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Uma armadura de válvula pneumática (frequentemente chamada de êmbolo) é o núcleo ferromagnético móvel dentro de uma válvula solenóide que reage a um campo magnético para abrir ou fechar o orifício da válvula. Atuando idealmente como o “coração” da válvula, ela converte energia elétrica em movimento mecânico para controlar com precisão o fluxo de ar.
O cálculo do tempo de mudança da válvula requer a análise de fatores pneumáticos (pressão do ar, capacidade de fluxo, tamanho da válvula) e elétricos (tempo de energização da bobina, tensão de alimentação, características do sinal de controle) para determinar o tempo total de resposta desde a entrada do sinal até a mudança completa da posição da válvula.
A geometria do orifício da válvula afeta diretamente as características do fluxo de ar através dos princípios da dinâmica dos fluidos, com orifícios circulares proporcionando fluxo laminar, designs com bordas afiadas criando turbulência e quedas de pressão, enquanto geometrias otimizadas, como bordas chanfradas ou arredondadas, podem melhorar os coeficientes de fluxo em 15-30% em comparação com os designs padrão.
A pressão piloto interna controla diretamente a velocidade de acionamento da válvula, determinando a força disponível para superar a resistência da mola e mover os carretéis da válvula. Pressões piloto mais altas reduzem os tempos de comutação de 50 ms para 15 ms, enquanto uma pressão piloto insuficiente pode aumentar os atrasos de resposta em 200-300 ms em aplicações críticas.
A queda de pressão nas passagens comuns do coletor da válvula ocorre quando a velocidade do fluxo excede os limites de projeto, causando normalmente perdas de 5-15 PSI em coletores subdimensionados, com o dimensionamento adequado exigindo áreas transversais de passagem 2-3 vezes maiores do que as portas individuais da válvula para manter a pressão e o desempenho do sistema.
O controle do fluxo de exaustão em válvulas de 5 vias determina a velocidade do atuador pneumático, gerenciando as taxas de evacuação de ar das câmaras do cilindro. O dimensionamento adequado da exaustão e a regulação do fluxo melhoram os tempos de ciclo em 30-50%, reduzindo o consumo de energia e garantindo um desempenho consistente em diferentes condições de carga.
A assinatura acústica de uma válvula pneumática é gerada principalmente pelo fluxo de ar turbulento, diferenças de pressão e vibrações mecânicas durante as operações de comutação, produzindo normalmente níveis sonoros entre 70 e 90 dB, dependendo do tamanho da válvula, da pressão e da taxa de fluxo.
A pressão piloto mínima para válvulas operadas por piloto é calculada usando a fórmula: P_piloto = (P_principal × A_principal × SF) / A_piloto, onde SF é o fator de segurança (normalmente 1,2-1,5), garantindo o acionamento confiável da válvula em todas as condições operacionais.
A contrapressão afeta significativamente o desempenho da válvula operada por piloto, reduzindo a pressão efetiva do piloto, aumentando os tempos de comutação e potencialmente causando falha da válvula quando a contrapressão excede 80% da pressão de alimentação na maioria das aplicações pneumáticas.
O dimensionamento das válvulas para sistemas pneumáticos requer o equilíbrio entre a capacidade de fluxo para velocidade e a capacidade de pressão para força, onde a taxa de fluxo determina a velocidade do atuador, enquanto a pressão do sistema determina a força disponível de acordo com F = P × A.
