Tipos de válvula solenóide pneumática: válvulas de 2/2, 3/2, 5/2, 5/3 vias e como escolher

Tipos de válvula solenóide pneumática: a resposta que você precisa primeiro

Simplificando possível, existem quatro tipos principais de válvulas solenóides pneumáticas para entender: Válvulas de 2/2 vias, 3/2 vias, 5/2 vias e 5/3 vias . O primeiro número é o número de portos aéreos em funcionamento; o segundo número é o número de posições do carretel. Além dessa classificação, cada válvula também é definida pelo seu método de atuação (ação direta ou operada por piloto) e pelo seu comportamento no estado de repouso (normalmente aberta, normalmente fechada, monoestável ou biestável).

Essa combinação não é acadêmica. Os quatro tipos de contagem de portas são mapeados diretamente em quatro trabalhos diferentes em um circuito pneumático. Um cilindro de ação simples precisa de uma válvula de 3/2 vias. Um cilindro de dupla ação precisa de uma válvula de 5/2 ou 5/3 vias. Uma simples linha de purga de ar ou corte de fornecimento pode ser controlada por uma válvula de 2/2 vias. Quando uma máquina para no meio do ciclo, a causa geralmente é que um desses mapeamentos foi selecionado incorretamente.

Muitas vezes as pessoas confundem um tipo de válvula com uma especificação. O tipo responde à pergunta “quantas portas, quantas posições, como é acionado e o que acontece quando a energia é desligada”. A especificação responde "qual tamanho de porta, qual tensão, qual Cv." Você deve resolver a questão do tipo primeiro, porque uma válvula 5/2 com um valor de Cv perfeito ainda não operará corretamente um cilindro de ação simples. A notação segue a ISO 1219-1 para símbolos de circuitos pneumáticos, portanto, uma válvula 5/2 desenhada em um esquema sempre significa cinco portas e duas posições; ler o símbolo corretamente é a maneira mais rápida de identificar uma válvula que você nunca viu antes. CKT publica seu completo válvula solenóide e catálogo de componentes pneumáticos online, que é uma referência prática quando você precisa combinar um símbolo com um número de modelo real.

Como funciona uma válvula solenóide pneumática antes de você escolher um tipo

Antes de comparar modelos, é útil ver o que há dentro da válvula e por que a construção interna determina o tipo. Cada válvula solenóide industrial contém as mesmas peças principais, mas a forma como essas peças interagem decide se ela pode operar com pressão zero, quanto ar pode passar e com que rapidez responde.

• Bobina solenóide e êmbolo: a bobina converte energia elétrica em um campo magnético que puxa o êmbolo, que move o carretel diretamente ou por meio de um estágio piloto.
• Carretel ou gatilho: uma peça de precisão que desliza dentro do corpo da válvula e redireciona o ar entre as portas. A geometria do carretel define a função da válvula.
• Mola de retorno: empurra o carretel para trás quando a bobina é desenergizada. Se a mola estiver presente, a válvula é monoestável.
• Corpo da válvula: segura as portas, o furo e as superfícies de vedação. A maioria dos corpos das válvulas de ar são de liga de alumínio; válvulas de fluido usam aço inoxidável ou latão.
• Selos e canal piloto: as vedações evitam vazamento cruzado entre as portas; em uma válvula operada por piloto, o canal piloto alimenta o ar até a extremidade do carretel para deslocá-lo.
• Substituição manual: um botão ou parafuso que permite deslocar a válvula manualmente durante o comissionamento, o que é muito mais útil do que muitos compradores esperam.

Atuação direta versus atuação piloto em um parágrafo

Em um válvula de ação direta , a bobina move o carretel diretamente, de modo que a válvula pode mudar mesmo quando a pressão de entrada é 0 MPa. A compensação é o fluxo limitado, porque a bobina deve ser grande o suficiente para superar o atrito e a força do ar. Em um válvula operada por piloto , um pequeno solenóide desloca um carretel piloto e o próprio ar de entrada empurra o carretel principal. Esse projeto suporta vazões muito maiores com uma bobina compacta, mas precisa de uma pressão operacional mínima, normalmente em torno de 0,15 MPa. Um válvula pilotada externamente é a mesma ideia, exceto que o ar piloto vem de um suprimento regulado e separado.

Para compradores industriais, a qualidade da construção é tão importante quanto o tipo. Um carretel usinado com uma tolerância menor vaza mais ar piloto, responde mais lentamente e se desgasta mais rapidamente. CKT enfatiza sua fabricação e montagem interna capacidades, com mais de 20.000 tipos de peças semiacabadas em estoque e mais de 90% dos componentes usinados internamente. Esse nível de integração vertical é o que permite que um fabricante de válvulas mantenha as folgas do carretel ao corpo consistentes em grandes lotes de produção.

Válvulas solenóides pneumáticas de 2/2 vias: controle de fluxo liga/desliga simples

Uma válvula de 2/2 vias possui exatamente duas portas e duas posições. Na versão normalmente fechada, a porta de entrada P é bloqueada no estado de repouso e se conecta à porta de saída A quando a bobina é energizada. Na versão normalmente aberta, P conecta-se a A no estado de repouso e bloqueia quando a bobina é energizada. Por ter apenas uma saída e nenhuma porta de exaustão dedicada, a válvula de 2/2 vias é usada para corte de alimentação, purga e ventilação, e não para controle direcional de um cilindro por si só.

Uma aplicação típica é uma pistola de sopro ou um bocal de limpeza de poeira onde o ar comprimido só precisa ser ligado e desligado. Outra é alimentar um pequeno mecanismo deslizante que possui seu próprio caminho de exaustão ou isolar uma ramificação de um coletor durante a manutenção. Se o dispositivo atrás da válvula não puder evacuar por outro caminho, uma válvula de 3/2 vias é a escolha correta.

Também é importante não confundir uma válvula pneumática 2/2 com uma válvula solenóide de processo 2/2 para líquidos. Válvulas pneumáticas 2/2 como a 2V025 são projetadas para circuitos de ar comprimido. Para meios de água, óleo ou gás, a CKT oferece separadamente a série 2S de aço inoxidável e a série 2W de cobre em sua categoria de válvula de processo, porque os materiais de vedação e os caminhos de fluxo são projetados para meios fluidos em vez de ar. Para uma aplicação compacta e de baixo fluxo de ar ligado/desligado, o válvula solenóide de 2/2 vias de ação direta é o ponto de partida mais comum: sua porta de 1/8 de polegada e corpo curto permitem que seja montado próximo ao ponto de uso e, por ter ação direta, funciona mesmo quando a pressão do ar de entrada é muito baixa.

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Válvulas Solenóides Pneumáticas de 3/2 Vias: Controle de Cilindros de Ação Simples

Uma válvula de 3/2 vias possui três portas (pressão P, cilindro A, escape R) e duas posições. É a válvula de controle direcional padrão para um cilindro de ação simples. Em uma posição, o suprimento flui para o cilindro para estendê-lo; na outra posição, a alimentação é bloqueada e a porta do cilindro se conecta ao escapamento para que a mola interna possa retrair a haste.

Em um normally closed 3/2 valve, the cylinder is exhausted when power is off and pressurizes when energized. In a normally open 3/2 valve, the cylinder is pressurized when power is off. For machines where a cylinder must stay extended during a power cut, a normally open or a latching valve is the deliberate choice. For most standard automation routines, normally closed is the safer default because the actuator relaxes to a known position when the machine stops.

Válvulas 3/2 de ação direta vs operadas por piloto

As válvulas 3/2 de ação direta, como as séries 3V1 e 3V2, deslocam o carretel usando apenas o solenóide, portanto funcionam a partir de uma pressão de entrada de 0 MPa. Eles respondem rapidamente e são ideais para furos pequenos e circuitos de baixo fluxo. Válvulas 3/2 operadas por piloto, como a série 3V, usam pressão de entrada para auxiliar na mudança e adequar-se a circuitos de fluxo mais alto, mas exigem uma pressão de alimentação acima de aproximadamente 0,15 MPa. Há também a série VT307, uma construção de válvula de assento de ação direta com um design interno estilo gatilho que é frequentemente usada em circuitos de fixação e ferramentas. A CKT oferece adicionalmente as válvulas de 3 vias de ação direta da série 35 (tipo MAC) e da série 3PA (tipo SELEX), que são selecionadas quando um cliente precisa corresponder ao tamanho da máquina existente ou à convenção de controle.

Se você estiver dimensionando um circuito simples de 3/2 para um cilindro pequeno de ação simples, escolha um válvula solenóide de 3/2 vias de ação direta mantém a construção simples e a resposta imediata. A falta de um requisito de pressão mínima também facilita o comissionamento em máquinas com pressão de ar incerta na inicialização.

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Válvulas Solenóides Pneumáticas de 5/2 e 5/3 Vias: Controle de Cilindro de Dupla Ação

Uma válvula de 5/2 vias tem cinco portas: uma entrada de pressão P, duas portas de cilindro A e B e duas portas de exaustão geralmente identificadas como R1 e R2 ou EA e EB. As duas posições alternam a alimentação entre A e B, que é exatamente o que um cilindro de dupla ação precisa. A versão com solenóide único tem retorno por mola (monoestável); a versão com solenóide duplo trava na última posição (biestável) e mantém o cilindro no final do curso mesmo em caso de perda de energia elétrica.

A válvula de 5/3 vias adiciona uma terceira posição central e é sempre uma válvula solenoide dupla. A posição central define o que acontece quando ambos os solenóides são desenergizados e altera o comportamento da máquina mais do que a maioria dos engenheiros espera. A tabela abaixo resume as três configurações centrais padrão.

O centro fechado é a escolha 5/3 mais comum porque proporciona uma parada rígida na posição intermediária. No entanto, durante um longo período, o vazamento do carretel e da vedação pode fazer com que a posição do cilindro se desloque, portanto o centro fechado não deve ser tratado como uma trava mecânica. Se a carga precisar ser mantida indefinidamente sem vazamento, use um freio mecânico externo ou uma válvula de retenção em vez de confiar apenas na vedação da válvula.

Nas linhas de fabricação, as válvulas 5/2 e 5/3 são frequentemente montadas em uma sub-base do manifold, de modo que várias válvulas compartilhem um bloco de alimentação e exaustão. Esse arranjo simplifica a tubulação, reduz os pontos de vazamento e torna a fiação mais organizada. CKTs Série de válvula solenóide de 5/2 vias operada por piloto cobre a faixa de tamanho 4V110 a 4V410 com portas de G1/8 a G1/2, e a mesma plataforma do corpo também é configurada como uma válvula 5/3 ao instalar um carretel de três posições e solenóides duplos. Essa intercambialidade é útil quando o projeto de uma máquina muda no final do projeto.

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Ação direta versus operada por piloto versus pilotada externamente: qual tipo de atuação se adapta

Após escolher a contagem de portas, a próxima decisão é o método de atuação. Esta escolha determina a pressão mínima de trabalho, o fluxo máximo e, às vezes, o tamanho físico da válvula. A tabela abaixo compara as três opções principais nos parâmetros que realmente afetam o dimensionamento.

A regra prática é direta. Se a pressão de alimentação cair abaixo do limite do piloto durante a partida ou emperramento da máquina, uma válvula de ação direta é mais tolerante. Se a aplicação exigir uma alta vazão de uma válvula compacta, a operação piloto é a solução padrão. Se a pressão de entrada principal for muito baixa, mas o processo ainda precisar de uma válvula direcional grande, uma válvula pilotada externamente permite usar uma pequena pressão piloto regulada para deslocar um carretel grande enquanto o fluxo principal opera em qualquer pressão fornecida pelo processo.

Configurações normalmente abertas, normalmente fechadas e biestáveis

O estado de repouso da válvula é importante por dois motivos: segurança e consumo de energia. Uma válvula que retorna a uma posição conhecida quando há falha de energia pode evitar uma queda de carga, um movimento inesperado do cilindro ou uma queda da ferramenta. Uma válvula que trava em sua última posição pode ser exatamente o que o processo precisa, mas requer uma análise cuidadosa da segurança.

Normalmente aberto vs normalmente fechado

Em um normally closed valve, no flow passes in the rest state. This is the safer default for most automation because actuators relax to a defined position. In a normally open valve, flow passes in the rest state. This suits functions that must remain active when power is off, such as keeping a coolant nozzle open or continuously venting a pressure line. The choice is not about performance; it is about defining what the machine should do during an outage.

Monoestável vs biestável (travamento)

Uma válvula monoestável possui um solenóide e uma mola de retorno: quando a energia é removida, a mola reinicia o carretel imediatamente. Uma válvula biestável possui dois solenóides e não possui mola de retorno: o carretel permanece na última posição para a qual foi deslocado, mesmo com a alimentação desligada. A bobina consome corrente apenas durante o pulso de comutação, o que significa menos geração de calor, menor consumo de energia e nenhum risco de queima contínua da bobina em estado parado.

Um exemplo típico é uma válvula 5/2 de solenoide duplo acionando um cilindro de fixação. Se a energia acabar no meio do ciclo, o cilindro mantém seu estado de fixação atual, o que pode proteger a peça de trabalho. O mesmo comportamento, entretanto, significa que a máquina reinicia em um estado desconhecido. Se a sequência de reinicialização não comandar primeiro ambos os solenóides, poderá ocorrer um movimento inesperado. Por esta razão, as válvulas biestáveis ​​são comuns em equipamentos alimentados por bateria e em sistemas onde a posição do atuador deve ser mantida durante curtas interrupções de energia, mas requerem uma sequência de controle bem escrita.

Como escolher o tipo correto de válvula solenóide pneumática: critérios de seleção

Uma vez claro o tipo, o trabalho restante é a especificação. A lista de verificação abaixo segue a ordem que a maioria dos engenheiros pneumáticos realmente usa quando dimensionam uma válvula para uma nova máquina.

1. Identifique o atuador. Cilindro de simples ação: 3/2 vias. Cilindro de dupla ação: 5/2 vias ou 5/3 vias se for necessária uma posição intermediária definida.
2. Decida o estado de descanso. Escolha normalmente aberto ou normalmente fechado para válvulas 2/2 e 3/2; escolha monoestável ou biestável para válvulas 5/2; escolha a configuração central para válvulas 5/3.
3. Verifique a pressão mínima de operação. As válvulas operadas por piloto precisam de aproximadamente 0,15 MPa. Se o circuito cair abaixo disso, mude para ação direta ou adicione um regulador antes da válvula.
4. Combine a tensão e o tipo de bobina. 24 VDC é o padrão para máquinas baseadas em PLC. As bobinas CA ainda são comuns em retrofits, mas precisam ser combinadas exatamente com o circuito de controle.
5. Calcule o coeficiente de fluxo (Cv). Maior Cv significa mais fluxo de ar e movimento mais rápido do cilindro. Estime o diâmetro do cilindro, o curso e o tempo de ciclo necessário em vez de adivinhar.
6. Selecione o tamanho da porta e a conexão. Portas rosqueadas (G1/8, G1/4, etc.), conexões instantâneas push-in ou montagem em sub-base alteram o layout físico.
7. Verifique o tempo de resposta. As válvulas de ação direta normalmente respondem na faixa de 10 a 20 ms; válvulas operadas por piloto na faixa de 20 a 50 ms. Para taxas de ciclo muito altas, isso é tão importante quanto o Cv.
8. Conta para o meio ambiente. A temperatura ambiente, a umidade, a poeira e a classificação de proteção IP afetam a vida útil da vedação e a confiabilidade da bobina.

Quando você combina a classificação da válvula com o restante das unidades de preparação, a mesma lógica de engenharia também se aplica a montante. Uma referência prática é esta análise de correspondência de pressão e vedação de instalação , que explica como o conjunto filtro-regulador-lubrificador, a faixa de pressão da válvula e as conexões interagem em um circuito real. É uma fonte comum de falhas ocultas quando uma válvula é classificada corretamente, mas os componentes adjacentes não.

Erros comuns ao selecionar tipos de válvula solenóide pneumática

Vários erros recorrentes aparecem repetidamente em relatórios de comissionamento de máquinas e registros de manutenção. A tabela abaixo resume o que está errado, qual sintoma você verá na máquina e a correção.

A maioria dessas falhas pode ser evitada com uma breve revisão do símbolo da válvula, do tipo de atuador e da pressão de alimentação antes de fazer o pedido. Caso a máquina já exista e o problema apareça durante o comissionamento, verifique primeiro o símbolo da válvula estampado no corpo; é mais rápido do que substituir peças às cegas.

Perguntas frequentes sobre tipos de válvulas solenóides pneumáticas

O que significa "2/2 vias" ou "5/2 vias" em uma válvula solenóide pneumática?

O primeiro número é o número de portas de ar em funcionamento e o segundo número é o número de posições do carretel. Uma válvula 5/2, portanto, possui cinco portas (pressão, duas portas de cilindro e duas saídas) e duas posições. Uma válvula 3/2 possui três portas e duas posições.

Que tipo de válvula solenóide pneumática devo usar para um cilindro de ação simples?

Use uma válvula de 3/2 vias. Ele pressuriza a porta do cilindro para estender a haste e, em seguida, conecta a mesma porta ao escapamento para que a mola interna possa retraí-la. Uma válvula 3/2 normalmente fechada é o padrão.

Que tipo de válvula solenóide pneumática devo usar para um cilindro de dupla ação?

Use uma válvula de 5/2 vias para operação padrão de extensão e retração. Use uma válvula de 5/3 vias se o cilindro também precisar parar no meio do curso ou flutuar em uma posição central definida.

Qual é a diferença entre válvulas solenóides de ação direta e operadas por piloto?

Uma válvula de ação direta move o carretel usando apenas a bobina, portanto funciona a partir de 0 MPa, mas passa menos ar. Uma válvula operada por piloto usa a pressão do ar de entrada para mover o carretel principal, o que permite maior vazão, mas precisa de uma pressão operacional mínima de aproximadamente 0,15 MPa.

Quando devo escolher uma válvula 5/3 em vez de uma válvula 5/2?

Escolha uma válvula 5/3 quando o cilindro precisar parar no meio do curso, flutuar ou permanecer pressurizado no meio. O tipo de centro faz uma grande diferença: o centro fechado trava o pistão, o centro de exaustão permite que ele flutue e o centro de pressão mantém ambas as portas pressurizadas com maior consumo de ar.

Quando preciso de uma válvula biestável ou dupla solenoide?

Use uma válvula solenóide dupla quando o atuador precisar manter sua última posição após uma perda de energia e quando desejar reduzir o aquecimento contínuo da bobina. Lembre-se de que não há mola para reiniciar o carretel, portanto a máquina pode reiniciar em um estado desconhecido.

Qual tensão devo escolher para uma válvula solenóide pneumática?

24 VCC é a escolha mais comum para máquinas modernas controladas por CLP porque é seguro, simples de operar e fácil de proteger com diodos de supressão de surtos. Versões CA de 110 VCA ou 220 VCA ainda existem para painéis de controle legados, mas exigem uma combinação cuidadosa da bobina com a alimentação.

Posso usar uma válvula solenóide de ar para água ou óleo?

Não. As válvulas solenóides de ar usam vedações e caminhos de fluxo projetados para ar comprimido. Para meios de água, óleo ou gás, use válvulas solenóides de fluido dedicadas, como a série 2S de aço inoxidável da CKT ou a série 2W de cobre, que possuem vedações e materiais de corpo compatíveis com o meio.