Válvulas pneumáticas: como elas funcionam?

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21/08/2018

Os sistemas pneumáticos de ar comprimido exigem métodos de controle seguro e preciso dos atuadores exclusivos de seus equipamentos. Embora o meio seja fluido, assim como os sistemas de água hidráulica ou de processo, a execução do controle é diferente em muitos aspectos do que com um líquido. O que é compartilhado na condução de qualquer meio de energia fluida é a necessidade de válvulas para controlar a força, a velocidade e a direção do movimento.

Preparação do ar
As válvulas de alívio de pressão controlarão a pressão na porta de entrada, exaurindo a pressão para a atmosfera. As válvulas de alívio são normalmente usadas apenas em receptores ou dispositivos de armazenamento de ar, como acumuladores, como um meio de evitar a pressurização excessiva. Como tal, as válvulas de alívio são freqüentemente chamadas de válvulas de segurança e normalmente não são apropriadas para uso em qualquer lugar, exceto no estágio de preparação do ar.

Os reguladores de pressão em sistemas pneumáticos limitam a pressão a jusante da unidade, bloqueando a pressão a montante na entrada. Reguladores são usados ​​no estágio de preparação do ar, bem como no controle de cilindros e motores. A letra R no acrônimo FRL significa regulador, que é instalado a jusante do tanque receptor, mas antes do circuito para o qual eles estão regulando a pressão.

Às vezes, vários estágios de redução de pressão são necessários, especialmente com um grande compressor centralizado e um receptor alimentando várias estações de trabalho. Um regulador pode controlar a pressão dentro da rede principal de encanamento de distribuição, mas às vezes o ar é canalizado diretamente para uma FRL em cada estação de trabalho ou máquina. A pressão nesse cabeçalho principal pode ser de 120 psi ou mais, mas um circuito derivado pode ser regulado a 90 psi, por exemplo. A maioria dos reguladores é capaz de aliviar a pressão a jusante, o que impede que a pressão a jusante suba como resultado da pressão induzida pela carga ou da expansão térmica.

Os reguladores de pressão podem ser usados ​​como unidades autônomas, mas às vezes um filtro é conectado para matar dois pássaros com uma pedra. Os reguladores são mais frequentemente disponíveis como um componente de um conjunto modular, com um filtro, regulador, lubrificador ou secador, etc., e podem ser montados em qualquer combinação. O regulador terá uma porta de entrada, uma porta de saída e uma porta para o manômetro, com as quais elas são mais frequentemente incluídas.

Os reguladores de pressão também podem ser usados ​​para controlar a pressão de atuadores individuais, como um regulador embutido ou um regulador montado na porta de trabalho. Estes são tipicamente muito pequenos e incluídos com válvulas de retenção de fluxo reverso, como seria necessário para a função de dupla ação de um cilindro, por exemplo. Mais ainda, os reguladores de pressão diferencial são oferecidos por alguns fabricantes, para manter um diferencial de pressão entre as duas portas, em vez de apenas manter a pressão a jusante.Deve-se notar que todos os reguladores de pressão são ajustáveis, na maioria das vezes com parafusos ou botões.

Controles de fluxo
Também comuns em sistemas pneumáticos são válvulas para controlar o fluxo. Há menos tipos disponíveis de válvulas de fluxo em comparação com as válvulas de pressão ou direcional, mas a maioria dos circuitos as aplica para facilitar o ajuste à velocidade do cilindro ou do motor. O controle da velocidade em sistemas pneumáticos é mais complexo do que em um sistema hidráulico, porque o diferencial de pressão entre as portas de trabalho de um cilindro desempenha um papel maior.

Válvulas de controle de fluxo para sistemas pneumáticos são bastante simples, geralmente disponíveis em duas configurações usadas de duas maneiras diferentes. Uma configuração é meramente uma restrição variável, com um ajuste de parafuso ou botão para abrir e fechar um orifício variável, que também é muitas vezes referido como uma agulha ou válvula de estrangulamento. O outro tipo introduz uma válvula de retenção, que permite fluxo livre em uma direção e restrição na direção oposta. Por qualquer motivo, esta válvula sequestrou o nome controle de fluxo por si só.

As válvulas de controle de fluxo são aplicadas de duas maneiras diferentes; meter dentro ou fora. Meter in é o método de controlar a taxa de fluxo de ar ao entrar em um motor ou cilindro. Ao efetuar a medição, um cilindro se moverá rapidamente com alta força e eficiência, mas o movimento do pistão é propenso a movimentos esponjosos e imprevisíveis. Ao efetuar a medição, a velocidade do cilindro é mais estável e repetível, mas a eficiência e a força dinâmica são perdidas para a energia necessária para passar pelo controle de fluxo.Independentemente disso, a maioria das aplicações pneumáticas opera usando controles de fluxo de saída de medidores, porque as desvantagens são fáceis de superar, aumentando a pressão a montante.

Um método para aumentar a velocidade do cilindro, tipicamente para funções de retrocesso de cilindro de ação dupla ou de retorno por mola, é adicionar uma válvula de escape rápida à porta de trabalho lateral da tampa. Como os cilindros se retraem mais rapidamente do que se estendem como resultado de volumes de ar diferenciais, é mais difícil evacuar o volume de ar lateral da tampa sem válvulas ou tubulações de grandes dimensões. Uma válvula de escape rápida é ventilada diretamente para o ar a partir da porta de trabalho lateral da tampa e reduz massivamente a contrapressão criada na retração, permitindo uma velocidade muito rápida do pistão.

Válvulas de controle
direcional Válvulas direcionais pneumáticas estão disponíveis em vários tamanhos, estilos e configurações. Na extremidade básica do espectro está a válvula de retenção simples, que permite o fluxo livre em uma direção e impede o fluxo na direção inversa. Estes podem ser instalados em qualquer lugar desde a direita após o receptor até dentro de uma válvula de controle de fluxo.

Como as válvulas direcionais crescem em complexidade, elas são especificadas sob uma prática geral de nomenclatura relacionada ao número de envelopes posicionais da válvula e ao número de portas de trabalho na válvula e, especificamente, na ordem descrita. Por exemplo, se tiver cinco portas, a porta 1 será para entrada de pressão, portas 2 e 4 para portas de trabalho e 3 e 5 para as portas de escape. Uma válvula com três posições terá uma condição neutra, estender a condição e retrair a condição. Juntando tudo, isso descreve uma válvula de cinco posições e três posições, também chamada de válvula 5/3. As configurações comuns vistas na pneumática são 5/3, 5/2, 4/2, 3/2 e às vezes 2/2 válvulas.

Também parte da descrição de uma válvula direcional é seu método de operação e posicionamento. O operador da válvula é o mecanismo que fornece a força para deslocar a válvula entre suas posições. O operador pode ser uma alavanca manual, solenóide elétrica, um piloto de ar ou mecanismo de came, para citar alguns. Algumas válvulas são uma combinação dessas, como uma válvula piloto solenóide, que é uma válvula minúscula que fornece energia piloto para mover a válvula do estágio principal. O posicionamento de qualquer válvula é obtido por uma mola, como com uma válvula de compensação de mola 5/2 ou com detentores em válvulas de retenção de 5/2.

Uma válvula de compensação de mola 5/2 retornará à sua posição inicial quando a energia for removida de seu operador, como desenergização da bobina ou remoção da pressão piloto. Uma válvula de retenção 5/2 permanecerá na posição em que foi ativada pela última vez até que o operador a alterne novamente.

As válvulas pneumáticas são fabricadas em várias encarnações. Válvulas de assento são simples, usando uma mola para empurrar um rosto do boneco para baixo em seu assento. A construção pode ser metal-metal, borracha-metal ou mesmo com diafragmas. As válvulas de assento normalmente fluem em uma direção, como uma válvula de retenção, mas precisam ser energizadas para fluir em sentido inverso. Eles são limitados a configurações de porta de duas ou três vias, embora possam imitar válvulas de quatro ou cinco vias quando usadas em paralelo. Eles oferecem condutância de fluxo tipicamente alta para seu tamanho e geralmente são muito resistentes à contaminação.

As válvulas de carretel usam um cilindro metálico entalhado que desliza dentro de um corpo usinado com precisão, perfurado com três a cinco portas ou até sete portas se a válvula for operada por piloto. As válvulas low-end consistem apenas em um carretel e corpo, e são propensos a vazamentos internos. Melhores válvulas usam vedações no corpo ou no carretel para evitar vazamentos entre as portas. Válvulas de bobina high-end são construídas com precisão, muitas vezes exigindo procedimentos de lapidação fina durante a fabricação e com suas tolerâncias apertadas, muitas vezes exigem poucos selos, melhorando a confiabilidade e a longevidade. Outras formas de válvulas high-end usam um bloco deslizante de metal ou cerâmica, que não é apenas eficiente, mas também extremamente resistente à contaminação, tornando-os ótimos para ambientes sujos.

Considerações de montagem
As válvulas direcionais pneumáticas são fornecidas nas configurações de montagem padrão e não padrão. A válvula não padronizada é construída à vontade do fabricante, com layout de porta, estilo do operador e opções de montagem exclusivas de seu produto. Eles podem ser empilhados em linha, montados em sub-placas ou empilhados em seções. Como cada fabricante faz montagem diferente, é melhor pesquisar o produto apropriado para sua aplicação.

Felizmente, a maioria dos fabricantes tem linhas de válvulas padronizadas que atendem a uma ou mais especificações, como a ISO 5599-1, com suas portas ovais escalonadas; isso significa que a válvula de um fabricante se encaixará na subplaca ou no manifold de outro fabricante. Conexões portuárias e elétricas também são padronizadas com a maioria das válvulas. As portas NPT são comuns, mas muitas novas válvulas vêm com encaixes de trava no próprio subplate. Os conectores elétricos para válvulas padronizadas são freqüentemente DIN, mini-DIN ou com conexão de barramento de campo, tornando a operação de uma dúzia de válvulas tão fácil quanto um conector.