Como dimensionar uma válvula pneumática

O ar comprimido é amplamente considerado como a quarta utilidade essencial depois da eletricidade, gás natural e água. É por isso que a pneumática é parte integrante de muitas indústrias. Quando se trata de pneumática, um dos aspectos mais críticos do sistema é a válvula.

Válvulas de ar de controle direcional, em particular, são aquelas que permitem que o ar flua em uma direção ou outra. Eles são usados ​​para controlar a direção do fluxo de ar em um sistema pneumático, e o dimensionamento errado pode ter consequências caras, como mau funcionamento do sistema.

Este artigo discutirá os fundamentos do dimensionamento adequado de uma válvula pneumática e as diferentes opções de válvula que vale a pena considerar.

Noções básicas de dimensionamento

Você precisa considerar vários fatores se quiser dimensionar corretamente uma válvula pneumática. Você deve entender como isso é feito para evitar possíveis erros que possam fazer com que seu sistema não funcione corretamente.

Determinando o tamanho com a equação do fluxo

Uma das primeiras coisas que você precisa utilizar é a equação do fluxo. Esse fator permite que você considere quanto fluxo uma válvula pode fornecer a um atuador. A classificação associada geralmente usa o termo “coeficiente de velocidade (Cv)”. Este Cv (também conhecido como vazão da válvula) permite a comparação da vazão de diferentes válvulas. Quando o valor de Cv é alto, a vazão também é maior.

Para combinar uma válvula e um cilindro, você pode utilizar a seguinte equação:

Cv =(A × S × a × Cf) ÷ (t × 29)

As variáveis ​​envolvidas nesta fórmula são as seguintes:

• A =Área do pistão do cilindro (π × r2)
• S =Curso do Cilindro
• t =Tempo (em segundos)
• um =Constante de queda de pressão
• Cf =Fator de compressão
• (t × 29) =Tempo (em segundos) que leva para a pressão cair do início ao fim da pressão

Vale a pena notar que as duas últimas variáveis ​​mudam com base no valor usado na tabela ou gráfico do fator de dimensionamento.

Tabela de dimensionamento de válvulas

Se você deseja determinar rapidamente o Cv de uma válvula, também pode utilizar uma tabela de dimensionamento de válvulas. Este gráfico geralmente tem vários valores para Cv, com alguns dos mais comuns sendo 0,015, 0,030 e 0,060.

A tabela de tamanhos de válvulas informará o fluxo máximo de ar para cada tamanho de válvula. Você também pode determinar quanta pressão é necessária para abrir e fechar a válvula.

Também vale a pena notar que o Cv da válvula depende do fabricante. A tabela de dimensionamento deve conter todas as informações para determinar o Cv correto para suas necessidades. Além disso, os especialistas recomendam o superdimensionamento da válvula em cerca de 25% para compensar várias perdas em sistemas pneumáticos.

Se você quiser ser mais específico com o dimensionamento, você também pode calcular o Cv de cada componente no sistema. Isso lhe dará uma imagem mais precisa de quanto fluxo de ar é necessário.

Conversão de Cv para SFCM e ESEOD (diâmetro de orifício de borda quadrada equivalente)

Às vezes é útil converter o Cv de uma válvula para duas outras classificações:pés cúbicos padrão por minuto (SCFM) e diâmetro de orifício de borda quadrada equivalente (ESEOD). Essas classificações podem ser úteis quando você está tentando determinar quanto fluxo uma válvula pode fornecer.

Para converter Cv para SCFM, você pode usar a seguinte equação:

SCFM =Cv ÷ F

Para converter Cv para ESEOD, você pode usar a seguinte equação:

ESEOD =(Cv × F) ÷ P

As variáveis ​​envolvidas nestas equações são:

• P =Pressão em PSI
• T =Temperatura em graus Fahrenheit.
• F =Fator

Tenha em mente que tanto a Pressão (P) quanto o Fator (F) são frequentemente obtidos de uma tabela de fatores de conversação. Digamos que você esteja tentando converter seu Cv para SCFM.

O valor de Cv é 0,48 e está sendo operado a 100 PSI. Se você observar uma tabela de fatores de conversação, notará que 100 PSI é igual a 0,0177.

Portanto:

SCFM =Cv ÷ F

27 (SCFM) =0,48 (Cv) ÷ 0,0177 (Fator)

Isso também pode ser revertido multiplicando o SCFM pelo fator:

SCFM x Fator =Cv

27 (SCFM) x 0,0177 (Fator) =0,48 (Cv)

Diferentes opções de válvulas

Ao olhar para as válvulas pneumáticas, você notará vários tipos disponíveis. Os mais comuns são os seguintes:

Válvula de 4 vias de 5 portas

A válvula de 4 vias de 5 vias tem uma porta de escape separada para cada porta do cilindro na válvula. Ao fazer isso, controles de fluxo podem ser adicionados no escapamento para permitir o controle separado de cada porta do cilindro. Isso é usado com mais frequência ao controlar um cilindro de dupla ação.

Válvula de 4 vias, 3 posições e 5 portas

Essas válvulas são iguais a uma válvula de 4 vias de 5 vias, exceto que elas têm três posições centrais possíveis. As posições um e três são as mesmas de uma válvula de 4 vias de 5 vias. No entanto, a posição central permite três opções diferentes para o que acontece quando a válvula é desativada. As três posições possíveis são centro de exaustão, centro de pressão e centro bloqueado. Na posição central do escapamento, ambas as portas do cilindro estarão abertas para o escapamento. Na posição central de pressão, a pressão será aplicada a ambas as portas do cilindro. Finalmente, na posição central bloqueada, todas as portas são bloqueadas.

Este tipo de válvula também é ideal para operações onde a haste do cilindro precisa se mover para uma posição específica e permanecer ali.

Válvulas de 5 vias versus 4 vias de 4 vias

A principal diferença entre uma válvula de cinco portas e uma válvula de quatro portas é que a válvula de cinco portas tem uma porta separada para cada porta do cilindro, enquanto a válvula de quatro portas tem os dois fluxos de escape indo para a mesma porta de escape. Enquanto a válvula de cinco portas permite o controle fácil de cilindros de dupla ação, quatro portas tendem a ser usadas onde esse controle separado não é necessário.

Válvulas de 3 vias versus válvulas de 4 vias

As válvulas de 3 vias diferem das válvulas de 4 vias, pois possuem apenas uma porta de cilindro. Em uma aplicação normalmente fechada, o ar é conduzido da porta de alimentação para a porta do cilindro quando a válvula é acionada. Quando a válvula é desativada, a válvula abre a porta do cilindro para exaustão. Em uma aplicação normalmente aberta, a diferença é que o ar está fluindo da porta de alimentação para a porta do cilindro quando a válvula não é acionada. Quando acionado, o fluxo de ar vai da porta do cilindro para a porta de escape.

As válvulas de 4 vias permitem um fluxo contínuo do suprimento para a porta do cilindro normalmente aberta enquanto a porta do cilindro normalmente fechada flui para a exaustão. Quando a válvula é acionada, o fluxo muda, esgotando a porta do cilindro normalmente aberta e pressurizando a porta normalmente fechada.

A maioria das válvulas de 3 vias opera cilindros de simples ação, enquanto as válvulas de 4 vias operam cilindros de dupla ação. As Válvulas de Equilíbrio Humphrey, modelos 310/410 e 320/420 são exemplos perfeitos dessas válvulas.

Válvulas poppet vs. carretel e seus usos ideais

As válvulas de gatilho são usadas em aplicações onde é necessário um tempo de resposta rápido. Eles também são adequados para uso em aplicações de alta velocidade. Essas válvulas são frequentemente usadas em atuadores pneumáticos, ferramentas pneumáticas e como válvulas piloto.

Por outro lado, as válvulas Spool são mais adequadas para uso em aplicações de baixa velocidade. Eles também são frequentemente usados ​​em aplicações onde é necessária uma alta taxa de fluxo em um tamanho menor. Essas válvulas são normalmente usadas em aplicações de automação de fábrica.

As válvulas de gatilho são geralmente válvulas de ação direta, enquanto as válvulas de carretel são operadas por piloto ou válvulas de piloto remoto.

Válvulas proporcionais versus válvulas digitais

As válvulas proporcionais são frequentemente usadas em aplicações onde é necessário um controle preciso do fluxo de ar. Estas válvulas podem controlar o fluxo da válvula através de um sinal elétrico variável.

As válvulas digitais, por outro lado, possuem apenas dois estados:ligado e desligado. Essas válvulas podem ser usadas para abrir e fechar um circuito, iniciar e parar o fluxo de ar ou alterar a direção do fluxo de ar.

As Humphrey PV3, PV10 e PC30 são válvulas proporcionais bem conhecidas. Para válvulas digitais, as Válvulas de Equilíbrio Humphrey são uma escolha popular.

Válvula de líquido

Este tipo de válvula é usado para controlar o fluxo de líquido. É frequentemente usado em aplicações onde é necessário um controle preciso do fluxo de líquido. O uso mais comum para este tipo de válvula é em aplicações médicas e de diagnóstico. A série Humphrey iDP e HK5 são considerados ótimos modelos de válvulas para líquidos.

Não se apresse

O artigo de hoje discute os diferentes tipos de válvulas disponíveis e seus usos ideais. Também fornecemos informações sobre o dimensionamento adequado de uma válvula pneumática usando várias equações de fluxo e compartilhamos os vários fatores que você precisa considerar.

Para garantir segurança e eficiência, reserve um tempo para dimensionar adequadamente sua válvula pneumática e considere seguir as etapas que compartilhamos neste guia.

Em caso de dúvida, sempre procure a ajuda de um profissional ou consulte um fabricante ou distribuidor confiável.

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