Un control deficiente de la temperatura puede aumentar el desperdicio de energía, reducir el confort y afectar a la eficiencia del sistema de climatización. Si se ignora este problema, los costes de funcionamiento podrían aumentar. Los actuadores térmicos ofrecen una solución para el control automático de válvulas.
Un actuador térmico es un dispositivo de control electromecánico que utiliza la dilatación térmica para generar movimiento mecánico. En los sistemas de climatización, suele abrir o cerrar válvulas para regular el caudal de agua caliente o fría. Los actuadores térmicos se utilizan ampliamente en sistemas de calefacción por suelo radiante, fan coils, radiadores y sistemas de zonificación de climatización que requieren un control de temperatura silencioso y automático.
Conocer su principio de funcionamiento, sus tipos, sus aplicaciones y los factores que influyen en su selección puede ayudar a los ingenieros y a los compradores a elegir el actuador térmico adecuado para un sistema de climatización.
¿Qué es un actuador térmico?
A actuador térmico es un dispositivo que convierte la energía térmica en movimiento mecánico controlado.
En aplicaciones de climatización, suele montarse en una válvula de control. El actuador modifica la posición de la válvula en función de una señal eléctrica procedente de un termostato, un controlador o un sistema de gestión de edificios.
Entre las aplicaciones típicas se incluyen:
- Colectores de calefacción por suelo radiante
- Unidades de ventiloconvector
- Sistemas de calefacción por radiadores
- Sistemas de calefacción hidrónica
- Circuitos de agua refrigerada
- Sistemas de control por zonas de climatización
A diferencia de muchos actuadores motorizados que dependen de motores y mecanismos de engranajes, los actuadores térmicos suelen utilizar un elemento calefactor y material de expansión sensible a la temperatura.
Esta estructura de funcionamiento relativamente sencilla los hace adecuados para aplicaciones de climatización en las que es importante un funcionamiento silencioso, una instalación compacta y un control automático de encendido y apagado.
¿Cómo funciona un actuador térmico?
El principio de funcionamiento de un actuador térmico se basa en expansión térmica controlada.
Un ciclo de funcionamiento típico incluye los siguientes pasos:
1. El controlador detecta la demanda
Un termostato o un controlador de climatización detecta que una habitación o una zona necesita calefacción o refrigeración.
A continuación, envía una señal eléctrica al actuador térmico.
2. El elemento calefactor está alimentado
Una vez que se le suministra energía, un elemento calefactor interno comienza a elevar la temperatura del material de expansión situado en el interior del actuador.
3. La expansión térmica provoca movimiento
A medida que el material interno se calienta, se expande.
Esta expansión genera una fuerza mecánica que mueve el pistón o el vástago del actuador.
4. Los cambios en la posición de la válvula
El vástago del actuador empuja o libera el mecanismo de la válvula conectado.
En función de la configuración del actuador, la válvula se abre o se cierra para regular el caudal de agua caliente o fría.
5. El actuador vuelve a su posición inicial
Cuando el termostato alcanza la temperatura deseada, se corta el suministro eléctrico.
El material interno se enfría y se contrae gradualmente, lo que permite que el actuador vuelva a su posición normal.
Dado que la calefacción y la refrigeración requieren tiempo, los actuadores térmicos suelen funcionar más lentamente que los actuadores motorizados. Sin embargo, en el control de zonas estándar de sistemas de climatización (HVAC) no suele ser necesario un movimiento rápido.
Principales tipos de actuadores térmicos
Los actuadores térmicos pueden clasificarse según su posición de funcionamiento predeterminada.
Actuador térmico normalmente cerrado
A normalmente cerrado (NC) El actuador térmico mantiene la válvula cerrada cuando no hay suministro eléctrico.
Cuando el actuador recibe alimentación, abre gradualmente la válvula y permite que circule el agua.
Esta configuración se utiliza habitualmente cuando se desea que el flujo de agua se produzca únicamente cuando se necesita calefacción o refrigeración.
Actuador térmico normalmente abierto
A normalmente abierto (NO) El actuador mantiene la válvula abierta cuando se corta la alimentación.
Cuando se suministra corriente eléctrica, el actuador desplaza la válvula hacia la posición cerrada.
Este diseño puede elegirse para sistemas en los que se prefiera mantener el caudal durante un corte de suministro eléctrico.
Opciones de tensión
Los actuadores térmicos también están disponibles en diferentes configuraciones eléctricas.
En función de los requisitos del sistema, pueden funcionar con:
- Sistemas de control de baja tensión
- Sistemas de tensión de red
- Termostatos
- Relés
- Paneles de control
- Sistemas de gestión de edificios
La tensión del actuador debe ajustarse siempre al diseño eléctrico y de control del sistema de climatización.
¿Dónde se utilizan los actuadores térmicos?
Los actuadores térmicos son especialmente adecuados para aplicaciones que requieren control individual de la temperatura o por zonas.
Calefacción por suelo radiante
En los sistemas de calefacción por suelo radiante, se pueden instalar varios actuadores térmicos en un colector de distribución.
Cada actuador controla el caudal de agua hacia una estancia concreta o un circuito de calefacción en función de las señales que reciben de los termostatos individuales.
Esto permite gestionar de forma independiente la temperatura en las distintas zonas.
Unidades de ventiloconvectores
Los actuadores térmicos pueden regular el agua caliente o fría que entra en los fan coils.
Cuando una estancia alcanza la temperatura deseada, el actuador puede modificar la posición de la válvula y reducir la circulación innecesaria de agua.
Sistemas de calefacción hidrónica
Los actuadores térmicos también pueden utilizarse con radiadores, circuitos de calefacción y otros sistemas de climatización que funcionan con agua.
Permiten que el sistema distribuya la calefacción o la refrigeración en función de la demanda real, en lugar de mantener un caudal sin restricciones en todo el edificio.
Ventajas clave de los actuadores térmicos
Los actuadores térmicos ofrecen varias ventajas prácticas en los sistemas de control de climatización.
Funcionamiento silencioso
Su principio de funcionamiento permite un movimiento relativamente suave y silencioso, lo que las hace idóneas para oficinas, hoteles, zonas residenciales y otros entornos sensibles al ruido.
Diseño compacto
Los actuadores térmicos suelen ser lo suficientemente pequeños como para instalarse en colectores, válvulas y equipos terminales de climatización, donde el espacio para la instalación puede ser limitado.
Control sencillo
Muchos actuadores térmicos funcionan mediante señales eléctricas sencillas de encendido y apagado.
Esto permite la integración con termostatos y controladores de climatización habituales sin necesidad de recurrir a mecanismos de control innecesariamente complejos.
Funcionalidad de control por zonas
Al controlar válvulas individuales, los actuadores térmicos permiten gestionar zonas de calefacción o refrigeración independientes.
Esto permite ajustar mejor la potencia del sistema de climatización a las necesidades reales de la estancia.
Menor complejidad mecánica
En comparación con algunos diseños de actuadores accionados por motor, los actuadores térmicos pueden contener menos componentes mecánicos móviles.
Esto las hace muy prácticas para numerosas aplicaciones estándar de control de válvulas.
Cómo elegir un actuador térmico
Para elegir el actuador adecuado no basta con comprobar sus dimensiones físicas.
Antes de realizar la compra, conviene evaluar varios factores técnicos.
Compatibilidad de válvulas
El actuador debe ser compatible con la conexión de la válvula y la interfaz de montaje.
Los compradores deben confirmar:
- Tamaño de la rosca o de la conexión
- Tipo de válvula
- Adaptador necesario
- Dimensiones de instalación
Normalmente abierto o normalmente cerrado
La posición predeterminada requerida debe determinarse de acuerdo con la estrategia de control.
Si se selecciona una configuración incorrecta, la válvula podría funcionar de forma contraria a la lógica prevista del sistema.
Tensión de funcionamiento
Las características eléctricas del actuador deben ser compatibles con el termostato, el controlador y la fuente de alimentación disponible.
Longitud de la brazada
El actuador debe proporcionar el movimiento suficiente para accionar completamente la válvula conectada.
Una longitud de carrera incorrecta puede impedir que se abra o se cierre correctamente.
Fuerza operativa
El actuador debe proporcionar la fuerza suficiente para mover el vástago de la válvula de forma fiable.
Entorno de instalación
Los ingenieros de proyecto también deberían tener en cuenta lo siguiente:
- Temperatura ambiente
- Humedad
- Requisitos de protección
- Condiciones de cableado
- Accesibilidad de la instalación
- Frecuencia de funcionamiento prevista
En el caso de los proyectos comerciales e industriales, la compatibilidad con un abanico más amplio de Sistemas de control de climatización o de gestión de edificios también puede ser importante.
Actuadores térmicos y eficiencia energética en sistemas de climatización
Los actuadores térmicos pueden contribuir a una gestión energética más eficaz de los sistemas de climatización al facilitar control del caudal de agua en función de la demanda.
En lugar de alimentar continuamente todos los circuitos de calefacción o refrigeración, se pueden activar zonas concretas únicamente cuando sea necesario regular la temperatura.
Por ejemplo, cuando una habitación alcanza la temperatura establecida, su termostato puede enviar una señal al actuador térmico para que modifique la posición de la válvula. El resto de zonas pueden seguir funcionando de forma independiente.
Este tipo de control puede ayudar a reducir la distribución innecesaria de calefacción o refrigeración.
Sin embargo, la eficiencia energética global de los sistemas de climatización depende de múltiples factores, entre los que se incluyen:
- Eficiencia de los equipos
- Diseño del sistema
- Equilibrio hidráulico
- Ajustes de temperatura
- Estrategia de control
- Calidad de la instalación
- Aislamiento de edificios
- Mantenimiento periódico
Por lo tanto, un actuador térmico debe considerarse un componente más de una estrategia completa de control de la climatización, y no un dispositivo independiente de ahorro energético.
Conclusión
Un actuador térmico proporciona un control automático y práctico de las válvulas en los sistemas de climatización, lo que permite una zonificación eficaz, la regulación del caudal de agua, la gestión de la temperatura y un funcionamiento fiable del sistema.
