O que são uma válvula de linha e um coletor?

Este artigo explica o que é uma válvula de linha e um coletor e como funcionam.

O que são uma válvula de linha e um coletor?

Válvulas em linha são provavelmente o tipo mais comum de válvula utilizado em sistemas de automação industrial. Como o próprio nome sugere, elas se encaixam diretamente na linha individual de cada aplicação.

Um coletor é, por definição: "um tubo ou câmara que se ramifica em diversas aberturas". Para aplicações pneumáticas, isso significa que diversas válvulas podem ser instaladas em uma única base ou coletor e todas compartilham uma fonte de ar e um sistema de exaustão comuns. Isso claramente simplifica as tubulações e centraliza as válvulas utilizadas por um processo específico.

Também são conhecidas como...

Válvulas de linha também são conhecidas como válvulas de controle direcional, e coletores como bases.

Como funcionam as válvulas de linha e os coletores?

Uma válvula é um dispositivo de comutação pneumático que bloqueia ou altera o sentido do fluxo de ar. Antes de considerarmos como elas funcionam, é importante explicar alguns dos termos. Veremos termos como 2/2, 3/2 etc. associados a válvulas. O primeiro número especifica o número de portas, ou seja, o número de conexões de entrada e saída da parte principal do corpo – sem incluir as portas nas tampas de extremidade. O segundo número identifica o número de posições que o carretel da válvula pode ocupar. Assim, uma válvula 5/3 tem cinco portas e três posições possíveis para o carretel da válvula.

O carretel desliza dentro de um orifício na válvula; um perfil adequado usinado no carretel faz com que, ao deslizar no orifício, as portas do corpo sejam corretamente bloqueadas ou abertas para permitir o fluxo de ar conforme necessário. Os diagramas mostram como a válvula pode ser operada para possibilitar o movimento de ida e volta de um cilindro de dupla ação. As diferentes construções de válvulas de carretel são discutidas abaixo.

É claro que o carretel precisa ser movido ou operado para que a válvula funcione. Há diversos tipos de atuadores disponíveis (veja abaixo), mas na figura acima uma solenidade seria colocada em uma ou outra extremidade, e o eletromagnetismo criaria o movimento do carretel.

A figura acima mostra um coletor típico. As juntas pretas na parte superior mostram que essa unidade pode suportar quatro válvulas individuais; também há unidades disponíveis com capacidade para até dez válvulas. As portas à direita permitem fluxo comum a todas as válvulas; desta maneira, as válvulas utilizadas para um processo específico podem ser montadas juntas, simplificando, assim, a tubulação. O espaço ocupado pela porta de cada válvula deve ser compatível com as saídas no coletor.

Como seleciono uma válvula de linha e um coletor?

Os fatores principais na seleção de uma válvula de linha são:

• considerações sobre fluxo — o fluxo nominal através da válvula deve ser suficiente para atender aos requisitos do processo a jusante, o que está relacionado ao tamanho da porta. Vale a pena observar que a construção e tecnologia das válvulas modernas permitem um fluxo maior do que as válvulas do passado. Uma regra de ouro que deve ainda ser aplicada é calcular o maior fluxo instantâneo necessário e dimensionar a válvula de acordo com isso, em vez de valores médios.

• função da válvula — a aplicação requer, por exemplo, uma função de válvula de 3/2 ou 5/2.

• operação da válvula— qual o melhor modo de operação da válvula? Ela pode ser operada eletricamente por uma solenoide ou um suprimento de ar (piloto) é mais adequado à aplicação? Qual mecanismo de retorno é necessário — uma mola mecânica ou uma operação elétrica/pneumática, qual a melhor opção para a aplicação? A válvula deve ser normalmente aberta ou normalmente fechada (veja abaixo)?

• considerações do sistema — a taxa de ciclo é uma consideração crítica, e a capacidade de operar em pressões de operação mais altas? Isso pode afetar o tipo de construção da válvula escolhido, conforme descrito abaixo.

• considerações ambientais — a que temperatura ambiente a válvula deve operar e há desvios de processo em relação a isso? O processo envolve um ambiente hostil, como a capacidade de operar em uma atmosfera sujeita a explosões?

As informações seguintes devem ser consideradas na escolha do coletor:

• compatibilidade da válvula — claramente, o coletor deve ser compatível com a escolha da válvula, assegurando o alinhamento das portas, sem restrições ao fluxo.

• número de vias — quantas válvulas precisam ser colocadas juntas para um determinado processo? Deve haver alguma "redundância" tendo em vista futuras expansões?

• ambiente — assim como para a válvula, o coletor pode precisar operar em/ser protegido contra um ambiente de trabalho hostil.

Tipos de válvula de linha e coletor

Conforme mencionado anteriormente, há diferentes tipos de válvulas de carretel disponíveis para atender a diferentes requisitos de aplicação. Uma válvula de carretel faz parte de uma família mais geral denominada válvula de cisalhamento; elas são chamadas assim porque o mecanismo de carretel desliza pelas entradas e saídas, e sua posição controla o direcionamento do fluxo de ar.

O carretel com perfil encaixa-se de um orifício de metal usinado e, claramente, a vedação entre as superfícies é essencial para minimizar vazamentos. Em um sistema (vedação macia), são utilizados anéis de vedação resilientes, porém mais macios (se comparados aos metálicos). As vedações podem ser fixadas ao carretel em movimento em uma opção, chamada vedação dinâmica. Na vedação estática, as vedações são mantidas no corpo da válvula, e o carretel se move através delas.

Um segundo sistema (sem gaxeta) depende de a tolerância entre as superfícies metálicas do carretel e do orifício ser tão precisa que vedações mais macias são desnecessárias (princípio do "rolamento de ar").

A opção de vedação macia maior oferece fluxo e taxas de vazamento menores se comparada à opção sem gaxeta; porém, a opção sem gaxeta tem uma vida útil significativamente mais prolongada — para uma vedação macia, normalmente, são 30 a 50 milhões de ciclos comparados aos 250 a 300 milhões de ciclos da opção sem gaxeta — esta última também funciona em taxas de ciclo mais rápidas e em pressões operacionais mais altas.

Também mencionamos a opção normalmente fechada ou normalmente aberta. "Normal" refere-se à função da válvula sem influência externa atuando sobre ela. Assim, uma válvula normalmente fechada (N/C) bloqueia o fluxo em sua posição de repouso; o oposto é verdadeiro para a válvula normalmente aberta (N/O) (observe que isso é o oposto para o interruptor elétrico).

O "normal" para uma válvula 5/3 é a posição central; aqui, são possíveis três posições: APB significa "Todas as Portas Bloqueadas" — todas as cinco portas estão vedadas; COE (Exaustão central aberta) significa que o suprimento está bloqueado e as portas de saída estão exauridas. Por fim, COP (Pressão Central Aberta) significa que a porta de suprimento está conectada a ambas as saídas com os exaustores bloqueados.

Aplicações típicas para uma válvula de linha e um coletor

As válvulas são empregadas em uma infinidade de aplicações industriais. Conforme já foi dito, a função das válvulas é controlar os componentes a jusante, geralmente um atuador. Por exemplo, uma válvula 3/2 seria utilizada para controlar um cilindro de ação simples e uma válvula 5/2 controlaria um cilindro de ação dupla. No caso em que um processo só requeira operação pouco frequente do atuador, uma válvula normalmente fechada seria empregada; isso garante que o sistema permaneça despressurizado, exceto quando força for necessária.

Caso um processo exija diversas válvulas, é eficiente utilizar um coletor para montar o número necessário de válvulas; essa "centralização" é particularmente útil, caso as válvulas precisem ser abrigadas em um invólucro devido a considerações ambientais.

Preciso de algo mais para uma válvula de linha e um coletor?

Conectores e tubos são necessários, de acordo com o tamanho da porta da válvula utilizada. Recomenda-se uso de silenciadores nas portas de exaustão. Quando um novo projeto de sistema é a questão, há uma ampla variedade de atuadores e equipamentos de preparação de ar disponíveis.