7ª Aula Válvulas Direcionais Os comandos pneumáticos consistem de seis camadas de elementos que são: a. Elementos de trabalho; b. Elementos de influência; c. Elementos de comando; d. Elementos de processamento de sinais; e. Elementos de emissão de sinais e; f. Elementos de geração e tratamento do ar comprimido. Os grupos de b até f são formados por válvulas. De forma genérica, definimos válvulas como aparelhos de comando, regulagem, partida, parada e de mudança de direção do fluxo. Comandam também a pressão e a vazão do fluido armazenado em um reservatório ou na rede. A denominação válvula é válida para todos os tipos de construção: registros, esfera, assento, corrediça plana ou giratória. Tomando como referência as normas internacionais, as válvulas são divididas pelas suas funções em: Direcionais; Bloqueio; Pressão; Vazão; Fechamento. Válvulas Direcionais São aparelhos que influenciam o percurso de um fluxo de ar, principalmente nas partidas, paradas e na alteração da direção do fluxo. Simbologia Em esquemas pneumáticos usam-se símbolos para a descrição das válvulas. As válvulas direcionais são representadas por quadrados. O símbolo caracteriza a função e não o tipo construtivo. O número de quadrados unidos indica o número de posições que uma válvula pode assumir. 2 posições 3 posições A função e nº de vias são representados nos quadrados. As linhas indicam as vias de passagem e as setas indicam a direção do fluxo. 1
Os fechamentos são indicados dentro dos quadrados com traços transversais. A união de vias dentro de uma válvula é simbolizada por um ponto. As ligações (entrada e saída) serão caracterizadas por traços externos. O nº de traços indica o nº de vias. Outras posições serão obtidas deslocando os quadrados, até que se cubram as vias com as ligações. Nas válvulas com três posições, a posição de repouso é a do centro. Define-se como posição de repouso aquela condição em que, através de molas, por exemplo, os elementos móveis da válvula são posicionados enquanto a mesma não é acionada. Posição de partida ou inicial será denominada àquela que os elementos móveis da válvula assumam, após montagem na instalação e ligação da pressão na rede, bem como na possível ligação elétrica e com a qual começa o programa previsto. Vias de exaustão sem conexão (escape livre) Triângulo no símbolo Vias de exaustão com conexão (escape dirigido) Triângulo afastado do símbolo Para garantir a identificação e ligação correta das válvulas, marcam-se as vias com letras maiúsculas. Vias de utilização A,B,C,D ou nº 2 e 4 Linhas de alimentação (entrada) P ou nº 1 Escapes (exaustão) R,S,T ou 3 e 5. 2
Linhas de comando (pilotagem) Z,Y,X ou 12 e 14 A denominação de uma válvula depende do número de vias (conexões) e do número de posições de comando. O 1º número indica a quantidade de vias e o 2º número indica a quantidade de posições de comando da válvula. As conexões de pilotagem não são consideradas como vias. Válvula direcional 3/2 3 ligações comandadas (vias), 2 posições de comando (2 quadrados) Válvula direcional 4/3 -? Tipos de acionamentos de válvulas Conforme a necessidade podem ser adicionados às válvulas os mais diferentes tipos de acionamento. Os símbolos de acionamento são desenhados horizontalmente nos quadrados. 3
Segundo o tempo de acionamento distinguem-se: 1. Acionamento contínuo Durante o tempo de comutação, a válvula está acionada por meios mecânicos, manuais, pneumáticos ou elétricos. O retorno ocorre mecanicamente por ação de uma mola mecânica ou pneumática. 2. Acionamento momentâneo A válvula é comutada por um impulso. Uma nova comutação é feita por um segundo impulso emitido por outro elemento gerador de sinal, repondo a válvula na posição inicial. Em circuitos em cadeia e em processos automatizados empregam-se principalmente válvulas de comando por impulso. Características construtivas de válvulas direcionais O princípio construtivo da válvula é determinante para a vida útil, a força de acionamento, a possibilidade de ligação e o tamanho construtivo. Segundo o tipo de construção distinguem-se: a. Válvulas de sede ou assento a. Válvulas de assento esférico b. Válvulas de sede de prato b. Válvulas de carretel a. Carretel longitudinal b. Carretel giratório Válvulas de sede ou assento As ligações em válvulas de sede são abertas e fechadas por esfera, prato ou cone. A vedação das sedes da válvula efetua-se de maneira simples, geralmente com elementos elásticos de vedação. As válvulas de sede têm poucas peças de desgaste e têm, portanto, uma longa vida útil. São robustas e insensíveis à sujeira. A força de acionamento é relativamente alta, pois é necessário vencer a força da mola de retorno e do ar comprimido agindo sobre a área do obturador. Válvulas de sede esférica A construção das válvulas de sede esférica é muito simples e, portanto, de preço vantajoso. Estas válvulas se caracterizam pela pequena construção. Uma mola aperta uma esfera contra a sede, evitando que o ar comprimido passe da ligação de pressão para o canal de trabalho A. Por acionamento da haste da válvula, afasta-se a esfera da sede. Para isto é necessário vencer a força da mola e do ar comprimido. Estas válvulas podem ser de duas ou três vias e de duas posições. O acionamento é feito por meios manuais ou mecânicos. 4
Válvulas de sede de prato As válvulas mostradas na figura abaixo são construídas no princípio de sede de prato. Elas têm uma vedação simples e boa. O tempo de comutação é curto. Um pequeno movimento do prato libera uma área bastante grande para o fluxo de ar. Também estas, como as de sede esférica, são insensíveis à sujeira e têm uma longa vida útil. Na figura abaixo são apresentadas válvula concebidas segundo o princípio de sede de prato único. Ao acionar o apalpador fecha-se a ligação de A para R (escape), pois o mesmo se assenta no prato. Empurrando mais ainda, o prato afasta-se da sede, abrindo a passagem de P para A; o retorno efetua-se mediante a mola. As válvulas direcionais de três vias empregam-se para comandar cilindros de ação simples ou como emissores de sinal para pilotar válvulas de comando. Em uma válvula com posição de repouso aberta, fecha-se primeiro a ligação entre P e A com um prato, e posteriormente a passagem de A para R através de um segundo prato. Uma mola retrocede o apalpador com os dois pratos na posição inicial. O acionamento das válvulas pode ser feito manual, mecânica, elétrica ou pneumaticamente. 5
Uma válvula direcional de 4 vias (4/2), com princípio de sede tipo prato, consiste na combinação de duas válvulas de 3 vias (3/2), sendo uma inicialmente aberta e outra inicialmente fechada. NA figura abaixo estão abertas as vias de P para B e de A para R. Ao acionar simultaneamente os dois apalpadores, serão fechadas as vias de P para B e de A para R. Empurrando ainda mais os apalpadores até os pratos e com estes contra a mola de retorno, serão abertas as vias de P para A e de B para R. Válvula direcional 4/2 vias Válvula direcional de 3 vias (3/2) (sede de prato) acionada pneumaticamente Acionando o pistão de comando com ar comprimido na conexão Z, será deslocado o eixo da válvula contra a mola de retorno. OS pontos P e A serão interligados. Após a exaustão do sinal de comando Z, o pistão de comando será recolocado na posição inicial por intermédio da mola. O parto fecha a via de P para A. O ar do canal de trabalho A pode escapar através de R. Válvula direcional 3/2 vias NF (acionamento pneumático) 6
A válvula apresentada na figura a seguir é uma válvula direcional de cinco vias e duas posições (5/2). Ela trabalha segundo o princípio de assento flutuante. Esta válvula é comutada alternadamente por impulsos, mantendo a posição de comando até receber um novo impulso. Esse tipo de válvula é chamado bi-estável. O pistão de comando desloca-se, como no sistema de corrediça, ao ser submetido à pressão. No centro do pistão de comando encontra-se um prato com um anel vedante, o qual seleciona os canais de trabalho A e B, com o canal de entrada de pressão P. A exaustão efetua-se através dos canais R ou S. Válvulas eletro-magnéticas Estas válvulas são utilizadas onde o sinal de comando parte de um Controlador Lógico Programável (CLP) ou ainda de um quadro de comando elétrico. O comando eletro-eletrônico é, atualmente, o mais utilizado devido à possibilidade de reprogramação, agilidade, confiabilidade, durabilidade e custos competitivos. As válvulas de comando eletro-magnético dividem-se em válvulas de comando direto e válvulas servo-comandadas. As de comando direto empregam-se apenas para pequenas seções de passagem. Para passagens maiores empregam-se válvulas servocomandadas. 7
Quando a bobina é energizada, o induzido é puxado para cima, contra a mola. O resultado é a interligação dos canais P e A. A extremidade superior do induzido fecha o canal R. Cessando o acionamento da bobina, a mola pressiona o induzido contra a sede inferior da válvula e interrompe a ligação de P para A. O ar do canal de trabalho A escapa pelo R. O tempo de atuação é curto. Para poder manter a construção do eletro-imã em tamanho reduzido, emprega-se válvulas solenóides com servo-comando. Estas são formadas por duas válvulas: A válvula solenóide com servo, de medidas reduzidas e a válvula principal, acionada pelo ar do servo. Função: da alimentação P na válvula principal deriva uma passagem para a sede da válvula de servo-comando. O núcleo da bobina é pressionado por uma mola na sede da válvula piloto. Após excitação da bobina, o induzido se ergue e o ar flui para o pistão de comando da válvula principal, afastando o prato da sede. O ar comprimido pode agora fluir de P para A. O canal de exaustão R, porém, já foi fechado. Em válvulas direcionais de 4 vias (4/2), ocorre, simultaneamente, uma inversão, o lado fechado se abre e o lado aberto se fecha. Ao desenergizar a bobina uma mola pressiona o induzido sobre a sede e fecha o canal do ar piloto. O pistão de comando da válvula principal será recuado por uma mola na posição inicial. Válvulas de corrediças (carretel) Os diversos pontos de ligação das válvulas corrediças serão interligados e fechados por pistões corrediços, patins chatos corrediços ou discos giratórios. 8
Válvula corrediça longitudinal Esta válvula tem como elemento de comando um pistão que seleciona as ligações mediante seu movimento longitudinal. A força atuadora é pequena, pois não é necessário superar a pressão de ar ou a de mola, ambas inexistentes (como nos princípios de sede esférica e de prato). Neste tipo de válvula são possíveis todos os tipos de acionamentos: manual, mecânico, elétrico e pneumático. O mesmo é válido também para o retorno à posição inicial. A vedação destas válvulas é bastante problemática. Para se alcançar a vedação adequada, utiliza-se anéis o ring. As aberturas de passagem de ar podem ser distribuídas na circunferência das buchas de pistão evitando assim danificação dos elementos vedantes. 9
Válvula de carretel giratório As válvulas deste tipo geralmente são construídas para acionamento manual ou por pedal. È difícil adaptar outro tipo de acionamento a essas válvulas. Estas válvulas são, na maioria dos casos, de 3/3 ou de 4/3 vias. Mediante o deslocamento rotativo de duas corrediças podem ser comunicados os canais entre si. A figura abaixo representa a posição central, na qual todos os canis estão fechados. Devido a isso, a haste de um atuador pode parar em qualquer posição. Montagem de Válvulas Pneumáticas em Bloco Manifold 4 2 14 12 5 3 1 Simbologia 10