O que é uma válvula solenóide – definição e escopo concisos

Um válvula solenóide é uma válvula acionada eletromecanicamente que controla o fluxo de fluido (líquido ou gás) convertendo energia elétrica em movimento mecânico. É amplamente utilizado em automação, HVAC, controle de processos, sistemas pneumáticos e hidráulicos. Este artigo se concentra em princípios práticos de trabalho, comportamento em nível de componente, critérios de seleção, cálculos de desempenho e instalação prática e orientação para solução de problemas.

Componentes principais e suas funções

A compreensão das peças internas esclarece como os sinais elétricos se transformam em movimento da válvula. Componentes principais:

• Bobina (eletroímã): gera fluxo magnético quando energizado. As bobinas típicas são classificadas por tensão e ciclo de trabalho.
• Êmbolo/Armadura: núcleo ferromagnético que se move axialmente sob a força magnética da bobina.
• Mola: retorna o êmbolo à sua posição padrão (normalmente fechada ou aberta) quando a bobina é desenergizada.
• Assento/Orifício: interface de vedação que bloqueia ou permite o fluxo; sua geometria determina o coeficiente de fluxo.
• Corpo e portas: canalize o fluido do processo e conecte a válvula à tubulação. Os materiais variam (latão, aço inoxidável, plástico).
• Vedações e diafragmas: garantem fechamento hermético e resistem a problemas de compatibilidade de mídia.

Princípio de funcionamento — válvulas solenóides de ação direta

As válvulas solenóides de ação direta operam pela bobina puxando o êmbolo diretamente contra uma mola para abrir (ou fechar) o caminho do fluxo. Eles são simples, rápidos e podem operar com pressão diferencial zero. Sequência típica:

• Entrada elétrica: aplique tensão CC ou CA especificada à bobina.
• Fluxo magnético: a bobina produz campo magnético; as linhas de fluxo concentram-se através do êmbolo.
• Deslocamento do êmbolo: a força magnética supera as forças da mola e do fluido; o êmbolo levanta-se do assento.
• Fluxo estabelecido: o meio flui através do orifício até que a bobina seja desenergizada e a mola recoloque o êmbolo.

As válvulas de ação direta são adequadas para pequenos orifícios, aplicações de ciclo rápido e onde não se pode confiar na pressão da linha para operar um estágio piloto.

Princípio de funcionamento — válvulas solenóides operadas por piloto (servo)

Operado por piloto válvula solenóides use o solenóide apenas para controlar um pequeno orifício piloto; a válvula principal usa a pressão do sistema (pressão diferencial) para abrir ou fechar. Este projeto atinge vazão maior com serpentinas menores, mas requer um diferencial de pressão mínimo para operar.

Sequência para válvula operada por piloto normalmente fechada:

• Umt rest: main spool/diaphragm is held closed by upstream pressure; the pilot orifice is sealed.
• Bobina energizada: abre ligeiramente o orifício piloto, permitindo uma sangria controlada de pressão acima do diafragma ou carretel.
• Queda de pressão: o desequilíbrio de pressão faz com que o diafragma ou carretel principal se mova, abrindo o caminho do fluxo principal com capacidade total de fluxo da linha.
• A bobina é desenergizada: o orifício piloto fecha, a pressão se equaliza e a pressão da mola ou da linha reajusta a válvula principal.

Operado por piloto valves are energy-efficient for large flow rates, but will not operate below their specified minimum differential pressure (ΔPmin).

Válvulas proporcionais e servo-solenóides — controle contínuo

Proporcional válvula solenóides variar a abertura continuamente conforme a corrente da bobina muda; eles combinam uma mola de feedback, sensores de posição ou controle de corrente/tensão e geralmente incluem um amplificador integrado. Eles são usados ​​onde é necessário controle variável de fluxo ou pressão, em vez de uma simples comutação liga/desliga.

• O sinal de controle (analógico/PWM) modula a corrente da bobina.
• A posição e o fluxo do êmbolo variam proporcionalmente; versões de circuito fechado usam sensores de posição para maior precisão.
• Umpplications: precise dosing, lab equipment, proportional pressure control in hydraulic systems.

Cálculo de fluxo e equações principais

Os projetistas precisam de uma maneira rápida de estimar a queda de pressão e o fluxo através de uma válvula. Dois parâmetros comumente usados:

• Coeficiente Kv/Cv: Kv (m³/h com queda de 1 bar) ou Cv (galões americanos por minuto com queda de 1 psi) quantifica a capacidade da válvula. Use o Kv do fabricante para dimensionar a válvula para a vazão necessária.
• Equação do orifício (fluidos incompressíveis): Q = A · C_d · sqrt(2·ΔP/ρ) , onde Q é o fluxo, A é a área efetiva do orifício, C_d é o coeficiente de descarga, ΔP é a queda de pressão e ρ é a densidade do fluido.

Para gases, aplique relações de fluxo compressível ou use tabelas Cv/Kv equivalentes fornecidas pelos fabricantes e corrija a viscosidade e o número de Reynolds quando necessário. Certifique-se sempre de que o ΔP disponível esteja acima do ΔPmin do piloto para válvulas operadas por piloto.

Tabela de comparação: ação direta vs operada por piloto vs proporcional