A válvula solenoide nada mais é do que uma válvula eletromecânica controlada. Ela recebe o nome de solenoide devido ao seu componente principal ser uma bobina elétrica com um núcleo ferromagnético móvel no centro, sendo este núcleo chamado de êmbolo.
Em uma posição de repouso, o êmbolo tampa um pequeno orifício por onde é capaz de circular um fluido. Quando uma corrente elétrica circula através da bobina, esta corrente cria um campo magnético que por sua vez exerce uma força no êmbolo.
Como resultado, o êmbolo é puxado em direção ao centro da bobina de modo que o orifício se abre e este é o princípio básico que é usado para abrir e fechar uma válvula solenoide.
“Uma válvula solenoide é uma válvula eletromecânica acionada a fim de controlar o fluxo de líquidos e gases”.
A válvula solenoide está entre os componentes mais utilizados em circuitos de gás e líquido em indústrias por todo o planeta e podemos dizer que a quantidade de aplicações para este dispositivo é quase infinita.
Alguns exemplos do uso de válvula solenoide incluem sistemas de aquecimento, tecnologia de ar comprimido, automação industrial, piscinas, sistemas de aspersão, máquinas de lavar roupa, equipamentos odontológicos, sistemas de lavagem de carros e sistemas de irrigação.
Funções de Circuito das Válvulas Solenoide
Como vimos, a válvula solenoide é utilizada para fechar, dosar, distribuir ou misturar o fluxo de gás ou líquido e o propósito específico de uma válvula solenoide é expresso pela sua função de circuito.
Por exemplo: uma válvula de 2/2 vias tem duas portas (1 entrada e 1 saída) e duas posições (aberta ou fechada). Adicionamente, uma válvula de 2/2 pode ser ‘normalmente fechada’ (fechada em estado desenergizado) ou ‘normalmente aberta’ (aberta no estado desenergizado).
Um outro tipo de válvula, a de 3/2 vias possui três portas e duas posições e justamente por possuir três portas, fornece a funcionalidade de alternar entre dois circuitos. As válvulas de 3/2 vias também podem ter função diferente além das já conhecidas (normalmente fechadas e normalmente abertas) possuindo também a função tipo desviadora ou universal.
Mais portas ou combinações de válvulas em uma única construção são possíveis e por este motivo, foram criados símbolos para expressar a função do circuito de uma determinada válvula. Abaixo estão alguns exemplos das funções de circuito mais comuns:
Veja que a função de circuito de uma válvula é simbolizada em duas caixas retangulares para o estado desenergizado (lado direito) e estado energizado (lado esquerdo). As setas na caixa mostram a direção do fluxo entre as portas da válvula.
No exemplo da Figura, temos uma válvula 2/2 vias normalmente aberta (NO), uma válvula de 2/2 vias normalmente fechada (NC) e uma válvula de 3/2 vias normalmente fechada. Para mais informações sobre símbolos de válvulas e funções de circuito, visite a página sobre símbolos de válvulas.
Tipo de Operação da Válvulas Solenoides
As válvulas solenoides podem ser categorizadas em diferentes grupos de operação.
Operação direta
A válvula solenoide de operação direta (ação direta) possui o princípio de funcionamento mais simples se comparado com outros tipos de operação. Neste tipo, o fluido flui através de um pequeno orifício que pode ser fechado por um êmbolo com uma junta de borracha na parte inferior.
Uma pequena mola segura o êmbolo para baixo para fechar a válvula. O êmbolo por sua vez é feito de um material ferromagnético e possui uma bobina elétrica posicionada em torno dele.
Assim que a bobina é energizada, é gerado um campo magnético que puxa o êmbolo para cima em direção ao centro da bobina. Isso faz com que o orifício se abra e permita a passagem do fluido. O funcionamento descrito aqui é para uma válvula normalmente fechada.
Para o funcionamento da válvula de operação direta Normalmente Aberta (NA) teremos um funcionamento oposto e é importante frisar que a construção neste caso também será diferente a fim de permitir que o orifício esteja aberto quando o solenoide não estiver ligado.
Assim, quando o solenoide for acionado, o orifício será fechado. Uma característica do tipo operação direta é que a pressão máxima de operação e o fluxo estão diretamente relacionados ao diâmetro do orifício e à força magnética da válvula solenoide.
Portanto, válvulas de operação direta são utilizadas em aplicações com taxas de fluxo relativamente pequenas e que não requerem pressão mínima de operação ou diferença de pressão para serem acionadas. Sendo assim, podem ser utilizadas em aplicações que variam de 0 bar até a pressão máxima permitida.
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Na Figura abaixo, podemos visualizar o esquema de uma válvula de 2/2 vias de operação direta, normalmente fechada.
Operação indireta (servo acionada ou pilotada)
A válvula solenoide operada indiretamente (também chamada de servo acionada ou pilotada) usam a pressão diferencial do meio incidente nas portas da válvula para abrir e fechar. Normalmente, essas válvulas precisam de um diferencial de pressão mínimo de cerca de 0,5 bar.
A entrada e a saída são separadas por uma membrana de borracha, também chamada de diafragma. e esta membrana possui um pequeno orifício para que o fluido possa fluir para o compartimento superior.
A pressão e a mola de suporte acima da membrana asseguram que a válvula permaneça fechada. A câmara acima da membrana é conectada por um pequeno canal à porta de baixa pressão.
Esta conexão é bloqueada na posição fechada por uma solenoide. O diâmetro deste orifício “piloto” é maior que o diâmetro do orifício na membrana. Quando o solenoide é energizado, o orifício do piloto é aberto fazendo com que a pressão acima da membrana abaixe.
Devido à diferença de pressão em ambos os lados da membrana, a membrana será levantada permitindo a passagem do fluido da porta de entrada para a porta de saída. A câmara de pressão extra localizada acima da membrana atua como um amplificador.
Perceba que com um pequeno solenoide, ainda é possível controlar uma grande taxa de fluxo. Por este motivo, as válvulas de solenoide indiretas podem ser usadas apenas para aplicações que requerem fluxo somente em uma direção.
A válvula solenoide operada indiretamente é utilizada em aplicações com um diferencial de pressão suficiente e uma taxa de fluxo desejada, como, por exemplo sistemas de irrigação, chuveiros ou sistemas de lavagem de carros. As válvulas indiretas também podem ser conhecidas como válvulas servo acionadas ou pilotadas.
Operação semi-direta
A válvula solenoide de operação semi-direta combina as propriedades tanto da válvula solenoide direta quanto da indireta. Esta combinação permite que este tipo de válvula funcione a partir de uma diferença pequena de pressão (0 Bar) e ainda assim lidar com uma alta taxa de fluxo.
Ela parece um pouco com a válvula indireta apresentando uma membrana móvel com um orifício pequeno e câmaras de pressão em ambos os lados. A diferença é que o êmbolo do solenoide está diretamente conectado à membrana.
Assim, quando o êmbolo é levantado, ele levanta diretamente a membrana para abrir a válvula. Ao mesmo tempo, um segundo orifício é aberto pelo êmbolo que tem um diâmetro ligeiramente maior do que o primeiro orifício na membrana.
Isso faz com que a pressão na câmara acima da membrana caia. Como resultado, a membrana é levantada não apenas pelo êmbolo, mas também pela diferença de pressão.
Esta combinação resulta em uma válvula que opera a partir de 0 Bar podendo controlar taxas de fluxo relativamente grandes. Muitas vezes, as válvulas semi-diretas possuem bobinas mais potentes do que as válvulas operadas indiretamente. As válvulas de operação semi-direta também podem ser chamadas de válvulas solenoide de elevação assistida.
Válvulas solenoide de 3/2 vias de operação direta
Uma válvula solenoide de 3/2 vias tem três portas e dois estados de comutação. Em cada estado de comutação, duas das três portas estão conectadas. Ao ativar o solenoide, a válvula apaga o estado e uma conexão diferente entre as portas da válvula é estabelecida.
O desenho abaixo mostra uma válvula de 3/2 vias de operação direta. No estado desenergizado, o meio pode fluir entre a porta do lado direito e a porta superior. No estado energizado, o meio pode fluir da porta esquerda para a porta direita. Esta é uma válvula de 3/2-way normalmente fechada.
Referências:
