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As imagens acima são simples de seções transversais típicas de um carretel de válvula (à esquerda) e uma válvula de assento (direita). (Cortesia de Unicontrols Signapore)

decidir qual válvula usar para um sistema hidráulico ou pneumático depende de um par de fatores de projeto: o projeto interno do seu circuito e a função geral de suas válvulas. As duas principais válvulas usadas mais comumente são as variedades de bobinas de pistão e poppet. Estas válvulas estão envolvidas principalmente com o controle de ar comprimido.

“A principal diferença entre um espoleta e uma válvula poppet é a construção”, explica Daniella Gonzalez-Olgren, especialista em produtos de válvulas de Festo. “Por causa da forma como uma válvula poppet é construída, não há necessidade de lubrificação, simplificando suas unidades de preparação de ar. No entanto, as válvulas spool geralmente têm fluxos mais elevados do que as válvulas poppet dentro da mesma pegada. Isto é porque uma válvula de poppet precisa de uma grande área de poppet para criar uma grande força de deslocamento suficiente para superar a pressão.”

ambas as válvulas têm as suas vantagens e desvantagens, mas o maior factor será compreender as suas condições de funcionamento.

A válvula Poppet

As válvulas Poppet têm uma construção simples e podem ser usadas com qualquer material. A válvula funciona como fluido na porta de entrada passa através do escritório de controle e atinge a parte de trás da poppet. A ponta da armatura carregada de mola fecha o orifício de saída para manter o fluido preso atrás da poppet. A válvula é uma válvula de controlo que impede o fluxo, em condições normais, da entrada à saída. O fluxo na direção oposta, saída à entrada, ocorre a uma taxa reduzida.

a bobina solenóide é energizada para criar um campo magnético que eleva a armatura para abrir o orifício de saída. Este orifício é maior do que o orifício de controle, o que cria maior fluxo e uma queda de pressão atrás da poppet. A pressão de entrada sobre a área do anel da poppet fora do diâmetro do banco a libera para deixar fluir fluido para a saída da poppet.

Quando a bobina solenóide é Des-energizada, a força de mola re—aquece a ponta da armatura-mais uma vez prendendo o fluido por trás do poppet e permitindo-lhe fechar. Válvulas Poppet são tipicamente preferidas em aplicações de triagem, ambientes industriais com possível contaminação, e quaisquer aplicações que precisam de tempos de comutação rápidos.

vantagens

Ao contrário das válvulas spool, as válvulas poppet abrem um caminho de fluxo imediato para a saída. Isto resulta em um tempo de resposta rápido. As válvulas de Poppet só abrem tanto quanto o fluxo que passa por ele, viajando uma distância mínima para fazê-lo, o que aumenta o seu tempo de resposta. A grande área de superfície que é essencial para as poppets resulta em uma maior taxa de fluxo. Válvulas Poppet requerem pequenos movimentos, o que permite tempos de comutação mais curtos.

o facto de as poppets poderem ser usadas com qualquer material também as torna muito baratas e fáceis de usar. Outros benefícios das válvulas poppet são que a vedação axial utilizada é resistente à sujidade, e eles não exigem lubrificação. Isso os torna quimicamente compatíveis com ar comprimido lubrificado. Poppets também são benéficos quando se trata de longevidade, como menos desgaste nos Selos internos leva a uma vida mais longa do produto.

desvantagens

devido às restrições construtivas, válvulas poppet não são vantajosas quando se trata da relação entre espaço e fluxo. A desvantagem das válvulas poppet é que, à medida que as poppets mudam de um caminho de fluxo para outro, o ar é livre para viajar em qualquer direção. Isto é conhecido como “crossover”.”Com modelos independentes de pressão, as válvulas poppet oferecem um fluxo mais baixo do que as válvulas de lâmina.isto é devido à maior demanda estrutural de válvulas dependentes de pressão, a pressão de controle depende da pressão de operação. As válvulas estão desequilibradas e a pressão deve ser fornecida sob a ampola para segurar a válvula na posição não utilizada. Para permitir o fluxo de ar, é necessária uma força maior para accionar as válvulas, uma vez que tem de superar a mola e a pressão do ar. Também é possível que a válvula se abra devido à contrapressão se a pressão de alimentação for removida. Isso torna-os escolhas pobres para manter a pressão rio abaixo.as válvulas Poppet também funcionam normalmente de uma maneira. Por exemplo, uma válvula de duas vias, normalmente fechada, não pode ser alterada para abrir. Poppets geralmente não são recomendados para condições de vácuo. Por último, a construção da válvula nem sempre é sem sobreposição. Dependendo do projeto da válvula poppet, a troca de posições pode levar a transbordar entre canais. Isto pode causar fugas e ruído desnecessários.

este gráfico quebra as diferentes tecnologias de válvulas e os tipos de selos disponíveis para ambas as válvulas poppet e spool. (Cortesia de Festo)

válvulas de bobina de pistão

uma válvula de bobina apresenta selos ao longo de sua superfície. Ao accionar a válvula, o spool desloca-se, fazendo com que os selos percam o furo e abram as portas para permitir o fluxo de ar. Para sistemas que têm um fluxo de 100 gpm ou menos, válvulas de bobinas são mais comumente usados para fluxo direto. Ao contar o número de portas que o fluido pode viajar em qualquer válvula dada lhe fornece o seu número de maneiras.

Por exemplo, uma válvula de dois portados também é uma válvula de dois sentidos. A válvula bidirecional terá apenas duas posições, uma vez que só pode parar ou permitir o fluxo. Outras configurações de válvulas são de três vias, de quatro vias e de cinco vias. Válvulas de cinco vias são casos especiais no fato de que uma porta de escape não é uma preocupação.

uma válvula de quatro vias pode ter cinco portas com suas portas-tanque conectadas internamente, a fim de eliminar uma porta extra no corpo. Esta configuração é importante para fins hidráulicos porque ajuda a reduzir os pontos de vazamento e tubulação. Válvulas Spool são normalmente preferidas em máquinas leves ou ferramentas de robôs de fim de braço; ambientes de trabalho limpos; e especialmente instalações de gabinete ou sempre que há restrições de espaço.

Spool values can adopt one of two types of sealing systems: hard or soft sealing. Os sistemas de vedação dura são mais duráveis. A ausência dos elementos de vedação de borracha macia na válvula de bobina de pistão é o que os torna mais duráveis. Uma válvula que utiliza este tipo de selo está imediatamente pronta para um uso dinâmico completo, independentemente de estar inativa por um longo período. No entanto, Isso torna as focas duras mais exigentes.

O desafio é que o espaço aéreo em torno do pistão em movimento não pode ser maior do que alguns micrômetros. A manga de metal frequentemente usada atua como um selo e um guia para a válvula spool. A manga e o spool devem ser feitos do mesmo material, uma vez que uma diferença nos coeficientes de expansão térmica pode causar maior vazamento e até mesmo empastelamento do spool.mesmo uma pequena deformação na caixa pode danificar a manga e afetar a válvula de vida e aumentar a fuga. Ao mesmo tempo em que são robustas e duráveis, as válvulas de bobinas seladas terão sempre uma certa quantidade de fugas devido à abertura do ar, e sua capacidade de fluxo é menor quando comparado com outras válvulas de dimensões semelhantes.

In a poppet valve, the control pressure depends on the operating pressure. Isto é devido ao fluxo de ar. Na válvula de pressão dependente de poppet acima, o ar flui através da válvula do canal 1 para o canal 2. Uma vez que a área de superfície D2 é maior que D1, um desequilíbrio de forças ocorre porque a mesma pressão de operação é exercida em ambas as superfícies. Isto precisa ser compensado para manter um equilíbrio na válvula. (Cortesia de Festo)

válvulas de bobinas seladas moles usam juntas de borracha (anéis O ou juntas de elastómeros moldadas) no pistão. Ao usar válvulas de bobinas seladas, evita-se as complicações de ter configurações metal-em-metal. No entanto, as válvulas de bobinas seladas de forma suave vão se desgastar rapidamente ao longo do tempo quando em contato com a aresta do canal ou a aresta de controle. O planejamento ideal para a borda de controle é necessário, e deve ser dada uma atenção cuidadosa ao selo de elastômero moldado e guia de pistão, para garantir uma passagem suave com o mínimo grau de desgaste.os selos podem ser montados diretamente na caixa da válvula. Mais uma vez, os recessos necessários são difíceis de fabricar, e o efeito Bernoulli fará com que os selos para desalojar a uma pressão de 8 bar ou mais. Isso cria maior desgaste no selo.

para resolver este problema, pode-se usar selos moldados em gaiolas metálicas, mantendo-os assim nos recessos. Este é conhecido como o cartucho principal. A vantagem é que a válvula não será puxada para fora da posição, mesmo com altas pressões de operação. Os selos podiam manter-se nas gaiolas de metal com pressões até 16 bar. Este tipo de configuração terá uma longa vida útil de válvula, e o selo pode ser usado em operações de vácuo.

vantagens

A principal vantagem das válvulas spool é que o movimento spool não é afetado pelo fluido que entra na válvula em qualquer porto de trabalho. A pressão é sempre aplicada a duas áreas opostas iguais. Como resultado, a pressão não pode mover o spool porque eles são cancelados para fora. As válvulas Spool podem se deslocar manualmente, eletricamente, mecanicamente, pneumaticamente ou hidráulica com a mesma força, independente da pressão de operação dentro da válvula.solenóides de baixa força podem ser usados em conjunto com válvulas de bobinas, devido à sua facilidade de movimento através de fricção mecânica e molas leves. Como mencionado anteriormente, válvulas de bobinas são capazes de ser usados em operações de vácuo. Eles também podem ser empregados em altas e baixas pressões como válvulas seletoras. Além disso, eles podem ser usados para bloquear a pressão a jusante.desvantagens: os acessórios de lâmina metal-metal podem resultar em fuga de fluido através do selo, o que, como mencionado anteriormente, resulta em fuga. O atuador perderá posição se for aplicada a força externa. Isto cria ineficiências sob a forma de energia desperdiçada e calor. Para ajudar a reduzir o bypass, as válvulas spool normalmente têm sobreposição de terra, mas isso resulta em um atraso antes do fluxo de fluido. O atraso é pequeno – apenas alguns milisegundos-mas pode causar um problema se os ciclos são muito rápidos e/ou se há várias mudanças de válvula por ciclo.

também ocorre um atraso temporal se o spool voltar para o fim do seu curso. A válvula spool move-se mais do que precisa para o fluxo necessário. Como resultado, demora mais tempo a voltar para o centro ou para o caminho de fluxo oposto. Quando várias válvulas estão envolvidas, isso atrasa significativamente o tempo do ciclo.

usar limitadores de curso ajuda a eliminar o atraso, mas a abordagem mais comum é aumentar o tamanho da bomba. Mesmo que você consiga uma maior entrada de energia e um movimento mais rápido do atuador instalando uma bomba maior, ela pode adicionar choque e calor ao sistema. Outra desvantagem das válvulas spool é que o crossover aberto ocorre quando todas as portas estão momentaneamente abertas para fluir durante o accionamento.

como escolher a válvula certa para a tarefa

a tabela que a acompanha é um auxiliar de seleção da válvula. Ambas as válvulas spool e poppet vêm com vantagens e desvantagens, mas o que melhor se adapta à sua aplicação vai depender de suas condições operacionais. Deve-se considerar, por exemplo, se os valores de vazamento baixos e operação de dupla pressão com vácuo e pulso ejetor são suas prioridades de projeto. Ou se você estiver mais preocupado com altas pressões operacionais, alguma fuga pode ser permitida. Uma melhor compreensão das suas condições de funcionamento irá ajudá-lo a escolher a válvula certa para o trabalho.

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