Como funciona uma válvula de ar de 3 vias?

Alguma vez olhou para um sistema pneumático e se perguntou o que é que aquelas válvulas estranhas com três ligações fazem realmente?

Eu percebo. Quando comecei a trabalhar com sistemas de ar comprimido, as válvulas de 3 vias pareciam uma espécie de magia negra da engenharia. Mas eis a questão: quando se percebe como é que uma válvula de 3 vias válvula de ar funciona, são de facto bastante simples.

De facto, estes pequenos dispositivos são os cavalos de batalha da automação pneumática. Controlam tudo, desde os robôs das fábricas até aos travões de ar dos camiões.

Hoje, vou explicar exatamente como é que uma válvula de ar funciona. Nada de engenharia complicada. Apenas informações simples e práticas que pode realmente utilizar.

Vamos mergulhar no assunto.

Afinal, o que é uma válvula de ar de 3 vias?

Primeiro as coisas mais importantes.

Um sistema de 3 vias válvula de ar é basicamente um controlador de tráfego para ar comprimido. Tem três portas (daí o nome "3 vias") e direciona o fluxo de ar entre elas.

Pense nisso como um cruzamento em Y numa estrada. O tráfego pode ir de uma estrada para qualquer uma das outras duas, dependendo da forma como o semáforo está colocado.

O mesmo acontece com uma válvula de 3 vias.

As três portas estão normalmente identificadas:

• P (Pressão): Onde entra o ar comprimido
• A (Atuador): Para onde vai o ar para alimentar o seu dispositivo
• R ou E (escape): Onde o ar usado escapa

Bastante simples, certo?

Os dois principais tipos de válvulas de ar de 3 vias

É aqui que as coisas ficam interessantes.

Existem duas configurações principais de válvulas de 3 vias:

Válvulas normalmente fechadas (NC)

Este é o tipo mais comum que vejo em aplicações industriais.

Quando a válvula está "em repouso" (não energizada):

• O orifício de pressão é bloqueado
• O orifício do atuador liga ao escape
• O cilindro pneumático permanece recolhido

Quando o energizamos:

• Ligação de pressão abre para o porto do atuador
• A porta de escape fecha-se
• O ar comprimido flui para o seu dispositivo

Válvulas normalmente abertas (NA)

Estes funcionam de forma oposta.

Em repouso:

• A pressão flui para o atuador
• O escape está bloqueado

Quando energizado:

• A pressão está bloqueada
• O atuador liga-se ao escape

Descobri que as válvulas NC são muito mais comuns. Porquê? Segurança. Se a energia falhar, a maioria dos sistemas quer libertar a pressão em vez de a manter.

Como funciona uma válvula de ar de 3 vias?

Agora a parte divertida.

No interior de uma válvula de 3 vias, encontra-se normalmente um de dois mecanismos:

Design de carretéis

É o que se vê na maioria das válvulas industriais.

Imagine um cilindro que desliza para a frente e para trás dentro do corpo da válvula. Este cilindro (a bobina) tem ranhuras cuidadosamente maquinadas que criam diferentes caminhos de fluxo à medida que se move.

Quando a bobina se desloca:

1. Bloqueia uma porta
2. Abre outro
3. Cria uma nova via para o ar

A beleza? É super fiável. Já vi distribuidores a funcionar durante milhões de ciclos sem falhar.

Design Poppet

Estes utilizam uma abordagem diferente.

Em vez de uma bobina deslizante, as válvulas de gatilho utilizam discos com mola que se abrem ou fecham. Pense nelas como as válvulas do motor do seu automóvel, mas muito mais pequenas.

A vantagem? Vedam melhor do que os distribuidores. A desvantagem? Estão normalmente limitados a caudais mais pequenos.

Aplicações no mundo real (onde já as viu sem saber)

Aqui está a parte mais fixe.

As válvulas de 3 vias são em todo o lado. Provavelmente já interagiu com dezenas deles hoje sem se aperceber.

Cilindros de ação simples

Esta é a aplicação principal.

Um cilindro de ação simples só precisa de pressão de ar para se mover numa direção. Uma mola fá-lo regressar à posição inicial.

A válvula de 3 vias controla-o perfeitamente:

• Energizar = estender o cilindro
• Desenergizar = a mola faz regressar o cilindro

Vejo-os em tudo, desde portas automatizadas a prensas industriais.

Actuadores pneumáticos

Válvulas de esfera, válvulas de borboleta, o que quiser. Se for acionada pneumaticamente, é provável que haja uma válvula de 3 vias a controlá-la.

A válvula direciona o ar para abrir ou fechar o atuador. Tão simples quanto isso.

Aplicações de purga

Precisa de retirar aparas de uma máquina? Remover o pó de um produto?

As válvulas de 3 vias são excelentes neste caso. Podem alternar rapidamente entre o fornecimento de ar para a purga e a ventilação quando terminam.

Escolher a válvula certa (não cometa estes erros)

Depois de anos a especificar estas coisas, aprendi o que é importante.

Capacidade de caudal

Estou a ver que se trata do erro #1.

As pessoas escolhem uma válvula que é demasiado pequena para a sua aplicação. O resultado? Movimento lento do cilindro ou força de purga inadequada.

Verifique o seu:

• Caudal necessário (SCFM ou litros/min)
• Classificação Cv da válvula (coeficiente de caudal)
• Tamanhos dos portos

Dica profissional: Em caso de dúvida, opte por um tamanho maior. A diferença de custo é mínima, mas a melhoria de desempenho pode ser enorme.

Tempo de resposta

Com que rapidez é que a sua válvula tem de mudar?

Válvulas solenóides standard: 10-50 milissegundos
Válvulas de alta velocidade: Menos de 10 milissegundos
Válvulas pilotadas a ar: 50-200 milissegundos

Para a maioria das aplicações, a velocidade normal é suficiente. Mas se estiver a fazer triagem a alta velocidade ou funções de segurança, preste atenção a esta especificação.

Considerações ambientais

Para onde é que vai a válvula?

Ambiente interior e limpo? A válvula padrão é óptima.
Zona de lavagem? Obter IP65 ou melhor.
Atmosfera explosiva? Necessita de um equipamento intrinsecamente seguro ou à prova de explosão.

Aprendi isto da maneira mais difícil quando uma válvula padrão falhou numa área de lavagem de uma fábrica de alimentos. Não foi divertido.

Dicas de instalação que lhe pouparão dores de cabeça

Ao longo dos anos, já vi todos os erros de instalação possíveis. Eis como os evitar:

A orientação do porto é importante

Verificar sempre qual é a porta antes de ligação.

A maioria das válvulas tem pequenas etiquetas (P, A, R) fundidas no corpo. Mas é fácil não as ver. Já vi técnicos experientes ligarem-nas ao contrário.

Resultado? O cilindro estende-se quando deveria retrair-se. Oops.

A filtragem não é opcional

O ar comprimido é sujo. Como, realmente sujo.

Instale um filtro de 5 mícrones a montante da sua válvula. Mínimo.

Se não o fizer, estará a substituir as válvulas muito mais cedo do que o necessário. A contaminação é o assassino de válvulas #1 que eu vejo.

Montar corretamente

As válvulas de 3 vias podem normalmente ser montadas em qualquer orientação. Mas o problema é o seguinte:

Monte-os para facilitar o acesso. O seu vai A manutenção ou substituição destes equipamentos será eventualmente necessária. Não os enterre atrás de outro equipamento.

Além disso, utilize os orifícios de montagem. Não os deixe simplesmente pendurados na tubagem. A vibração acabará por provocar fugas ou avarias.

Resolução de problemas comuns

Quando uma válvula de 3 vias funciona mal, é normalmente por causa de um destes problemas:

A válvula não muda

Em primeiro lugar, verificar o óbvio:

• Está a receber energia? (Teste com um medidor)
• A tensão está correta? (12V, 24V, 110V?)
• As ligações estão corretas?

Se a parte eléctrica estiver bem, a válvula pode estar encravada. Tente accioná-la manualmente (a maioria tem um botão de acionamento manual).

Funcionamento lento

Isto significa quase sempre baixa pressão de ar ou fluxo restrito.

Verificar:

• Pressão de alimentação (deve estar dentro da gama nominal da válvula)
• Estado do filtro (pode estar entupido)
• Tamanho da tubagem (uma tubagem de tamanho inferior restringe o fluxo)

Fugas

As fugas internas (fugas na porta transversal) significam vedantes gastos. É altura de proceder a uma reconstrução ou substituição.

As fugas externas são normalmente de acessórios soltos ou de roscas de orifícios danificadas. Muitas vezes, estes problemas podem ser resolvidos sem substituir a válvula.

Estratégias de controlo avançadas

Quando se domina o básico, é possível fazer algumas coisas inteligentes com as válvulas de 3 vias.

Controlo de velocidade

Adicione controlos de fluxo à porta de escape. Isto permite-lhe controlar a velocidade do cilindro de forma independente em cada direção.

Utilizo-o a toda a hora para:

• Portas de fecho suave
• Operações de prensagem controladas
• Absorção de choques

Regulação da pressão

Instale um regulador entre a válvula e o cilindro. Agora pode controlar a força e o movimento.

Ótimo para:

• Operações de montagem delicadas
• Força de aperto variável
• Teste de diferentes definições de pressão

Circuitos de válvulas múltiplas

Ligue várias válvulas de 3 vias para criar padrões de movimento complexos.

Exemplo: Duas válvulas podem controlar um cilindro de efeito duplo, dando-lhe mais opções de controlo do que uma única válvula de 5 vias.

Fazer a escolha certa para a sua aplicação

Conclusão?

Compreensão como um 3 way válvula de ar obras abre um mundo de possibilidades de controlo pneumático. Estes dispositivos simples são os blocos de construção da automação.

Quer esteja a conceber um novo sistema ou a resolver problemas de um sistema existente, os princípios permanecem os mesmos:

• Conheça os seus requisitos de fluxo
• Selecionar o tipo de válvula correto (NF ou NA)
• Instalar corretamente
• Manutenção regular

Domine estes princípios básicos e ficará surpreendido com o que pode fazer com o ar comprimido.

A melhor parte? Quando se compreende uma válvula de 3 vias, compreende-se todas. Os princípios são universais, quer se trate de uma pequena válvula $20 ou de uma enorme unidade industrial.

Por isso, da próxima vez que vir um sistema pneumático, olhe com atenção para essas válvulas de 3 vias. Agora já sabe exatamente o que estão a fazer e como funcionam.

Muito fixe, não é?