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Quinta Feira - 21 de Janeiro de 2021

Válvula solenoide: O que é? Como funciona?

Primeiramente: O que é um Solenoide:

Solenoide é apenas um termo usado para bobina de fio, como um eletroímã. Ele se refere a qualquer dispositivo que possa converter energia elétrica em mecânica, usando solenoide. Consiste de uma bobina feita com um fio fino e enrolada em um núcleo metálico.

Em resumo: fio metálico condutor de corrente elétrica enrolado em hélice sobre um cilindro e que, percorrido por uma corrente, cria um campo magnético comparável ao de um ímã.  Essa construção colocada dentro de invólucros atualmente injetados sobre esse conjunto de fios enrolados, deixando aparente somente os terminais, é conhecido no mercado como bobina.

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As bobinas variam de forma construtiva atendendo normas, classe de isolamento, grau de proteção, tensão e potência conforme a necessidade da aplicação.

Vejamos aqui alguns exemplo de bobinas:

Os pinos de conexão das bobinas do tipo Plug-in normalmente estão em conformidade com a norma DIN43650A e B.

Bobinas podem ser construídas para utilização com os conectores ou diretamente com fios, também com ou sem LED.

Detalhe de um conector elétrico desmontado

 

O que é índice de proteção, IP?

O Índice de proteção, também chamado de Grau de Proteção IP é composto por numerais que são obtidos nas tabelas abaixo. O IP indica a proteção contra a penetração de elementos que possam causar danos na parte elétrica de um componente.

O primeiro numeral vem da tabela “I” e corresponde ao índice de proteção contra a penetração de sólidos. O segundo número é obtido na tabela “II” e corresponde ao índice de proteção contra a penetração de água.

Pela tabela abaixo podemos constatar, por exemplo, que uma bobina com índice de proteção IP65 é totalmente protegida contra poeira e protegida contra jatos d’água.

TABELA I

TABELA II

Informações mais detalhadas você pode verificar aqui:

 

 

Mas afinal: O que é uma válvula solenoide?

Esse termo válvula solenoide foi aplicado inicialmente em válvulas de processo, válvulas com configuração básica 2/2 NA (Normal Aberta) ou NF (Normal Fechada) e conhecidas no mercado com o válvulas “On Off”.

Atualmente toda válvula que contém um solenoide e bobina aplicado na sua composição é conhecida como uma válvula solenoide.

Válvula solenóide é um dispositivo eletromecânico usado para controlar o fluxo de líquido ou gás. A válvula de solenóide é controlada pela corrente elétrica, que passa por uma bobina. Quando a bobina é energizada, um campo magnético é criado, fazendo com que um êmbolo dentro da bobina se mova. Dependendo do desenho da válvula, o êmbolo irá abrir a válvula solenóide ou fechar a válvula. Quando a corrente elétrica é removida da bobina, a válvula retornará ao seu estado desenergizado. Em válvulas solenóides de atuação direta, o pistão abre e fecha diretamente um orifício dentro da válvula. Nas válvulas operadas por piloto, também chamada servoválvula, o pistão abre e fecha um orifício piloto. A pressão da entrada, que é conduzida através do orifício do piloto, abre e fecha a vedação da válvula. A válvula solenóide mais comum tem duas portas: uma porta de entrada e uma porta de saída. Designs avançados podem ter três ou mais portas. Alguns projetos utilizam um projeto do tipo coletor. As válvulas solenóides possibilitam a automação do controle de fluido e gás. As válvulas solenóides modernas oferecem operação rápida, alta confiabilidade, longa vida útil e design compacto.

Tipos mais comuns de válvulas solenóide

Existem diversos tipos de válvulas solenoides. Essa diferença pode ser quanto ao número de entradas/Vias. Nesse caso podem ser de 2 a 5 vias.

As válvulas solenoides quanto à abertura, para o fluxo de fluídos e gases circulantes, podem ser classificadas em normalmente aberta ou normalmente fechadas. Quanto à abertura estas podem ser combinadas com as variações de 2 à 5 vias.

 

 

 

 

 

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Aplicações comuns para válvula solenóide

Os variados tipos de válvulas solenoides têm uma larga escala de uso nos mais variados setores. São usadas principalmente na automação industrial. São encontradas usualmente em máquinas de lavar roupas, louça, lavagem de automóveis em sistemas de aquecimento, piscinas, sistemas de aspersão, tecnologia de ar comprimido, irrigação e equipamentos odontológicos.

 

Válvula solenoide de ação direta ou servo operada, o que as diferenciam?

A válvula solenoide de ação direta é toda aquela que o campo magnético gerado pela bobina atua diretamente sobre o elemento que irá liberar ou não a passagem do fluído.

Com o tempo e novas necessidades do mercado as válvulas precisaram aumentar de tamanho para atender as novas vazões. Com isso os elementos internos e corpo das mesmas precisaram crescer. Elementos maiores provocam maior esforço para ser deslocado o que iria exigir que as bobinas fossem maiores e com maior potência.

Isso resultaria no aumento do consumo de energia elétrica, exigiria maiores espaços nas instalações e equipamentos mais pesados.

Devido as novas exigências surgem as válvulas solenoide servo operadas. Nestas válvulas as bobinas são pequenas, independentemente do tamanho das válvulas. Estas bobinas liberam a passagem de fluído através de um canal interno de comunicação para que um pequeno fluxo há um determinado valor de pressão seja o responsável por atuar e deslocar o elemento que irá permitir ou bloquear a passagem do fluído principal.

 

Como funciona o conjunto solenoide?

O conjunto solenoide é composto, em sua grande maioria por:

1 – porca de fixação

2 – bobina

3 – conector

4 – torre

5 – núcleo móvel

 

Conjunto Solenoide – Bobina com conector elétrico DIN

Partes de um conjunto Solenoide

Os conjuntos solenoides são montados nos corpos das válvulas. Enquanto a bobina não recebe energia elétrica o núcleo móvel permanece na posição de repouso pela ação da mola (primeira imagem abaixo). A bobina, ao receber energia elétrica, (segunda imagem abaixo) produzirá campo magnético que atrairá o núcleo móvel para o interior da torre permitindo a passagem de fluído e comutando a válvula.

A característica construtiva do conjunto solenoide e bobina possuem várias variáveis conforme projeto. O princípio de funcionamento será sempre o mesmo.

Os conjuntos solenoide também são confeccionados com ou sem orifício de escape. Essas diferenças construtivas poderão ser observadas ao avaliarmos o princípio de funcionamento das válvulas solenoide de ação direta.

 

Como funciona a válvula solenoide de ação direta?

As válvulas de ação direta são normalmente encontradas nas funções 2/2 ou 3/2 NA ou NF, sempre com acionamento mono estável. O conjunto solenoide será sempre montado diretamente sobre o orifício de passagem do fluído.

 

Válvula Solenoide de Ação Direta 2/2.

Na figura abaixo temos uma válvula de ação direta onde também podemos observar que a parte superior da torre é fechada. Esta é uma válvula 2/2 NF, ou seja, enquanto o conjunto solenoide não recebe energia elétrica o núcleo móvel permanece sobre o acento bloqueando a passagem do fluído.

A bobina, ao receber energia elétrica, gera campo magnético, então o núcleo móvel é atraído para o interior da torre liberando o orifício de passagem. Enquanto perdurar a energização da bobina a válvula permanecerá aberta.

Ao cessar a energia elétrica na bobina cessa o campo magnético, o núcleo móvel então retorna a posição inicial pela ação da mola bloqueando, novamente, o orifício de passagem.

 

 

Válvula Solenoide Servo-operada

Como funciona a válvula solenoide servo-operada?

As válvulas servo operadas podem ser encontradas nas funções de 3/2 NA ou NF, 5/2 ou 5/3; com acionamento mono-estável ou biestável.

A aplicação da válvula solenoide nas soluções vem ganhando cada vez mais espaço nas aplicações de uma forma geral, versatilidade, velocidade de comutação, baixa potência nas bobinas permitem aplicações com alta complexidade e baixo consumo de energia. Na pneumática a grande maioria das aplicações desse modelo de válvula é como direcional na atuação de cilindros pneumáticos simples ou dupla ação.

 

Válvula Solenoide 5 vias 2 posições, mono-estável.

As válvulas solenoide recebem o mesmo conjunto solenoide que as válvulas solenoide de operação direta, que podemos observar na imagem abaixo, montado na parte esquerda da imagem.

Como foi dito anteriormente, este conjunto solenoide não atua diretamente sobre o elemento de liberação de fluxo e sim através de um êmbolo de acionamento.

Para o seu funcionamento um pequeno canal de comunicação, leva ar comprimido da conexão de entrada para a base do conjunto solenoide.

Quando o conjunto solenoide é acionado o mesmo libera uma pequena porção de ar comprimido que atua diretamente sobre um êmbolo de maior diâmetro, este por sua vez atua sobre o elemento de liberação de fluxo, acionando a válvula.

Enquanto o sinal elétrico permanecer o êmbolo permanecera pressurizado e mantendo a válvula acionada. Ao se remover o sinal elétrico a passagem de ar será obstruída com o retorno do núcleo móvel, fechando a comunicação de ar e permitindo que o ar que atuava sobre o êmbolo seja liberado para a atmosfera.

Sem pressão sobre o êmbolo a mola que se encontra em lado oposto recoloca o êmbolo na posição inicial.

 

Válvula Solenoide 5 vias 2 posições biestável ou duplo solenoide

Esse modelo de válvula, também conhecida como válvula memória. Para este modelo de válvula não há necessidade do sinal elétrico ser mantido na bobina. Um pulso é suficiente para efetuar a inversão.

Enquanto um sinal elétrico não for emitido na bobina oposta a válvula permanece na primeira posição. Motivo pelo qual são também conhecidas como válvulas de memória.

 

Válvula Solenoide Diferencial

Este modelo de válvula mantém as características construtivas das válvulas com retorno mecânico. No lugar de uma mola para retorno do êmbolo à posição inicial são utilizados êmbolos de diâmetros diferentes criando-se uma mola pneumática.

Na imagem acima podemos observar a diferença entre os diâmetros dos êmbolos, o da direita que se encontra com pressão vinda do canal de suprimento interno e o êmbolo da esquerda que se encontra sem pressão.

Este modelo de válvula substitui à mono-estável com retorno mecânico/mola em aplicações onde a frequência de acionamento é elevada, com um ciclo por segundo por exemplo. Evita a fadiga da mola mecânica e mantém uma aplicação mais segura, sem paradas por quebra.

 

A válvula solenoide tem outras aplicações?

Sim. Não obrigatoriamente são válvulas de controle direcional, como a grande maioria dos usuários as aplica, como por exemplo acionando cilindros pneumáticos.

Podem ser utilizadas como; seletoras de circuito, seletora de pressões diferentes em um mesmo circuito, seletora de fluídos, seletora entre pressão e vácuo, entre outras. Para que estas funções possam ser aplicadas corretamente é preciso entender bem o princípio de funcionamento destas válvulas antes de aplicá-las ao processo.

As características construtivas dessas válvulas mudam conforme a aplicação e necessidade.

 

Válvulas Solenóides são normatizadas?

Há sim normatização, sendo a normatização mais conhecida é a ISO 5599-1, que padroniza a interface de montagem e fixação das válvulas que são sempre montadas em sub-base individual ou em manifold.

Exemplo de válvula montada e sub-base manifold:

Demais válvulas são produzidas sem respeitar uma norma específica. Estas também podem ser montadas individualmente, em bloco ou em régua. Vale lembrar que as que permitem a montagem em bloco não são intercambiáveis. Válvulas montadas em bloco são fixadas através de um parafuso tubular.

Exemplo de bloco e régua:

 

Se a bobina queimar há como atuar uma válvula solenoide?

As válvulas de ação direta em sua grande maioria não possuem um atuador manual, que permitiria o acionamento da válvula em uma emergência ou em um teste.

Já válvulas servo-operadas possuem um atuador manual. Haverá somente a diferença entre os modelos de atuador manual, os mono-estáveis e os biestáveis.

Gostou destas informações sobre válvulas solenoide? Caso tenha dúvidas entre em contato com a TECNI-AR Parker Store Brasil clicando aqui

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Luiz Kuchenbecker Panin

 

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