BOBINAS, CABEÇAS MAGNÉTICAS E PEÇAS DE SUBSTITUIÇÃO Identificação das bobinas e Princípios gerais

A

BOBINAS

As bobinas utilizadas nas electroválvulas são concebidas e testadas para funcionar sob tensão permanente. Estão todas em conformidade com as normas de resistência térmica CEI 216. Classe de Isola-mento Temp. máx. de funçãot_. admiss. Aum. máx. de temp. admiss. Temperatura ambiente máxima Ref. (1) (°C ) (°C * ) ( °C ** ) E 120 80 40 -F 155 80 75 T 95 60 -105 50 B 130 25 F H 180 80 100 T 105 75 B 120 60 -130 50 F 155 25 P Fig. 1

1) _{Letra de referência complementar de identificação}

para as bobinas dos tipos: XM5, M6, MXX, M12 (Ex. : FT, FB, FF, HT)

* Temperatura da bobina devido à colocação sob tensão

** Y inclui o efeito da temperatura do fluido nos limites indicados no catálogo (Características eléctricas, zona de temperatura ambiente da cabeça magné-tica).

A construção da maioria das bobinas é conforme às normas CEI 335. Outras normas internacionais (UL,...) podem ser aplicadas nas bobinas (Consultar a ASCO/ JOUCOMATIC).

As bobinas standard estão disponíveis em classes de isolamento E, F e H. A classe de isolamento determina a temperatura máxima de funcionamento da bobina para uma vida útil específica.

Vida útil standard : - 30 000 horas, classe H - 20 000 horas, classe F

O aumento da temperatura das bobinas em permanência sob tensão depende do seu tamanho e potência. Estes dois elementos permitem determinar o valor de pressão diferencial máxima de uma electroválvula como indicado no catálogo.

Quadro (Fig. 1), exemplo para uma classe F:

O isolamento da bobina está adaptado a um funcionamento em classe térmica F, isto é, a 155°C no ponto mais quente. O aquecimento máximo da bobina, medido sob tensão, está limitado segundo o tipo de bobina (ex. 80°C (FT), 95°C, 105°C (FB), 130°C (FF)).

Identifi cação das bobinas

e Princípios gerais

00022PT

-2006/R01

O valor de temperatura ambiente máximo da cabeça magnética depende do tamanho da bobina. Este valor é expresso em «Características eléctricas» nas páginas respectivas deste catálogo (75/60/50/25°C para os valores máximos standard). Tem em conta o efeito gerado pela temperatura do fluido.

Factores determinantes:

a) Temperatura (própria ao aquecimento da bobina)

b) Potência

c) Temperatura ambiente e/ou do fluido veiculado

d) Aumento significativo de temperatura provocado por uma potência em Watts elevada (o que se revela necessário para o funcionamento de certas elec-troválvulas)

A ASCO/JOUCOMATIC propõe bobinas que se diferenciam pela dimensão e pela potência eléctrica:

- XM5, M6, MXX, M12

- CM22, C22A, CM25, JMX, ANX, AMX, BMX

Para mais detalhes sobre as bobinas e para encontrar os seus códigos, ver Secção J / V1100, páginas 2 a 5

CÁLCULOS

Para as electroválvulas de comando directo, é possível calcular a força de atracção electromagnética com a ajuda da seguinte equação:

Fs = p . A (N)

Fs = força de atracção electromagnética (N) p = pressão (Pa) (105 _{Pa = 1 bar)}

A = superfície de passagem (m2₎

Exemplo

Uma cabeça magnética standard terá uma força de atracção de cerca de 15 N. Para utilizar esta cabeça magnética com uma pressão diferencial de 1 MPa (10 bar), é possível calcular o diâmetro de passagem máximo.

Fs = p . A 15 = 106 _{. A}

A = 1,5 . 10-5 _m2

A = 1/4.π.d2 _{d = 4,4 mm}

Para as aplicações de baixas pressões tais como queimadores a gás, distribuidores automáticos ou sistemas sob vácuo que chegam até 0,1 MPa, o diâmetro de pas-sagem será igual a 19,5 mm.

Para as electroválvulas de comando assis-tido (membrana ou pistão separado(a)), um pequeno orifício (o piloto) controla a pressão para a membrana ou o pistão. Os orifícios principais de grande tamanho podem abrir ou fechar a uma pressão máxima chegam até 15 MPa.

C.C. C.A.

CONCEPÇÃO DE BASE

Campo eléctrico

Para accionar uma electroválvula é necessário primeiro compreender como o magnetismo criado pela cabeça magnética pode converter-se em energia mecânica.

Se se aplicar uma determinada tensão à bobina uma corrente eléctrica circulará no bobinado, criando assim um campo magnético à volta da bobina.

Este campo depende da intensidade, do número de espirais e do comprimento da bobina. Podemos expressar este campo com a ajuda da equação seguinte:

H= ⋅I N

( )

[

]

Contudo, constatamos que a condutância das linhas do campo magnético é diferente de uma matéria para a outra.

A condutância é designada por permeabilidade do símbolo "µ".

Para a permeabilidade no vácuo: µ0 = 4.π.10

-7 _{(H/m) ou (Vs/Am)}

µ = µo . µr [µ = B/H]

µr ar = 1

É necessário fazer a distinção entre os materiais : - diamagnéticos: µr < 1 (bismuto, antimónio) - paramagnéticos: µr = 1 (alumínio, cobre) - ferromagnéticos:

µr >1 (ferro, níquel, cobalto)

Para identificar o "µr" ou a indução "B"

conveniente, é necessário utilizar o que é designado por curvas de histerese para

os materiais ferromagnéticos. I U Z U X_L R = = +

(

)

( )

( )

Para a fabricação dos núcleos e dos tubos-culatra ASCO/JOUCOMATIC, utiliza-se uma liga de aço inox específica de forte compatibilidade ferromagnética.

Se utilizarmos os quadros, a equação a aplicar é a seguinte:

B = µo . µr . H (T)

Cabeças magnéticas alimentadas em corrente contínua e em corrente alternativa

Para conhecer o campo eléctrico, é ne-cessário saber primeiro a corrente que passa na bobina.

Para as construções alimentadas em corrente contínua, podemos calcular facil-mente a corrente com a ajuda da seguinte equação:

I U

R = A

( )

Todavia, para as construções alimentadas em corrente alterna, é necessário ter em conta não só a resistência puramente óh-mica, como também a reactância 'XL'.

Para encontrar a impedância 'Z', é necessário combinar os valores de 'X_L' e de 'R' num diagrama vectorial. Podemos de seguida calcular a corrente com a ajuda da seguinte equação:

I U

Z = A

( )

O valor de 'X_L' depende da distância entre o tubo-culatra e o núcleo-móvel. Quanto maior a distância, menor é 'X_L'.

É por isso que há uma diferença entre a cor-rente que passa através da bobina quando o núcleo está em posição baixa (corrente de chamada) e a corrente com o núcleo em posição alta (corrente mantida).

1 0,8 0,6 0,4 0,2 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 + B (T) - B (T) -H (A/m) +H (A/m) 00022PT -2005/R01

A

Força de atracção de um íman

Quando o campo eléctrico e a indução são conhecidos, é possível determinar a força de atracção da cabeça magnética com a ajuda da seguinte equação:

F B A I N L A r = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅

(

)

( )

Os três gráficos A, B, C, pelo contrário, mostram que a força de atracção ma-gnética "F" determinada pela indução "B" é função do valor do golpe (distância entre a culatra e o núcleo móvel). Esta relação é específica para cada tipo de electroválvula.

H = Campo magnético (A/m) I = Corrente eléctrica (A) N = Número de espirais (1) B = Indução magnética (T) µo = Permeabilidade no vácuo (H/m) µr = Permeabilidade relativa (1) A = Superfície do núcleo (m2₎ C = Constante 30 25 20 15 10 5 0 3 6 9 12 A B A = CMXX-FT, CM40-10 B = CMXX-FB, CM40-14 gráfico B GOLPE (mm) A TRACÇÃO MAGNÉTICA (N) XL R COLD R HOT Z COLD Z HOT

C.A. (corrente alterna)

RC RH ZH XL ZC Com: U = tensão (V) IC = corrente a frio I_H = corrente a quente R_C = resistência a frio R_H = resistência a quente Z_C = impedância a frio ZH = impedência a quente

Quando uma bobina é colocada sob tensão durante certo tempo, esta aquece e a sua resistência aumenta de modo significativo. Se a resistência duplica, devido ao aquecimento, divide-se a corrente contínua por dois, e em corrente alterna, não tem mais que uma influência de aproximadamente 10%. C.C. (corrente contínua) R H = 2 . R C I U Z C C = I U Z H C = ⋅ 11, I U R C C = I U R I H C C = ⋅ = ⋅ 2 1 2/ L I L I R R 25 20 15 10 5 0 _{1 2 3 4 5 6 7} A B A = CM6-FT, CM25-5 B = CM6-FB, CM30-8 gráfico A GOLPE (mm) A T RACÇÃO MAGNÉTICA (N) 40 30 20 10 0 _{3 6 9 12 15 18} A B A = CM12-FT B = CM12-FB gráfico C GOLPE (mm) A TRACÇÃO MAGNÉTICA (N) 00022PT -2005/R01

90˚ 180˚ 270˚ 360˚ XL R Zholding XL R Zinrush L Z R XL Z ZM ZA XL XL com: I_M = corrente mantida Z_M = impedância mantida com: I_A = corrente inicial Z_A = impedância inicial I U Z = A

( )

Campo magnético (do anel de desfasagem) provocado pelo campo principal, com uma desfasagem de aproximadamente 90°.

Combinação das forças de atracção da bobina principal e do anel de desfasagem.

Campo magnético criado pela bobina principal.

I x N

I x N

F

Funcionamento em corrente contínua

a) Corrente de chamada igual à corrente mantida

b) O consumo eléctrico e a força de atracção dependem da temperatura c) Electroválvula silenciosa

d) Menos sensível às impurezas

e) A bobinagem comporta mais espirais (cobre) que as bobinas alimentadas em corrente alterna

Consumo eléctrico em C.A. :

P(W)= ⋅ ⋅U I Cosϕ I P U A A _A V VA ( ) = ( ) ( ) I P U M M V VA = ( ) ( ) com: P_A = potência aparente inicial (VA) P_M = potência aparente mantida (VA) Consumo eléctrico em C.C. : _P(W) _{U I} = ⋅ I P U A V W ( ) = ( ) ( )

Diferenças entre as electroválvulas alimentadas em CA ou CC

Serviço em corrente alterna:

As electroválvulas alimentadas em corrente alterna são sempre equipadas de um anel de desfasagem na culatra. A extremidade do núcleo é plano ou perpendicular.

Serviço em corrente contínua:

• 2 categorias de electroválvulas são fabri-cadas:

A primeira de construção idêntica para cor-rente alterna e contínua oferece a vantagem de uma adaptação fácil às duas correntes a partir de uma mesma electroválvula, a intercambialidade é assegurada em cor-rente contínua ou alterna.

A segunda tem uma culatra e um núcleo móvel de forma cónica (estrangulada); De modo a evitar qualquer risco de remanes-cência magnética, é necessário instalar uma peça especial não magnetizável, cha-mada «batente amagnético», para impedir que o núcleo bloqueie em posição alta.

Comparação electroválvula CA/CC Funcionamento em corrente alterna

a) Forte corrente inicial e baixa corrente mantida

b) Grande força de atracção c) Sensível às impurezas

d) A bobinagem comporta menos espi- rais (cobre) que as bobinas alimenta- das em corrente contínua

e) O consumo eléctrico e a força de atracção não são sensíveis à tempe-ratura.

00022PT

A

I = corrente eléctrica (A)

N = número de espirais da bobina

Este diagrama sectorial simplificando explica o funcionamento do anel de des-fasagem em corrente alterna.

ANEL DE DESFASAGEM (I x N) TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO 90° Bobina (I x N) anel de desfasagem

POTÊNCIAS NOMINAIS

As potências nominais indicadas em cada quadro "Características eléctricas" corres-pondem aos valores médios de consumos eléctricos das cabeças magnéticas das electroválvulas. A maior parte das potên-cias são mencionadas por 2 valores a frio e a quente, segundo as especificações abaixo.

Potência nominal em frio

Este valor corresponde à potência eléctrica consumida, no instante da colocação sob tensão da bobina, quando esta não tenha sido alimentada anteriormente. Nestas condições, o coração da cabeça magné-tica está aproximadamente à temperatura ambiente ou à do fluido e a resistência da bobina é o valor nominal. Em relação ao valor em quente, o consumo a frio é um pouco mais elevado; servirá de referência na definição de potência dos dispositivos de alimentação e de colocação sob tensão da electroválvula.

0° 180°

Se os valores precisos são exigidos, é ne-cessário efectuar os ensaios nas condições reais de funcionamento e de ambiente.

Potência nominal em quente

Depois da colocação sob tensão da elec-troválvula e quando esta é mantida per-manentemente sob tensão (ou o máximo do factor de marcha para os produtos em que se especifique), a bobina alcança a sua temperatura nominal de funcionamento. Nestas condições, a resistência aumenta e a potência eléctrica absorvida é mais baixa que em frio. Será este valor que se terá em conta para calcular, por exemplo, o custo total do consumo eléctrico.

Observações gerais

As potências a frio / a quente são defini-das nas condições normais de utilização, a saber:

● na tensão nominal prevista (Un) ● com temperaturas ambiente e do fluido

a 20°C

Estes valores evoluem em função das variações das condições de utilização:

● Variação da tensão de

alimenta-ção (respeitar o mín. e máx. autorizados, ver Secção J/páginas 2 e 3)

● Temperatura ambiente ● Temperatura do fluido

● Os tamanhos e tipos de tubagem

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-2004/R01

A

ASCO/JOUCOMATIC