Válvulas Pneumáticas
• Válvulas pneumáticas controlam o fluxo de ar, normalmente trabalham com uma pressão de 3 a 10 bar, com um valor nominal de 6 bar. As válvulas são utilizadas nos circuitos de comando e potencia.
• As válvulas dos circuitos de comando agem sobre o ar comprimido para controlar outras válvulas.
• As válvulas dos circuitos de potencia são chamadas também de válvulas distribuidoras, sua função é distribuir o ar para acionar os atuadores.
• A tecnologia atual tende utilizar as válvulas de potencia para o
acionamento dos atuadores, o circuito de controle é realizado com
equipamentos eletrônicos, em particular com o uso de CLP.
Exemplos
Válvulas Pneumáticas
Válvulas Pneumáticas
1-Filtro com descarga manual 2-Redutor e Regulador de pressão 3-Manometro
4-Lubrificador
5-Tubulação circuito potencia 6-Junção
7-Valvula 3/2 acionamento manual
8-Tubulação circuito de comando
9-Tubulação circuito de comando
10-Tubulação circuito de comando
11-Valvula 3/2 por comando mecânico
12-Regulador de Fluxo unidirecional
13-Cilindro
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas de controle direcional podem ser de duas formas:
• Tipo ON/OFF, as vias estão abertas ou fechadas
• Tipo PROPORCIONAL, chamadas as vezes de analógicas, possuem um grau de abertura / fechamento variável e naturalmente apresentam pressão e vazão reguláveis
As válvulas de controle ON/OFF são as mais utilizadas e são caracterizadas funcionalmente por:
• Numero de orifícios para as entradas e saídas do fluido, chamadas de vias;
• Numero de posições para identificação das posições de trabalho;
• Tipos de conexões que existem entre os vários orifícios para cada posição de funcionamento significativa;
• Números e tipos de comandos, chamados de acionamentos, para passar de
uma situação de trabalho para outra,
Válvulas Pneumáticas
• Identificação de Válvulas distribuidoras é constituída de números separados por barras, o primeiro numero indica o numero de orifícios, e o segundo o numero de posições de trabalho.
• Por ex:
• 2/2- indica uma válvula com dois orifícios e duas posições de trabalho
• 3/2- indica uma válvula com três orifícios e duas posições de trabalho
• Os orifícios normalmente presentes são:
• De alimentação
• De trabalho
• De exaustão
Válvulas Pneumáticas
• Representação de Válvulas Distribuidoras
• Segundo as normas ISO/CETOP, cada posição de trabalho é representada por um retângulo
• as conexões entre os vários orifícios são representados por setas, o fechamento é indicado por meio de um traço
• Em cada retângulo uma eventual passagem de ar no interior da válvula é indicada por um ponto
• Conexões com o resto do circuito são feitas apenas com os retângulos
• Orifícios de exaustão são indicados por um
triangulo
Válvulas Pneumáticas
• Representação de Válvulas Distribuidoras
• Segundo as normas CETOP, os diversos orifícios de uma válvula devem ser indicados por letras maiúsculas:
• P: Orifício de alimentação
• A, B, C: Orifícios de trabalho
• R, S, T: orifícios de exaustão
• Segundo as normas ISO, os diversos orifícios de uma válvula devem ser indicados por números:
• 1: Orifício de alimentação
• 2, 4, 6: Orifícios de trabalho
• 3, 5, 7: orifícios de exaustão
Válvulas Pneumáticas
• Tipos mais comum de válvulas distribuidoras
A comutação entre uma posição e outra só pode
acontecer por meio de intervenção externa, por um
mecanismo denominado de acionamento
Válvulas Pneumáticas
• Tipos de acionamentos
Os sistemas de acionamento utilizados são:
• Muscular
• Mecânicos
• Pneumáticos
• Elétricos
Válvulas Pneumáticas
• As válvulas podem ser:
• Monoestáveis:
A válvula permanece ativa durante todo o acionamento, uma vez concluído o período de acionamento, uma mola interna faz a válvula retornar a situação inicial
• Biestáveis:
A comutação ocorre por meio de um acionamento chamado impulso, ou seja, por meio de pulsos de breve duração. A válvula permanece na situação atingida ate um segundo pulso provoque a comutação no sentido oposto
As válvulas distribuidoras podem ser do tipo NA ou NF
• NA – Normalmente aberta, quando a alimentação de ar é ligada com o atuador na posição de repouso
• NF – Normalmente fechada, quando a alimentação de ar é desligada, com o
atuador na posição de repouso
Válvulas Pneumáticas
A- acionamento muscular, por alavanca B- acionamento muscular , por botão C- acionamento muscular, geral
D- acionamento mecânico a rolete, em sentido único
E- acionamento muscular, tipo apalpador ou pino
F- acionamento muscular, por pedal
Válvulas Pneumáticas
• Tipos de válvulas direcionais
• Por carretel deslizante
• Por carretel deslizante rotativo
• Por obturador
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas por obturador
• Nestas válvulas o elemento móvel é um obturador que pode ser construído de varias formas (circular ou plano), que abre ou fecha um assento.
• Em relação as válvulas de carretel apresentam como vantagens o curso de comutação pequeno e
alta vazão. A desvantagem é que para altas vazões a força de acionamento é grande.
CSA 14
• Válvulas 3/2 NF com tecnologia de obturador, do tipo monoestavel
1 - válvula não acionada: orifício A em comunicação com R, 2 - válvula acionada: orifício P em comunicação com A, Temos 3 orifícios: P, A, R e duas posições e devido a mola de retorno, é denominada de monoestavel
Válvulas Pneumáticas
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas 3/2 NA com tecnologia de obturador, do tipo monoestavel
• Figura a esquerda - válvula não acionada: orifício P em comunicação com A.
• Figura a direita – válvula acionada: orifício A em comunicação com R.
• Temos 3 orifícios: P, A, R e duas posições.
• Devido a mola de retorno, é
denominada de monoestavel
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas 5/2 NA com tecnologia de obturador, do tipo monoestavel
• Figura a esquerda - válvula não acionada: orifício P em comunicação com A e B em comunicação com R.
• Figura a direita – válvula acionada:
orifício P em comunicação com B e A em comunicação com R .
• Temos 5 orifícios: P, A, B, R, S e duas posições.
• Devido a mola de retorno, é
denominada de monoestavel
Válvulas Pneumáticas
Válvulas por carretel deslizante:
Nestas válvulas o elemento móvel é um carretel deslizante.
São muito versáteis, e, em relação aos vários tipos de
acionamento, temos
acionamento mecânico, pneumático e elétrico.
A maior vantagem deste tipo de
válvula é a pequena força de
acionamento.
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas 4/2 com tecnologia de carretel deslizante (spool = carretel), do tipo biestável
• Figura a esquerda – sinal de pilotagem Y temos: orifício P em comunicação com B e A em comunicação com R.
• Figura a direita – sinal de pilotagem Z temos: orifício P em comunicação com B e A em comunicação com R .
• Temos 4 orifícios: P, A, B, R, e duas posições.
• Temos dois sinais de pilotagem, Z e Y, é
denominada de biestável
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas por carretel deslizante rotativo
• Nestas válvulas o elemento móvel é um carretel a pino acionado por uma alavanca rotativa.
Quando a alavanca roda o carretel desliza, abrindo e fechando as varias passagens internas da válvula.
• Estas válvulas geralmente possuem um
acionamento do tipo muscular em três posições
estáveis.
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas por carretel deslizante rotativo com centro fechado
• Na figura vemos o corte da válvula com as varias ligações, segundo as posições O, I, II da alavanca de comando.
• Podemos notar que na posição central,
O, todas as ligações são fechadas, desta
forma podemos parar a haste de um
cilindro.
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas por carretel deslizante rotativo com centro aberto
• Podemos notar que na posição central, O, desta forma todo fluxo de A
e B sai para R.
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas de controle de fluxo
São utilizadas para controlar o fluxo de ar comprimido que atravessa as tubulações, com base no tipo de ação sobre o ar, temos:
• Válvula reguladora de fluxo bidirecional;
• Válvula reguladora de fluxo unidirecional;
• Válvula de retenção com mola;
• Válvula de escape rápido;
• Válvula de registro;
• Válvula seletora;
• Válvula de simultaneidade
• Válvula de temporização
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas reguladora de fluxo bidirecional
Este tipo de válvula representa uma resistência
pneumática variável. Quando colocadas em um
trecho de tubulação, modificam o valor da vazão
que passa em consequência de um valor
prefixado de diferença de pressão entre o valor
da seção a montante e a jusante.
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas reguladora de fluxo unidirecional
Neste tipo de válvula o fluxo é unidirecional, no sentido oposto existe um estrangulamento.
Na figura a esquerda vemos o fluxo que entra a esquerda fecha a válvula de retenção, obrigando o fluxo a passar pelo estrangulamento constituído pelo parafuso cônico regulável.
Na figura a direita vemos que o fluxo da direita
para a esquerda passa livremente, a válvula de
retenção é aberta.
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas de retenção com mola
Neste tipo de válvula o fluxo é bloqueado em um sentido e livre no outro.
Neste tipo de válvula não há regulação
do fluxo
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas de escape rápido
• Há casos que devemos atuar no curso de um cilindro de forma rápida para um posicionamento geralmente sem carga aplicada.
• Nestas situações necessitamos de uma válvula de escape rápido que ponha em contato o ar no orifício A (carga) com o orifício R (exaustão).
• No sentido oposto orifício P para A o fluxo é normal.
• Não havendo contrapressão de descarga a velocidade da
haste do cilindro resulta ser de 15 a 20 % maior em relação a
uma descarga normal
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas de registro
• São válvulas do tipo 2/2 biestáveis usadas para ligar/desligar completamente o fluxo de ar em uma tubulação.
• Seu funcionamento é igual a uma torneira
CSA
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas seletora ou elementos OU
• São válvulas de três vias, duas entradas A e B e uma saída C. A esfera fecha automaticamente a entrada não alimentada.
• Sendo A e B alimentadas com a mesma pressão, a esfera permanece parada no meio da válvula, permitindo que o fluxo de A e B flua para C.
• São empregadas para:
• Comandar cilindros e válvulas de pontos diferentes.
• Realizar a função logica OU (em inglês OR)
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas de simultaneidade ou elemento E
• São válvulas de três vias, duas entradas A e B e uma saída C. Um carretel deslizante fecha automaticamente a entrada alimentada.
• Sendo A e B alimentadas simultaneamente com a mesma pressão, temos a conexão de A e B com C.
• São empregadas para:
• Comandos de emergência.
• Realizar a função logica E (em inglês AND)
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas com temporização
• São utilizados para comandar válvulas direcionais em todos os casos que necessitamos de um atraso regulável.
• As válvulas com temporização são constituídas de uma válvula 3/2 NF ou NA e de um
reservatório de armazenamento de ar. Por meio do estrangulamento, é possível regular o tempo
de abastecimento do reservatório e, em consequência o tempo de atraso de um eventual sinal
de pilotagem. Na figura temos um temporizador com válvula 3/2 NF
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas reguladoras de pressão
• Válvulas de alivio ou limitadora de pressão
• Estas válvulas impedem o aumento de pressão acima de um valor desejado. O limitador de pressão serve para segurança.
• Quando a pressão máxima é superada o limitador provoca a exaustão de ar, ate atingir o
novo valor desejado.
Válvulas Pneumáticas
• Válvulas reguladoras de pressão
• Válvulas de sequencia
• Estas válvulas possuem funcionamento igual as válvulas de alivio, a diferença esta que a saída de ar é efetuado em um orifício de trabalho A.
• Quando a pressão máxima é superada acontece a comunicação do orifício P para o orifício A.
• São utilizadas em dispositivos pneumáticos que precisam de um valor preestabelecido de pressão mínima
para o próprio funcionamento
Válvulas Pneumáticas
Dimensionamento das Válvulas distribuidoras
• Os parâmetros para o dimensionamento de uma válvula distribuidora são:
• Pressão de entrada da válvula, pe.
• Pressão de saída da válvula, ps.
• Queda de pressão, pe-ps.
• Temperatura de funcionamento
• Utilizaremos gráficos e diagramas para efetuar o dimensionamento, os parâmetros foram observados por via experimental, as definições das variáveis utilizadas são:
• Vazão nominal: é definida como a vazão efetiva que a válvula pode fornecer em 1 minuto quando opera nas seguintes condições, pe = 6 bar, temperatura de 20 °C, pe-ps= 1 bar.
• Coeficiente de fluxo, kv: é um coeficiente de dimensionamento que depende da vazão que passa pela válvula a
pressão atmosférica e da queda de pressão pe-ps=1 bar.
Válvulas Pneumáticas
Dimensionamento das Válvulas distribuidoras
• A equação abaixo expressa a relação entre a vazão, o coeficiente de
fluxo e as pressões de trabalho.
Válvulas Pneumáticas
Dimensionamento das Válvulas distribuidoras
• No diagrama o eixo vertical representa a pressão na saída da válvula, ps, no eixo horizontal temos a vazão, Q, nas curvas temos os valores das pressões de entrada, pe.
ps
pe
Válvulas Pneumáticas
Dimensionamento das Válvulas distribuidoras
• Exemplo 1
Para uma vazão, Q = 1300 l/min, pressão na entrada, pe = 7 bar.
Determinar a pressão na saída, ps.
Resposta: ps = 5,8 bar
ps
pe
Válvulas Pneumáticas
Dimensionamento das Válvulas distribuidoras
• Exemplo 2
Para uma válvula com pressão na entrada, pe = 7 bar e pressão na saída, ps = 4,5 bar. Determinar a vazão, Q.
Resposta: Q = 1650 l/min
pe
ps
Válvulas Pneumáticas
Dimensionamento das Válvulas distribuidoras
• Exemplo 3
Para uma válvula com pressão na saída, ps = 4,5 bar e vazão de 1500 l/min. Determinar a pressão na entrada, pe.
Resposta: pe = 6,5 bar
ps
pe
Válvulas Pneumáticas
• Exercício 1
Para uma válvula distribuidora com as características conforme diagrama ao lado, devemos verificar se a válvula de distribuição é idônea para a pilotagem de um cilindro de simples efeito que deve fornece força de avanço de 1000 N.
Dados:
Diâmetro do cilindro, 50 mm.
Diâmetro da haste , 20 mm.
Pressão na entrada da válvula, 8 bar Pressão de regime de 7 bar.
Curso, 200 mm.
Válvulas Pneumáticas
• Exercício 1
• Calculo da pressão de saída.
, .
. , . .
.
, . . =0,566MPa
ps=5,7bar, no diagrama e pe = 7,0 bar temos uma vazão Q = 255l/min.
• Calculo do numero de ciclos possíveis.
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Movimentação alternativa de um cilindro de duplo efeito
Utilizamos duas válvulas 3/2
Monoestáveis do tipo NF
Válvulas Pneumáticas
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Movimentação alternativa de um cilindro de duplo efeito
Pressionando o botão PA da válvula 3/2 com uma força F, o orifício P entra em comunicação com A, e o ar flui para a tampa traseira, a haste do cilindro avança (curso positivo).
Por ser a válvula monoestavel, ao retirar a
força F que acionou a válvula, a ação da
mola retorna a situação inicial com P
bloqueado e A entra em contato com R, o
cilindro fica parado
Válvulas Pneumáticas
Movimentação alternativa de um cilindro de duplo efeito
Pressionando o botão PB da válvula 3/2 com uma força F, o orifício P entra em comunicação com A, e o ar flui para a tampa dianteira, a haste do cilindro recua (curso negativo).
Por ser a válvula monoestavel, ao retirar a
força F que acionou a válvula, a ação da
mola retorna a situação inicial com P
bloqueado e A entra em contato com R, o
cilindro fica parado
Válvulas Pneumáticas
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Movimentação alternativa de um cilindro de duplo efeito com fim de curso mecânico
Utilizamos uma válvula de comando 3/2,
monoestavel do tipo NF, uma válvula
distribuidora 5/2 biestável, uma chave fim de
curso, a1, do tipo rolete, operando em um
único sentido (válvula 3/2, monoestavel, do
tipo NF). Os símbolos estão de acordo com a
norma ISO 1219
Válvulas Pneumáticas
Movimentação alternativa de um cilindro de duplo efeito com fim de curso mecânico
Pressionando o botão PA da válvula 3/2 com uma força F, o orifício 1 entra em comunicação com 2, e um sinal piloto entra no orifício X comutando a válvula 5/2, neste momento temos a ligação do orifício 1 com 4, e, 3 com 2, o cilindro avança (curso positivo).
No final do curso de avanço a haste do cilindro aciona a1 que comuta o fim de curso pondo em contato o orifício 1 com 2.
Um sinal piloto entra no orifício Y comutando a válvula 5/2,
neste momento temos a ligação do orifício 1 com 2, e, 5 com
4, o cilindro recua automaticamente (curso negativo).
Válvulas Pneumáticas
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Movimentação alternativa de um cilindro de duplo efeito com válvula 5/3 de carretel deslizante rotativo Nesta aplicação temos uma válvula 5/3 de carretel deslizante rotativo com centro fechado, acionada por alavanca.
A válvula de carretel deslizante rotativo possui acionamento de três posições estáveis
Fase 1:
Temos a haste completamente distendida, atuando
por intermédio da posição a esquerda do carretel
Válvulas Pneumáticas
Movimentação alternativa de um cilindro de duplo efeito com válvula 5/3 de carretel deslizante rotativo
Fase 2:
Temos a haste parada em uma
posição intermediaria qualquer,
por meio da posição central do
carretel.
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