Apostila Tecnologia Eletrohidráulica Parker

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(Parte 4 de 6)

Válvula Direcional de 3/2 Vias

Uma válvula de 3 vias consiste de três passagens dentro de um corpo de válvula - via de pressão, via de tanque e uma via de utilização. A função desta válvula é pressurizar o orifício de um atuador. Quando o carretel está posicionado no outro extremo, a válvula esvazia o mesmo orifício do atuador. Em outras palavras, a válvula pressuriza e esvazia alternadamente um orifício do atuador.

Válvulas Direcionais de 3 Vias, no Circuito

Uma válvula direcional de 3 vias é usada para operar atuadores de ação simples, como cilindros, martelos e cilindros com retorno por mola.

Nestas aplicações, a válvula de 3 vias remete pressão do fluido e o fluxo para o lado traseiro do cilindro. Quando o carretel é acionado para a outra posição extrema, o fluxo para o atuador é bloqueado. Ao mesmo tempo a via do atuador, dentro do corpo, é conectada ao tanque.

Um cilindro martelo vertical retorna pelo seu próprio peso, ou pelo peso de sua carga, quando a via do atuador de uma válvula de 3 vias é drenada para o tanque. Num cilindro de retorno de mola, a haste do pistão é retornada por uma mola que está dentro do corpo do cilindro.

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Em aplicações hidráulicas industriais, geralmente não são encontradas válvulas de 3 vias. Se uma função de 3 vias for requerida, uma válvula de 4 vias é convertida em uma válvula de 3 vias, plugando-se uma via do atuador.

Válvulas Normalmente Abertas e Válvulas Normalmente Fechadas

As válvulas de 2 vias e as válvulas de 3 vias com retorno por mola podem ser tanto normalmente abertas como normalmente fechadas, isto é, quando o atuador não está energizado, o fluxo pode passar ou não através da válvula. Numa válvula de 3 vias e duas posições, por haver sempre uma passagem aberta através da válvula, o “normalmente fechada” indica que a passagem “p” fica bloqueada quando o acionador da válvula não é energizado.

Quando as válvulas direcionais de retorno por mola são mostradas simbolicamente no circuito, a válvula é posicionada no circuito para mostrar a sua condição normal.

Válvula Direcional de 4/2 Vias

A função de uma válvula direcional de 4 vias é causar o movimento de reversão de um cilindro ou de um motor hidráulico. Para desempenhar esta função, o carretel dirige o fluxo de passagem da bomba para uma passagem do atuador quando ele está em uma posição extrema. Ao mesmo tempo, o carretel é posicionado para que a outra passagem do atuador seja descarregada para o tanque.

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Válvulas Direcionais de 4/2 Vias, no Circuito

Visto que todas as válvulas são compostas de um corpo e de uma parte interna móvel, a parte móvel de todas as válvulas tem pelo menos duas posições, ambas nos extremos. Estas duas posições, numa válvula direcional, são representadas por dois quadrados separados. Cada quadrado mostra, por meio de setas, como o carretel está conectado às vias dentro do corpo, naquele ponto.

Quando a válvula é mostrada simbolicamente, os dois quadrados são conectados juntos, mas quando colocada num circuito, somente um quadrado é conectado ao circuito. Com este arranjo, a condição da válvula permite a visualização do movimento do cilindro em uma direção. Para visualizar o atuador se movendo na direção oposta, sobreponha mentalmente um dos quadrados do símbolo ao outro, dentro do circuito.

Válvula de 4/2 Vias Montadas em Sub-Base

Os corpos das válvulas direcionais de 4 vias que foram ilustrados tinham via para tanque e via de pressão situadas de um lado. As vias de utilização estavam posicionadas do lado oposto do corpo. Esse arranjo seguia de perto o símbolo da válvula.

Entretanto, para facilitar a instalação, a maioria das válvulas direcionais de hidráulica industrial é montada em placas, isto é, elas são parafusadas a uma placa, que é conectada à tubulação. As vias das válvulas montadas com sub-base são localizadas no lado inferior do corpo da válvula.

Atuadores de Válvulas Direcionais

Nós vimos que o carretel de uma válvula direcional pode estar posicionado em uma ou outra posição extrema. O carretel é movido para essas posições por energia mecânica, elétrica, hidráulica, pneumática ou muscular.

As válvulas direcionais cujos carretéis são movidos por força muscular são conhecidas como válvulas operadas manualmente ou válvulas acionadas manualmente. Os tipos de acionadores manuais incluem alavancas, botões de pressão e pedais.

acionam. muscular geral

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Como Funciona um Solenóide

Quando uma corrente elétrica passa pela bobina, gerase um campo magnético. Este campo magnético atrai o induzido e o empurra para dentro da bobina. Enquanto o induzido entra na bobina, ele fica em contato com um pino acionador e desloca o carretel da válvula direcional para uma posição extrema.

Os atuadores manuais são usados em válvulas direcionais cuja operação deve ser sequenciada e controlada ao arbítrio do operador.

Os carretéis das válvulas direcionais podem também ser acionados por pressão de fluido, tanto a ar como hidráulica. Nestas válvulas, a pressão do piloto é aplicada nas duas sapatas laterais do carretel, ou aplicada em uma sapata ou pistão de comando.

Um tipo muito comum de atuador mecânico é o rolete. O rolete é atuado por um came que está ligado a um acionador. O atuador mecânico é usado quando a mudança de uma válvula direcional deve ocorrer ao tempo que o atuador atinge uma posição específica.

Um dos meios mais comuns de operação de uma válvula direcional é por solenóide.

Um solenóide é um dispositivo elétrico que consiste basicamente de um induzido, uma carcaça “C” e uma bobina. A bobina é enrolada dentro da carcaça “C”. O carretel fica livre para se movimentar dentro da bobina.

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Limitações do Solenóide

As válvulas direcionais operadas por solenóide têm algumas limitações. Quando um sistema hidráulico é usado num ambiente úmido ou explosivo, não se devem usar solenóides comuns. Quando a vida de uma válvula direcional deve ser extremamente longa, geralmente a válvula de solenóide controlada eletricamente é inadequada.

Provavelmente, a maior desvantagem dos solenóides é que a força que eles podem desenvolver para deslocar o carretel de uma válvula direcional é limitada. De fato, a força requerida para deslocar o carretel de uma válvula direcional é substancial, nos tamanhos maiores.

Como resultado as válvulas direcionais que usam solenóides diretamente para deslocar o carretel são as do tamanho CETOP 3 (TN 6) e CETOP 5 (TN 10).

As de tamanho CETOP 7 (TN 16), CETOP 8 (TN 25) e CETOP 10 (TN 32) são operadas por pressão hidráulica de piloto. Nestas válvulas maiores, uma válvula direcional tamanho CETOP 3 (TN 6), operada por solenóide, está posicionada no topo da válvula maior. O fluxo de uma válvula pequena é direcionado para qualquer um dos lados do carretel da válvula grande, quando há necessidade de deslocamento. Estas válvulas são chamadas de válvulas direcionais operadas por piloto, controladas por solenóide.

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Retorno por Mola

Uma válvula direcional de 2 posições geralmente usa um tipo de atuador para acionar o carretel da válvula direcional para uma posição extrema. O carretel é geralmente retornado para a sua posição original por meio de uma mola. As válvulas de 2 posições desta natureza são conhecidas como válvulas com retorno por mola.

Pino de Trava (Detente)

Se dois acionadores são usados para deslocar o carretel de uma válvula de duas posições, às vezes há necessidade de travamento. A trava é um mecanismo de posicionamento que mantém o carretel numa dada posição. O carretel de uma válvula com trava é equipado com ranhuras ou rasgos. Cada ranhura é um receptáculo para uma peça móvel carregada por mola. Na trava ilustrada, a peça móvel é uma esfera. Com a esfera na ranhura, o carretel é deslocado, a esfera é forçada para fora de uma ranhura e para dentro de outra. As válvulas direcionais equipadas com travas não precisam manter os seus acionadores energizados para se manter na posição.

Nota: Somente uma energização momentânea do solenóide é necessária para deslocar o êmbolo e mantê-lo posicionado, numa válvula com detente. A mínima duração do sinal deve ser de aproximadamente 0,1 segundo para ambas as tensões CA e C. O êmbolo será mantido em sua posição travada, somente se a válvula for montada na condição horizontal e sem a presença de choques hidráulicos e vibrações.

Tipos de Centro

Com referências às várias possibilidades de vias de fluxo através de uma válvula direcional, as vias de fluxo seriam consideradas únicas enquanto o carretel estivesse em cada posição. No entanto, há posições intermediárias do carretel. As válvulas de controle direcional de 4 vias, usadas na indústria móbil, têm frequentemente diversas posições intermediárias entre os extremos. As válvulas hidráulicas industriais de 4 vias são geralmente válvulas de 3 posições, consistindo de 2 posições extremas e uma posição central.

As duas posições extremas da válvula direcional de quatro vias estão diretamente relacionadas ao movimento do atuador. Elas controlam o movimento do atuador em uma direção, tanto quanto na outra. A posição central de uma válvula direcional é projetada para satisfazer uma necessidade ou condição do sistema. Por este motivo, a posição central de uma válvula direcional é geralmente designada de condição de centro. Há uma variedade de condições centrais disponíveis nas válvulas direcionais de quatro vias. Algumas destas condições mais conhecidas são: centro aberto, centro fechado, centro tandem e centro aberto negativo. Estas condições de centro podem ser conseguidas dentro do próprio corpo da válvula, com a simples utilização de um êmbolo adequado.

Condição de Centro Aberto

Uma válvula direcional com um êmbolo de centro aberto tem as passagens P, T, A e B, todas ligadas umas às outras na posição central.

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Os carretéis das válvulas direcionais de centro fechado têm algumas desvantagens. Uma delas é que o fluxo da bomba não pode ser descarregado para o tanque, através de válvula direcional, durante o tempo em que o atuador está inativo. Outra desvantagem é que o carretel, nesta válvula, vaza como em qualquer válvula do tipo carretel. Além disso, se o carretel ficar sujeito à pressão do sistema por mais de uns poucos minutos, a pressão se equalizará nas linhas A e B dos atuadores, a aproximadamente metade da pressão do sistema. O caminho de vazamento através da superfície de bloqueio do carretel da válvula direcional são orifícios que medem o fluxo. Quando na posição de centro, a pressão do sistema atua na via “P” da válvula. Esta posição causa o fluxo do fluido através da superfície de bloqueio para a passagem do atuador. Então, o vazamento passa através do restante da superfície de bloqueio para a passagem do tanque. A pressão, na via do atuador, a essa altura será aproximadamente a metade da pressão do sistema.

Válvulas de Centro Aberto no Circuito

Uma condição de centro aberto permite o movimento livre do atuador enquanto o fluxo da bomba é devolvido ao tanque a uma pressão baixa. As válvulas de 4 vias, de centro aberto, são muitas vezes usadas em circuitos de atuadores simples.

Nestes sistemas, depois do atuador completar o seu ciclo, o carretel da válvula direcional é centralizado e o fluxo da bomba retorna ao tanque a uma pressão baixa. Ao mesmo tempo, o atuador fica livre para se movimentar. Uma desvantagem da válvula de centro aberto é que nenhum outro atuador pode ser operado quando a válvula estiver centrada.

Condição de Centro Fechado

Uma válvula direcional com um carretel de centro fechado tem as vias P, T, A e B, todas bloqueadas na posição central.

Válvulas de Centro Fechado no Circuito

Uma condição de centro fechado pára o movimento de um atuador, bem como permite que cada atuador individual, no sistema, opere independentemente de um suprimento de força.

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Válvulas de Centro em Tandem no Circuito

Uma condição de centro em tandem pára o movimento do atuador, mas permite que o fluxo da bomba retorne ao tanque sem passar pela válvula limitadora de pressão.

Uma válvula direcional com um carretel de centro em tandem tem a vantagem óbvia de descarregar a bomba enquanto em posição central. Mas, na realidade, o carretel apresenta algumas desvantagens que podem não ser aparentes.

Já foi dito que várias condições de centro podem ser conseguidas com uma válvula direcional de 4 vias, simplesmente inserindo o carretel apropriado no corpo da válvula. Quando um carretel de centro em tandem é usado no corpo da válvula direcional, a taxa de fluxo nominal diminui. Além disso, as condições de centro e de descarga do carretel não são tão boas como poderiam parecer quando se olha para um símbolo de centro em tandem.

Por que a metade? Porque o fluxo de vazamento da via “P” para a via do atuador é exatamente o mesmo da via do atuador para o tanque. Visto que a taxa de vazamento de fluxo, através dessas passagens, é a mesma, elas devem ter diferenciais de pressão similares. No circuito do exemplo, se a válvula direcional está sujeita à regulagem da válvula limitadora de pressão 70 kgf/cm2, quando está na posição central, uma pressão de aproximadamente 35 kgf/cm2 será observada nas linhas do atuador depois de alguns minutos. Isto gerará um desequilíbrio de forças no cilindro, o que faz com que a haste do cilindro avance lentamente.

Condição de Centro em Tandem

Uma válvula direcional com um carretel de centro em tandem tem as vias P e T conectadas, e as vias A e B bloqueadas na posição central.

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As vias P e T de uma válvula hidráulica industrial de 4 vias não estão localizadas próximas uma da outra. A via “P” no centro e a via “T” nos extremos estão ligadas, quando na posição central, por meio de uma passagem por dentro do carretel.

Isto não é uma condição ideal, porque resulta num diferencial de pressão, que reduz a vazão nominal da válvula P T.

Não é incomum encontrar, num circuito, várias válvulas de centro em tandem conectadas em série. A justificativa desta situação é que cada atuador pode trabalhar um tanto independentemente de outro e, ao mesmo tempo, a bomba pode ser descarregada quando as válvulas de centro em tandem são acionadas para o centro.

Outra característica de uma válvula direcional de centro em tandem é que a taxa de fluxo nominal da válvula é diminuída. Para que haja um curso de fluxo razoavelmente dimensionado, de P para T na posição central, o eixo do carretel entre as sapatas é muito mais largo do que em qualquer outro tipo de carretel. Isso resulta num curso de fluxo restrito quando o carretel é deslocado para qualquer extremo.

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