuadores eléctricos. Es un equilibrio entre el porcentaje de tiempo que el motor del actuador está en marcha y el tiempo que el actuador está en reposo. El ciclo de trabajo puede expresarse con la fórmula siguiente:
Respetar el valor nominal del ciclo de trabajo evita que el motor se sobrecaliente, prolongando así la vida útil del actuador al proporcionarle tiempo de enfriamiento. Factores como seguir la regla general de «par nominal de salida de la válvula más un 25%» también ayudan a garantizar que el actuador se mantenga dentro del rango de ciclo de trabajo nominal. Además, la temperatura y la humedad ambientales pueden afectar negativamente a la capacidad de los actuadores para disipar el calor, reduciendo así la capacidad de mantener el ciclo de trabajo nominal.
El entorno de funcionamiento del actuador puede influir negativamente en su vida útil. Los actuadores eléctricos prefieren entornos secos y de baja humedad siempre que sea posible. Los actuadores neumáticos son menos susceptibles a estos efectos adversos y pueden encontrarse en algunos de los entornos más duros y difíciles.
La clasificación de la envolvente afecta principalmente a los actuadores eléctricos, pero también puede aplicarse a los actuadores neumáticos. Cuando se añade un final de carrera, un solenoide o un posicionador a la válvula y al actuador, cada accesorio tiene su propia clasificación de caja eléctrica. La norma NEMA de clasificación de envolventes se indica a continuación como referencia:
En general, las clasificaciones NEMA Tipo 4 y NEMA Tipo 4X con resistencia añadida a la corrosión (para ubicaciones generales) son los objetivos de diseño de carcasa más comunes. Proporcionan una buena gama de entornos de trabajo, siempre que el actuador no se encuentre en una ubicación peligrosa. Algunos actuadores pueden tener una clasificación NEMA Tipo 6 para inmersión temporal; sin embargo, un actuador neumático con un solenoide montado a distancia es una solución mucho mejor para entornos de inmersión temporal, ya que proporcionará una mayor vida útil del producto.
Tanto los actuadores neumáticos como los eléctricos necesitan una fuente de alimentación y una señal de control conmutable para accionar la válvula accionada (y, como ya se ha dicho, los actuadores neumáticos también necesitan un sistema de aire comprimido). Los actuadores eléctricos requieren una alimentación constante, sin picos de potencia, sobretensiones ni alimentaciones cruzadas. Al configurar un grupo de actuadores eléctricos accionados por condensador con motor inversor, cada actuador necesitará su propio interruptor o contactos de relé para evitar la alimentación cruzada entre actuadores. Este fenómeno provocaría la alimentación de ambos bobinados, creando una lucha interna de potencia y generando un calor extremo en el motor. Los actuadores neumáticos no tienen este problema porque su solenoide puede montarse en banco y alimentarse colectivamente. Los casos de alimentación cruzada pueden acortar drásticamente la vida útil de un actuador eléctrico, por lo que evitarlos es fundamental para la fiabilidad, la precisión de parada de posición y la previsibilidad del rendimiento.
Tanto los diseños neumáticos como los eléctricos requieren un dimensionamiento adecuado del actuador a la válvula que accionan. Todos los actuadores tienen un par de salida nominal, mientras que todas las válvulas tienen requisitos de par para abrirse y cerrarse. Para mantener el ciclo de vida deseado, es crucial asegurarse de que la válvula se acopla inicialmente a un actuador capaz de proporcionar un par de salida superior al 25% del par de funcionamiento de la válvula «más capaz». ¿Qué es el par de accionamiento «máximo» y por qué no es un requisito constante? Con una válvula de bola, el par suele ser estable a lo largo del giro de 90 grados de abierta a cerrada; sin embargo, una válvula de mariposa tiene consideraciones diferentes. Las válvulas de mariposa tienen valores de par adicionales: par de arranque y par de asiento. Estos valores son mucho mayores que el par de marcha al girar el disco intermedio de las posiciones abierta y cerrada. Los valores de par de arranque y de asiento pueden diferir ligeramente, por lo que Asahi considera el mayor de los dos para el accionamiento. Cualquier actuador con una potencia insuficiente para la válvula tendrá una vida útil más corta que un conjunto de válvula y actuador de tamaño adecuado.
La frecuencia de uso es una consideración tanto para los actuadores neumáticos como para los eléctricos, siendo los actuadores neumáticos los claros vencedores cuando se requiere un accionamiento rápido y frecuente de la válvula, gracias a la ya mencionada ventaja del ciclo de trabajo. En la primera entrega de mi duología Ciclo de vida, analicé una aplicación de llenado de botellas y la frecuencia de actuación de la válvula de bola utilizada para llenar las botellas con producto. En esa aplicación concreta, sería preferible el accionamiento neumático. Los actuadores eléctricos necesitan una pausa para enfriarse, pero los actuadores neumáticos se abren y cierran rápidamente y no tienen que preocuparse por el ciclo de trabajo, por lo que son ideales para aplicaciones que requieren un accionamiento repetido. A la inversa, lo contrario también puede ser cierto. Una válvula que permanece cerrada durante mucho tiempo tiende a bloquearse. Entonces se necesita más fuerza para iniciar el ciclo de accionamiento y abrir la válvula. Al pasar exclusivamente de abierta a cerrada y viceversa, la neumática es más rápida. Sin embargo, si te limitas a realizar pequeños cambios incrementales de posición en una válvula actuada, los actuadores eléctricos suelen estar dentro de su rango de ciclo de trabajo. Tanto los actuadores neumáticos como los eléctricos, cuando están equilibrados adecuadamente para la aplicación, pueden proporcionar una larga vida de ciclo.
A menudo, a lo largo de mis 35 años de carrera, los clientes me llamaban para decirme que su actuador «se había desgastado» o «quemado», y que pretendían sustituir sólo el actuador. Aunque en algunos casos esto puede resultar ventajoso, en mi experiencia nunca produce nada parecido al ciclo de vida del actuador original. Una válvula que ha estado en servicio durante un tiempo determinado y ha estado sometida a cambios de temperatura, productos químicos, influencias ambientales, exposición a los rayos UV, etc., puede volverse pegajosa o deformarse internamente, y funcionar generalmente con un nivel de rendimiento inferior al que tenía cuando era nueva o fallar por completo. Al instalar un actuador nuevo, es esencial comprobar el funcionamiento manual de la válvula, verificar las especificaciones del fabricante (para asegurarse de que la válvula funciona dentro de los requisitos de par) y confirmar que la lubricación sigue lubricando eficazmente la válvula. Si tienes en cuenta estos factores y te aseguras de que se cumplen estos requisitos, conseguirás que el actuador funcione mejor y que su ciclo de vida sea más largo.