Válvula pneumática versus válvula solenoide: quais são as diferenças?

Quando se trata de controlar fluidos, você pode encontrar dois tipos de válvulas de controle: a válvula pneumática e a válvula solenoide. Embora as tarefas que executam sejam bastante semelhantes — abrir, fechar e controlar o fluxo de fluido —, os métodos pelos quais realizam essas tarefas diferem muito, dependendo de suas capacidades e das condições ambientais ideais. Ao escolher entre esses dois tipos de opções disponíveis para instalações, engenheiros e especialistas em compras podem ficar confusos na hora de selecionar a mais adequada. Por isso, criamos um guia detalhado sobre as diferenças técnicas entre válvulas pneumáticas e válvulas solenoides para ajudá-lo a fazer a escolha certa para sua indústria.

1. O que é uma válvula pneumática?

Assim como qualquer outra válvula, uma válvula pneumática também controla o fluxo de fluido. A principal diferença entre uma válvula manual e uma válvula pneumática reside na forma como o torque é aplicado. Uma válvula manual utiliza motores e engrenagens, ou, em alguns casos, o torque é aplicado manualmente para abrir a válvula ou direcionar o fluxo, enquanto uma válvula pneumática utiliza ar comprimido ou gás para fornecer a força necessária para abrir ou fechar a válvula, dependendo da diferença de pressão.

A válvula pneumática é composta por três partes principais: atuador, pistão e carretel. Para movimentar a válvula ou direcionar o fluxo, um sinal é enviado através do ar piloto para o atuador da válvula, que geralmente é um pistão ou um diafragma. Isso faz com que o ar flua para a câmara, que também costuma ser um pistão ou um diafragma, forçando o pistão a se mover ao vencer a força de uma mola interna ou o atrito que, por sua vez, movimenta a haste conectada a um carretel ou a um obturador. Esse movimento permite abrir, fechar e alterar a direção do fluido.

Essas válvulas são utilizadas na indústria onde a pressão do fluido é extremamente alta, tornando o fechamento manual, seja por mão ou por motor, praticamente impossível. Como as válvulas pneumáticas funcionam com base na pressão do ar, elas podem gerar uma força imensa, o que as torna ideais para indústrias que exigem alta pressão do fluido para fechar ou abrir a válvula.

2. Tipos de válvulas pneumáticas

Existem diversos tipos de válvulas pneumáticas disponíveis no mercado, cada uma com sua função e construção específicas que definem sua aplicação. Abaixo, listamos alguns tipos de válvulas pneumáticas para ajudar você a entender as vantagens de cada uma:

• Válvulas de controle direcional: Estas são as válvulas pneumáticas mais comuns. Sua principal função é direcionar o fluxo de ar para diferentes caminhos. De acordo com a aplicação, sua classificação geralmente é feita pelo número de portas e posições de comutação, por exemplo, válvulas 5/2 vias e 3/2 vias.

• Válvulas de retenção (válvulas antirretorno): Estas permitem que o ar comprimido flua em apenas uma direção, impedindo o refluxo, que poderia danificar o compressor ou outros componentes.

• Válvulas de controle de fluxo: Estas regulam o volume de ar que passa, controlando efetivamente a velocidade do atuador ou cilindro pneumático.

• Válvulas de alívio de pressão: Essenciais para a segurança, essas válvulas liberam o ar caso a pressão do sistema exceda um limite de segurança predefinido.

• Válvulas de transferência: Estas permitem o fluxo de uma de duas fontes para uma saída, essencialmente executando uma função lógica "OU" em circuitos pneumáticos.

3. O que é uma válvula solenoide?

Uma válvula solenoide é uma válvula que funciona exclusivamente com base nas leis do eletromagnetismo. O princípio básico de funcionamento consiste na passagem de corrente elétrica através de um solenoide enrolado em torno do êmbolo.

O mecanismo de funcionamento envolve a criação de um eletroímã. Quando a corrente elétrica passa pelo núcleo ferromagnético ou êmbolo, cria-se um campo magnético ao seu redor. Isso faz com que o metal eletromagnético puxe o êmbolo para cima, vencendo a resistência da mola, o que faz com que a válvula se abra instantaneamente. Quando a corrente é interrompida, o campo magnético desaparece e a mola interna empurra o êmbolo para baixo, fechando a válvula.

As válvulas solenoides são frequentemente o coração da automação industrial. Elas recebem sinais do CLP (Controlador Lógico Programável) ou de um computador, que decide se o tanque está vazio ou cheio, e a válvula solenoide converte esses sinais elétricos em sinais físicos, abrindo ou fechando a válvula. São excelentes em aplicações onde velocidade e precisão são prioridades absolutas.

4. Tipos de válvulas solenoides

Normalmente, as válvulas solenoides são classificadas em duas categorias principais com base em como lidam com a pressão.

• Válvulas solenoides de ação direta: Neste tipo de válvula, o ímã realiza todo o trabalho. A força magnética gerada pelo solenoide puxa o êmbolo para abrir a válvula. Essa característica permite que a válvula solenoide funcione independentemente da pressão do fluido, sendo ideal para aplicações com baixo fluxo e baixa pressão ou em condições de vácuo. No entanto, se a pressão da água for extremamente alta, os ímãs podem não ser fortes o suficiente para levantar o êmbolo.

• Válvulas solenoides operadas por piloto (indiretas): Esses tipos de válvulas solenoides são excelentes quando os ímãs são fracos e você precisa abrir a válvula. Elas funcionam através de um solenoide que cria uma pequena porta piloto ou um vazamento, que então utiliza a pressão da água para abrir a válvula. Essas válvulas solenoides operadas por piloto são ideais para aplicações com alta pressão de fluido. No entanto, se a pressão for baixa, essas válvulas solenoides podem não funcionar.

• Válvulas solenoides de 2, 3 e 4 vias: Assim como as válvulas pneumáticas, as solenoides também podem ser classificadas por tipo de portas. Uma válvula solenoide simples de 2 vias realiza as operações de abertura e fechamento. Válvulas de 3 e 4 vias podem ser usadas para controlar cilindros ou atuadores.

5. Válvula solenoide versus válvula pneumática: qual é a melhor?

Na hora de escolher entre os dois tipos de válvulas, seja uma válvula pneumática ou uma válvula solenoide, a diferença reside principalmente nos requisitos e aplicações específicos da indústria, que incluem segurança, disponibilidade de energia e requisitos de força.

Vantagens da válvula pneumática

• Segurança em Ambientes Perigosos: Como operam com ar comprimido, não há risco de faíscas elétricas no local da válvula. Isso as torna a escolha padrão para as indústrias de petróleo e gás, mineração e química (zonas ATEX).

• Alta capacidade de força: Os atuadores pneumáticos podem gerar um torque/força significativamente maior do que os solenoides padrão, permitindo o controle de tubulações muito grandes e linhas de alta pressão.

• Durabilidade: Os componentes pneumáticos são robustos. Eles podem tolerar temperaturas mais altas e ambientes mais sujos do que as delicadas bobinas eletrônicas.

• Relação custo-benefício em larga escala: Se uma instalação já possui um sistema central de ar comprimido, adicionar válvulas pneumáticas geralmente é mais barato do que instalar linhas de energia individuais para atuadores elétricos.

Vantagens da válvula solenoide

• Velocidade e precisão: as válvulas solenoides possuem tempos de resposta incrivelmente rápidos, frequentemente medidos em milissegundos. Isso é crucial para aplicações como máquinas de triagem ou sistemas de dosagem.

• Facilidade de controle: Eles se conectam diretamente com controladores eletrônicos, como PLCs e dispositivos IoT. Não há necessidade de converter um sinal elétrico em um sinal de ar primeiro.

• Design compacto: Os solenoides são geralmente menores e mais leves do que um conjunto de atuador pneumático, que requer a válvula mais um atuador.

• Eficiência energética (no ponto de uso): Embora manter uma válvula solenoide aberta consuma energia, ela não exige o funcionamento constante de um compressor de ar, que é notoriamente ineficiente em termos de conversão de energia.

6. Integração de ambas as válvulas em sistemas pneumáticos com piloto solenóide

Em processos industriais complexos, especialmente aqueles com altas vazões, como usinas de energia, refinarias de petróleo e estações de tratamento de efluentes, são necessários sistemas pneumáticos com piloto solenóide. A questão, nessas aplicações, não é qual válvula é melhor, mas como elas podem funcionar em conjunto.

A maioria das válvulas solenoides industriais opera em alta velocidade para controle liga/desliga. No entanto, elas não possuem força suficiente para movimentar válvulas industriais pesadas. Portanto, utilizam um pequeno fluxo de ar que aciona a válvula pneumática. Enquanto uma válvula solenoide padrão opera totalmente aberta ou totalmente fechada, uma válvula pneumática combinada com um posicionador pode operar com aberturas de 25%, 50% ou 75%, com graduações suaves e precisas.

Os engenheiros combinam o uso de ambas as válvulas para obter uma resposta eletrônica instantânea do solenoide, fornecendo uma força mecânica moduladora massiva para um atuador pneumático.

8. Conclusão

Na hora de escolher entre uma válvula pneumática e uma válvula solenoide, nem sempre a questão é qual tecnologia é melhor, mas sim qual se adapta melhor às necessidades da sua indústria.

• Escolha uma válvula solenoide se você busca velocidade, precisão, integração elétrica direta, tamanho compacto e se sua aplicação envolve o trabalho com tubulações de menor diâmetro e em condições padrão.

• As válvulas pneumáticas são mais adequadas para aplicações que exigem alta força, operações em condições perigosas ou explosivas e que requerem o controle do fluxo de fluidos em grandes tubulações industriais.

Compreender claramente as diferenças entre os dois tipos de válvulas é fundamental para selecionar a opção mais adequada à sua aplicação industrial. Isso garante que seu sistema de automação funcione com segurança, eficiência e custo-benefício.

Após decidir entre a válvula pneumática e a válvula solenoide, o último passo envolve escolher um parceiro ou fornecedor que entenda suas aplicações industriais. Nossa recomendação é optar pela Titan Automation . Eles possuem uma linha premium de válvulas direcionais e de automação, ideais para suas necessidades industriais específicas, garantindo que você tenha a válvula certa para cada desafio.

9. Perguntas frequentes

P1. As válvulas solenoides são mais caras do que as válvulas pneumáticas?

Normalmente, depende do tamanho e da aplicação na indústria. Em geral, para tamanhos pequenos, com menos de 1 polegada, as válvulas solenoides são conhecidas por serem mais baratas e fáceis de instalar, pois não exigem o uso de um sistema de compressor de ar. No entanto, quando se trata de válvulas industriais grandes, com 4 polegadas ou mais, as válvulas solenoides são comparativamente caras e pesadas. Nesses casos, um sistema de válvula pneumática é considerado uma opção mais econômica.

Q2. Qual a rapidez de resposta das válvulas solenoides em comparação com as válvulas pneumáticas?

A abertura e o fechamento de uma válvula solenoide são quase instantâneos, geralmente levando de 5 a 50 milissegundos. Uma válvula pneumática também é considerada rápida, com abertura e fechamento levando de 100 milissegundos a vários segundos, dependendo do comprimento da tubulação de ar e do volume do atuador.

Q3. As válvulas solenoides podem ser usadas com qualquer tipo de fluido?

Não necessariamente. O fluido deve ser compatível com o material da válvula solenoide, que normalmente é latão ou aço inoxidável, e com os materiais de vedação, que normalmente são NBR, Viton e PTFE. Além disso, as válvulas solenoides comuns não são muito adequadas para lidar com fluidos sujos ou lamas, pois algumas partículas podem ficar presas na área do êmbolo magnético. Não é recomendável usar válvulas solenoides em ambientes perigosos ou explosivos. Nesses casos, as válvulas pneumáticas são geralmente consideradas melhores e mais tolerantes ao fluxo desses fluidos exigentes.

Q4. Qual é a vida útil de uma válvula pneumática?

A vida útil é normalmente medida em ciclos. Geralmente, uma válvula pneumática de alta qualidade pode durar entre 10 e 50 milhões de ciclos, dependendo do tipo de aplicação e do fluido que transporta. A vida útil de uma válvula pneumática é maior do que a de uma válvula solenoide devido à queima das bobinas da solenoide ao longo do tempo.