Válvula solenoide: o que é e como funciona - Belton Pneumática | Blog

Válvula solenoide: o que é e como funciona


Solenoide, qual o significado?

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.

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

Exemplo de bobinas:

Os pinos de conexão das bobinas estão em conformidade com a norma DIN43650A e B.

Classe de isolamento F. Dimensionadas para 155°C, os enrolamentos de fio de cobre podem suportar temperatura de trabalho de até 155°C, mas não superior a 155°C. Esta é a classe comum para bobina. O ideal é operar a temperaturas ambiente entre 20°C até 100°C.

Montada com os conectores, com ou sem LED, e respeitando as configurações técnicas de cabeamento atendem o índice de proteção IP65.

Válvula Solenoide

O conector está preparado para ser efetivo com o uso de cabo, prensa cabo PG9, o uso de fios ou fio paralelo não permite a correta proteção no conector. Montagem do conector na bobina sem a vedação plana e ou sem o correto aperto do parafuso de fixação também não garante o índice de proteção indicado.

O que é índice de proteção, IP?

O Índice de proteção , IP, é composto por numeral que são obtidos nas tabelas abaixo e indica a proteção contra a penetração de elementos que possam causar danos na parte elétrica.

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. 

Assim uma bobina com índice de proteção IP65 é totalmente protegida contra poeira e protegida contra jatos d’água.

O que é válvula solenoide?

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

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

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 por:

1 – porca de fixação 

2 – bobina

3 – conector

4 – torre

5 – núcleo móvel

Os conjuntos solenoides são montadas nos corpos das válvulas. Enquanto a bobina não recebe energia elétrica o núcleo móvel permanece na posição de repouso pela ação da mola (fig1). A bobina ao receber energia elétrica (fig2) produzirá campo magnético que atrai o núcleo móvel para o interior da torre permitindo a passagem de fluído.

Válvula Solenoide

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 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, e 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, 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 retorna a posição inicial pela ação da mola bloqueando novamente o orifício de passagem.

Válvula Solenoide de Ação Direta 3/2 NF

Nesta configuração de válvula, podemos observar que na parte superior da torre contem um orifício, trata-se de um orifício de escape que pode ou não conter uma conexão fêmea roscada. Nesta é possível colocar um silenciar, ou conexão para intervenção emergencial ou mesmo para canalização. 

Na imagem abaixo, podemos observar que a conexão de entrada encontra-se fechada pela ação do núcleo móvel sobre o orifício de passagem. Ao mesmo tempo a conexão de utilização encontra-se ligada com a via de escape na parte superior da torre.

Nesta versão o núcleo móvel possui vedação nas suas extremidades e uma mola no seu interior. A função dessa mola é manter as vedações nas suas posições. 

Ao ser energizada a bobina, o campo magnético atrai o núcleo móvel para o interior da torre liberando a passagem de ar para a via de utilização e ao mesmo tempo fechando a via de escape na parte superior da torre.

Enquanto a bobina permanecer energizada a válvula permanece aberta. Ao ser interrompida a energização, o campo magnético se desfaz e o núcleo móvel retorna a posição inicial fechando a via, orifício de passagem, principal e liberando o escape na parte superior da torre.

Válvula Solenoide

Como funciona a válvula solenoide servo operada?

A válvula servo operada pode ser encontrada nas funções de 3/2 NA ou NF, 5/2 ou 5/3; com acionamento monoestável 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, monoestável.

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.

Válvula 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, que 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

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 e por isso são válvulas memória.

Válvula Solenoide

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 a posição inicial é utilizado êmbolos de diâmetros diferentes, criando-se uma mola pneumática.

Válvula Solenoide

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

Este modelo de válvula substitui à monoestável 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 e mantém confere 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, 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, ou antes de aplicá-las ao processo consulte o fabricante.

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

A válvula solenoide é normalizada?

Há sim normalização e infelizmente atende uma parcela muito pequena da diversidade deste modelo de válvula. A normalização 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 sub-base:

Válvula Solenoide

Este modelo de válvula se encontra separada por tamanho indo de ISO 1 até ISO 4 com as mesmas funções, monoestável e biestável, sendo que a vazão aumenta conforme a sua classificação.

As válvulas que atendem a ISO 5599-1 são intercambiáveis, similar aos cilindros pneumáticos que atendem as normas ISO 6432 e 15552.

Outra norma, já menos conhecida é a ISO 0 (zero) válvula também montada em sub-base ou em 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. Já as montadas em bloco são fixadas através de um parafuso tubular.

Exemplo de bloco e régua: 

Válvula Solenoide

Se a bobinar queimar há como atuar a válvula?

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

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

A preferência ou a necessidade na aplicação é que acabam determinando qual dos modelos, mas a grande maioria se adapta ao modelo adotado pelo fabricante da válvula solenoide.

Válvula Solenoide

Na imagem acima a seta indica a localização do atuador manual.

O esquema abaixo indica as posições de operação para o atuador manual bi estável:

Válvula Solenoide

A fenda do atuador manual alinhada com o “0” (zero) o atuador não está acionado. Com a fenda alinhada para qualquer um dos traços a atuador atua a válvula, sendo necessário após a operação retornar o alinhado com o “0” (zero).

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