Terminais de válvulas: um componente essencial na automação industrial.

Nos tempos modernos, a indústria está em constante evolução, e o processo de automação industrial avança continuamente em direção a maior eficiência, precisão e confiabilidade. Nesses sistemas automatizados, utiliza-se a tecnologia pneumática, que alimenta tudo, desde as garras dos robôs até as máquinas de embalagem. Nas indústrias, esses sistemas estão sendo projetados para serem inteligentes, compactos e altamente integrados, o que torna obsoleta a fiação e a tubulação tradicionais para cada sistema pneumático individual. É aqui que um terminal de válvulas se torna a solução ideal para as indústrias, oferecendo um sistema de controle pneumático centralizado que proporciona um aumento significativo na confiabilidade e na eficiência das linhas de produção automatizadas.

Se você é engenheiro ou integrador de sistemas, este artigo lhe fornecerá todo o conhecimento fundamental sobre a mecânica, arquitetura, benefícios e aplicações de terminais de válvulas para otimizar as arquiteturas de controle pneumático de uma indústria.

Introdução ao Terminal de Válvulas

Na automação industrial, muitas indústrias utilizam válvulas pneumáticas para otimizar os processos. Em vez de cabeamento e tubulação individuais para diversas válvulas direcionais, os fabricantes desenvolveram uma solução muito mais confiável e eficiente: os terminais de válvulas. O principal objetivo desses terminais é integrar múltiplas válvulas em uma única unidade compacta e altamente organizada.

Um terminal de válvulas é projetado para fornecer aos operadores controle centralizado de múltiplos atuadores pneumáticos, como cilindros, atuadores rotativos e garras, a partir de uma única unidade. Para garantir um controle centralizado eficiente, esses terminais de válvulas combinam a distribuição pneumática e a interface de controle elétrico, como os sinais de comunicação para o Controlador Lógico Programável (CLP), e o ar comprimido de um compressor é direcionado para o canal pneumático necessário para executar a função desejada.

Antes da introdução desses terminais de válvulas, os sistemas pneumáticos exigiam fiação individual e extensa, além de linhas de suprimento de ar para controlar o funcionamento das válvulas, o que tornava o processo de solução de problemas difícil e extremamente complexo. Com a introdução dos terminais de válvulas, a fiação complexa e a tubulação de poliuretano desorganizada foram substituídas por um sistema centralizado muito mais limpo, organizado e fácil de usar, tanto para comunicação quanto para controle.

Como funcionam os terminais de válvulas

Nesta seção do artigo, exploraremos o funcionamento dos terminais de válvulas que garantem um sistema de controle pneumático eficiente, simplificando o processo de fluxo de ar e processamento de sinais.

Via Pneumática

Para que uma válvula pneumática abra ou feche corretamente, é necessário fluxo de ar. Para que um terminal de válvula funcione, existe uma entrada principal por onde o ar comprimido entra no sistema, sendo então dividido em canais projetados com precisão para direcionar o ar à válvula desejada. Assim, quando um sinal elétrico é enviado a um solenoide específico, o carretel interno ou o obturador se desloca para a porta de trabalho correspondente, que está conectada ao atuador pneumático, fazendo com que ele se estenda, retraia ou gire.

Após o atuador completar o curso necessário, o ar precisa ser expelido. No processo de exaustão, o ar retorna à porta de trabalho e, em seguida, ao terminal da válvula. Para minimizar o ruído gerado pelo ar de exaustão, em vez de ser expelido diretamente na válvula, o ar é removido por um canal de exaustão interno comum, que possui um silenciador centralizado, o qual contribui para reduzir significativamente o ruído no piso.

Configurações de válvulas

Os terminais de válvulas são considerados muito versáteis, pois possuem diversos tipos de designs de válvulas, baseados em necessidades mecânicas.

• Válvulas 5/2: Essas válvulas são utilizadas no controle de cilindros de dupla ação.

• Válvulas 3/2: Estas são aplicadas em cilindros de ação simples para realizar a função de alívio de pressão.

• Válvulas 5/3: Essas válvulas são adequadas para manter uma posição central, como fechar, abrir, descarregar ou pressurizar, ou para manter uma posição intermediária que precise parar ou sustentar a carga.

Componentes dos terminais de válvulas

Para que os terminais das válvulas funcionem corretamente, existem alguns componentes-chave e uma arquitetura que opera como um sistema para garantir a eficiência e o desempenho pretendidos.

Base do coletor (subplaca)

A subplaca é onde todos os componentes são fixados. Essas placas de base geralmente são feitas de um metal muito durável e leve, como alumínio anodizado ou plástico de engenharia de alta qualidade, fornecendo suporte estrutural para as válvulas. Além disso, as passagens internas direcionam o ar para o suprimento e exaustão, distribuindo-o às válvulas necessárias sem a necessidade de tubulações individuais para o fornecimento de ar.

Válvulas solenoides pneumáticas

As válvulas solenoides pneumáticas são as partes móveis localizadas na parte superior das bases. Quando recebem sinais eletrônicos, essas válvulas solenoides podem abrir ou fechar instantaneamente para permitir a passagem do ar. A principal vantagem dessas válvulas modernas é o consumo de energia extremamente baixo e a capacidade de operar com eficiência por múltiplos ciclos, oferecendo maior vida útil. Esses sistemas permitem que os usuários combinem válvulas de diferentes tamanhos para executar diversas funções e atender a diferentes requisitos de vazão.

Interfaces de Controle e Comunicação Elétrica

Os sinais elétricos desempenham um papel importante na era moderna da Indústria 4.0, onde a automação se torna cada vez mais uma necessidade na abertura e fechamento de válvulas, através do recebimento de comandos emitidos pelo controlador principal que regula o fluxo de ar. Conexões padrão como essas incluem:

• Conectores multipinos: Um exemplo inclui conectores D-SUB de 25 pinos, responsáveis ​​pela fiação de todos os solenoides em um único plugue.

• Fieldbus e Ethernet Industrial: Esses nós apresentam terminais avançados como PROFINET, EtherNet/IP ou EtherCAT, estabelecendo a conexão com os controles para o operador na rede da fábrica.

• Integração IO-Link: Com a integração IO, o operador pode alterar remotamente a configuração da válvula, obter dados sobre qual componente está com defeito e permitir a integração com a rede da fábrica.

Benefícios da utilização de terminais de válvulas

Quando se trata de usar terminais de válvulas, existem vários benefícios em termos de operações e automação para uma indústria. Alguns desses benefícios são mencionados abaixo:

• Otimização de espaço: Com um sistema de válvulas pneumáticas centralizado e controlado por terminais de válvulas, reduz-se significativamente o espaço ocupado pelo sistema de controle pneumático, tornando o design da máquina muito mais compacto.

• Redução no tempo de instalação e fiação: A fiação de vários solenoides individuais pode ser demorada em comparação com a fiação de um único conector multipino ou um cabo Ethernet, o que reduz o tempo total de montagem e os custos de mão de obra.

• Diagnóstico e manutenção aprimorados: Terminais de válvulas inteligentes com integração de E/S auxiliam na resolução de problemas que ocorrem na linha de produção sem a necessidade de presença física no local, reduzindo o tempo de inatividade da indústria.

• Eficiência energética: Com uma válvula centralizada muito mais próxima do atuador, o comprimento da tubulação é reduzido, diminuindo também o volume morto do ar, o que significa que a energia consumida na pressurização e compressão do ar é menor.

Aplicações para terminais de válvulas

Em um terminal de válvulas, existe uma ampla variedade de aplicações nas indústrias onde as válvulas pneumáticas são tipicamente muito utilizadas. Algumas dessas aplicações são mencionadas abaixo:

Fabricação e montagem de automóveis

Na fabricação e nas linhas de montagem automotiva, o trabalho é automatizado e normalmente realizado por grampos industriais, garras robóticas e mesas indexadoras. Para controlar todos esses elementos simultaneamente, são utilizados terminais de válvulas, pois oferecem alta resistência à vibração e proporcionam comunicação confiável, o que os torna uma escolha ideal para a indústria automotiva.

Embalagem e Paletização

As máquinas utilizadas para embalagem precisam operar em alta velocidade e ter movimentos bem sincronizados para garantir que a dobragem de caixas, o enchimento de recipientes e a selagem de embalagens sejam realizados com facilidade. É aí que os terminais de válvulas se destacam como uma excelente opção, oferecendo um tempo de resposta muito baixo e designs compactos, ideais para aplicações de embalagem.

Montagem Eletrônica

Para a montagem de componentes eletrônicos, dois fatores essenciais são a otimização do espaço e a precisão. Terminais de válvulas compactos e leves são a solução ideal, pois podem ser montados diretamente nos braços robóticos móveis, economizando espaço e garantindo precisão.

Encontrando o terminal de válvula correto

Quando se trata de terminais de válvulas, existem diversas opções disponíveis. Escolher o terminal certo pode ser crucial para o sucesso ou o fracasso do seu projeto de engenharia.

Requisitos de dimensionamento e vazão

As válvulas pneumáticas funcionam com fluxo de ar. Os terminais da válvula que as alimentam com ar devem ser capazes de fornecer o fluxo de ar necessário. Normalmente, esse fluxo é medido em CFM ou L/min. É fundamental garantir que o fluxo fornecido corresponda às especificações do atuador da válvula pneumática. Para calcular isso:

Qreq = Qtotalfs (1 + ms)

Aqui:

• Qreq (Vazão Requerida): Indica o tamanho da válvula que você precisa adquirir, normalmente medido em CFM ou L/min.

• Qtotal (Consumo Total de Ar): A quantidade máxima de ar que o sistema utilizaria, considerando que todos os cilindros funcionassem simultaneamente. O total pode ser obtido somando-se a taxa de consumo de cada cilindro.

• fs (Fator de Simultaneidade): É o fator que define quantos cilindros disparam ao mesmo tempo.

• ms (Margem de Segurança): Normalmente, de 0,2 a 0,3, definindo a margem para a queda de pressão, garantindo que você não utilize válvulas subdimensionadas.

Arquitetura de Conectividade Elétrica e Controle

Esse fator determinará como seu terminal poderá se comunicar com o CLP. Se você precisar apenas controlar máquinas simples, uma conexão multipolar de 24 V CC é suficiente. No entanto, se os requisitos da indústria forem baseados em automação orientada a dados, é melhor optar por um terminal de válvulas com conectividade IO-Link ou Fieldbus integrada, o que facilita muito a manutenção e a solução de problemas, além de minimizar a fiação demorada de solenoides individuais.

Classificações Ambientais

Para terminais de válvulas, a classificação ambiental pode variar, mas você deve escolher a opção correta após avaliar o ambiente operacional. Bem, para um terminal que será usado em um gabinete de proteção interno, uma classificação IP40 seria suficiente. No entanto, se o terminal for montado diretamente na estrutura da máquina e estiver exposto a poeira, fluido refrigerante ou procedimentos de limpeza, recomenda-se optar por classificações IP mais altas, como IP65, IP67 ou até mesmo IP69K, para garantir a proteção dos componentes eletrônicos internos sensíveis.

Considerações de segurança e conformidade para sistemas de terminais de válvulas

Em qualquer setor industrial, a segurança dos operadores humanos e das máquinas deve ser a prioridade máxima. Para garantir o cumprimento dessas normas de segurança, alguns fatores de conformidade devem ser considerados:

• Exaustão segura e redução de ruído: Ao operar válvulas pneumáticas, a principal preocupação é o alto nível de ruído produzido pela exaustão do ar. Portanto, ao escolher um terminal de válvula, certifique-se de que silenciadores de alta qualidade sejam utilizados nas portas de exaustão para garantir a proteção dos trabalhadores contra danos auditivos.

• Zonas de pressão e desligamento seguro do torque (STO): Alguns terminais pneumáticos avançados apresentam múltiplas zonas de pressão isoladas. Essas zonas ajudam a remover o ar de atuadores perigosos, como prensas ou grampos pesados, e a manter a pressão do ar no dispositivo de fixação da peça para evitar falhas.

• Certificações da indústria: Certifique-se de que os componentes sejam aprovados e possuam certificações reconhecidas no setor, como CE, UKCA, UL e ISO, para garantir a consistência na qualidade da fabricação.

Conclusão

Em praticamente todos os setores industriais que utilizam automação, incluindo braços robóticos, garras e grampos, as válvulas pneumáticas são essenciais. Nenhuma indústria deseja lidar com a fiação e a instalação complexas e demoradas dessas válvulas solenoides independentes. Um terminal de válvulas resolve todos esses problemas, fornecendo um sistema de controle centralizado para todas as válvulas, com uma conexão elétrica centralizada, o que facilita muito a solução de problemas e a instalação. Os terminais de válvulas estão se tornando um requisito fundamental para qualquer indústria que busque automatizar ou aprimorar seus processos de automação. Portanto, se você é engenheiro, empreiteiro, gerente de fábrica ou proprietário de uma indústria que busca melhorar a automação em seu setor, certifique-se de seguir os protocolos de segurança e selecionar o terminal de válvulas adequado à sua aplicação industrial, seguindo as orientações acima para garantir que as necessidades da sua indústria sejam atendidas.

Assim como escolher o terminal de válvula correto é essencial, escolher o fabricante certo é igualmente importante. Portanto, se você busca modernizar sua arquitetura pneumática, nossa recomendação é a Titan Automation . Com mais de 26 anos de experiência no setor e exportações para mais de 60 países, a empresa construiu uma reputação de excelência no fornecimento de soluções pneumáticas completas, rápidas e com ótimo custo-benefício, essenciais para impulsionar seus sistemas automatizados rumo ao futuro.

Perguntas frequentes

Q1: Qual é a principal diferença entre um terminal de válvula e uma válvula solenoide independente?

Uma válvula solenoide independente pode ser usada apenas para controlar um único atuador, que requer suprimento de ar, exaustão e fiação próprios. Por outro lado, um terminal de válvula pode ser usado para controlar simultaneamente várias válvulas solenoides em uma única placa de base, utilizando um suprimento de ar comum, exaustão comum e uma conexão elétrica centralizada, o que ajuda a simplificar o processo de controle e solução de problemas do sistema.

P2: Posso misturar válvulas de tamanhos ou funções diferentes no mesmo terminal de válvula?

Sim, muitos dos terminais de válvulas permitem a integração de válvulas de vários tamanhos, de 10 mm a 14 mm, e diferentes funções, incluindo 3/2 vias, 5/2 vias e 5/3 vias, tudo na mesma base de manifold.

Q3: Qual é a tensão operacional padrão para terminais de válvulas industriais?

Os terminais de válvulas industriais mais comuns operam com 24V CC, que geralmente é a tensão de operação padrão de automação industrial, PLCs e circuitos de segurança.

Q4: Os terminais de válvulas são adequados para ambientes de fabricação severos?

Depende do tipo de proteção oferecida pelo fabricante. Se você pretende usar terminais de válvulas em ambientes agressivos, procure por classificações IP65 ou IP67. Os terminais com essas classificações possuem uma caixa que os protege contra poeira e jatos de água de baixa pressão, o que permite que sejam montados diretamente na máquina, em vez de um painel de controle separado.