Terminais de válvulas versus manifolds: principais diferenças que os engenheiros precisam conhecer.

A O terminal de válvulas é uma evolução do manifold de válvulas . Os manifolds de válvulas ainda são usados ​​em aplicações industriais modernas, mas sua função mudou de centro de controle para dispositivo confiável de distribuição de fluidos para fluxos de alto volume e isolamento mecânico. Em comparação, os terminais de válvulas são dispositivos de controle que evoluíram do analógico para o digital. Ao integrar eletrônica embarcada com manifolds mecânicos, os terminais de válvulas otimizam o espaço ocupado pelo sistema, proporcionam eficiência energética e reduzem o custo do ciclo de vida.

Este artigo explorará as principais diferenças entre os dois componentes essenciais de qualquer rede pneumática. Ele fornecerá informações importantes e valiosas para engenheiros. Ao final, você terá uma ideia clara de onde e quando usar terminais de válvulas e manifolds, respectivamente, em sua aplicação.

O que são terminais de válvulas em sistemas pneumáticos?

Definição

Os terminais de válvulas são um centro de controle que permite ou bloqueia o fluxo de fluido. Isso é feito fornecendo a vazão desejada às suas portas por meio de sinais digitais provenientes de um dispositivo computacional. Eles são a espinha dorsal dos modernos sistemas pneumáticos industriais.

Componentes do terminal da válvula

• Interface Fieldbus: Converte informações de rede em comandos para válvulas.

• Bloco de Conexão Elétrica: Ponto de entrada para cabos de energia e comunicação.

• Controlador integrado: Para controle autônomo, alguns terminais de válvulas possuem PLCs (Controladores Lógicos Programáveis).

• Conexão multipino: Conexão alternativa ao barramento de campo.

• Bloco do coletor: Base mecânica que abriga todas as portas e canais.

• Válvulas solenoides: dispositivos eletromagnéticos que direcionam o fluxo de ar.

• Fornecimento de ar piloto: Auxilia a válvula solenoide em caso de pressão muito alta ou muito baixa a jusante.

• Controles manuais: Botão/interruptor mecânico para acionar a perda de energia.

• Sensores: Instrumentos para monitorar pressão, vazão e níveis de vácuo.

• Portas de escape: Os pontos de ventilação geralmente são equipados com silenciadores para reduzir o ruído.

• Indicadores de status LED: Luzes de diagnóstico que mostram alimentação, comunicação e atuação.

• Placas de vedação: Tampas para posições de válvulas não utilizadas.

Tipos de terminais de válvulas

Os terminais de válvulas vêm em diferentes formatos, recursos e configurações de controle. Podemos dividi-los em três categorias principais:

• Por meio de comunicação: Multipolo, Fieldbus, IO-Link e Controle Integrado.

• Configuração física: modular e compacta

• Por funcionalidade: 5/2, 3/2 e 5/3 ou misto.

O que é um manifold em sistemas pneumáticos?

Definição

Trata-se de uma interface de válvula e um dispositivo mecânico que direciona ar ou fluido através de sua carcaça metálica. Possui passagens internas usinadas no coletor. Suporta pressão de até 6.000 psig e é valorizado por seu design compacto em comparação a uma rede de tubulação.

Componentes do Coletor de Válvulas

• Bloco coletor: É o bloco metálico que contém a rede de distribuição de fluidos.

• Porta de entrada comum: Ponto de entrada para fornecimento de ar comprimido ou fluido.

• Portas de trabalho: Pontos para conexão de atuadores e cilindros.

• Portas de exaustão: Saídas que liberam o ar ou fluido usado de volta para o reservatório ou para a atmosfera.

• Faces de montagem de válvulas individuais: Local de montagem de válvula independente.

• Galerias internas: Túneis dentro do bloco coletor para direcionar o fluido.

• Tirantes ou parafusos de montagem: Uma haste tensionada que mantém as partes do coletor unidas.

• Placas terminais: Tampas metálicas que vedam a extremidade das galerias internas.

• Vedações e anéis de vedação: Anéis elastoméricos que impedem o vazamento do ar de alta pressão.

• Furos de montagem: Pontos para fixação dos coletores a uma estrutura.

Tipos de coletor de válvulas

Os tipos de manifolds de válvulas são definidos pela quantidade de válvulas que podem suportar. Vamos examinar cada tipo:

• 2-Válvula: Utilizada para bloqueio básico e sangria de fluido no sistema.

• Sistema de 3 válvulas: Duas válvulas são usadas para bloqueio e uma para equalização. São ideais para aplicações de pressão diferencial, protegendo contra sobrepressurização unilateral durante a partida.

• 5 válvulas: Para configurações completas que incluem válvulas de ventilação para atividades de calibração ou manutenção.

Como funcionam os terminais de válvulas e os manifolds?

Para entender como um terminal de válvula e um manifold funcionam, precisamos compreender como eles atuam em conjunto nos sistemas pneumáticos. Podemos dividir todo o mecanismo de funcionamento desses componentes em duas partes principais: a parte de controle eletrônico e a parte de execução pneumática.

Camada de Controle Eletrônico

O centro de controle do terminal de válvulas recebe sinais de um CLP (Controlador Lógico Programável) utilizando um protocolo de comunicação, que pode ser Profinet ou EtherNet/IP. Um único cabo transporta esses sinais multiplexados de um dispositivo computacional até o terminal de válvulas. Uma porta Ethernet no terminal de válvulas recebe o sinal e ativa o barramento interno para abrir ou fechar uma válvula solenoide. A energização da válvula solenoide permite a passagem de ar piloto para movimentar grandes rotores internos, iniciando o fluxo de ar de alta pressão.

Camada de Execução Pneumática

Assim que o dispositivo eletromagnético levanta o carretel por meio de ar piloto, os componentes físicos garantem que o ar chegue ao ponto designado. A sub-base do coletor pneumático distribui o ar de alta pressão com segurança. Ela direciona o ar comprimido da entrada comum através de galerias internas até as portas de saída designadas.

Pode ter configurações de carretel 2/2, 3/2, 5/2 ou qualquer outra. O coletor garante que o ar seja fornecido ao atuador no volume e pressão necessários. Finalmente, o ar sai do coletor e entra no atuador, que pode ser uma válvula pneumática, um braço robótico ou um cilindro. Para o próximo ciclo, o coletor também possui um circuito de exaustão com silenciadores integrados para preparar o sistema para o ciclo seguinte.

Principais diferenças funcionais entre terminais de válvulas e manifolds

Para entender a principal diferença funcional, podemos comparar suas especificações/recursos lado a lado em formato de tabela:

Principais vantagens dos terminais de válvulas e dos manifolds pneumáticos

Terminais de válvulas

• Configuração simples: em vez de passar tubos de ar comprimido ou fios de energia individuais para cada válvula, esses terminais os agrupam. Isso reduz a necessidade de fiação e espaço físico.

• Tamanho reduzido: Em vez de instalá-los lado a lado em um trilho DIN, os terminais de válvulas modernos são projetados para empilhamento em série. Isso permite alta densidade de E/S em um espaço compacto.

• Velocidade e Eficiência Energética: Posicionar o terminal da válvula diretamente próximo ao atuador físico reduz o tempo necessário para a purga, aumentando a velocidade do ciclo da máquina em 30% e reduzindo o desperdício de energia em 50%.

• Diagnóstico Inteligente: Os terminais de válvulas modernos vêm com uma ferramenta de diagnóstico que indica qual válvula tem um fio rompido ou queda de pressão. Isso reduz o tempo de solução de problemas e manutenção.

• Versatilidade ambiental: Com características como a classificação IP67 de resistência e a certificação VDI 2083 de hipersanitização para fabricação de semicondutores em salas limpas, os terminais de válvulas são altamente adaptáveis.

Coletores Pneumáticos

• Prevenção de Vazamentos e Conformidade: O uso de tubulações para o transporte de fluidos resulta em mais conexões e maior probabilidade de vazamentos. Os manifolds reduzem o número de conexões. Isso é crucial para atender a padrões rigorosos de emissão ambiental, como o API 624.

• Autolimpeza: As linhas que levam aos instrumentos podem entupir. Esses manifolds possuem blocos de purga integrados com filtros que limpam as linhas para garantir o fluxo adequado.

• Calibração: A maior vantagem do manifold de válvulas é a possibilidade de usar configurações de 2, 3 ou 5 válvulas para isolar um instrumento, liberar a pressão retida e calibrar o manômetro sem interromper a linha principal do processo.

• Condições extremas: Estes equipamentos utilizam vedações de grafite, o que lhes permite operar em temperaturas contínuas de até 1000 °C.

Quando especificar terminais de válvulas em vez de manifolds

Para entender completamente quando investir em um terminal de válvulas em vez de um manifold, precisamos analisar detalhadamente os requisitos do sistema que justificam seu uso. Aqui estão os cenários de uso:

Quando a aplicação exige velocidade e inteligência.

Se o seu sistema exige movimentos rápidos e mudanças de posição ágeis, como um braço robótico agarrando, girando e soltando, então o terminal de válvula é a solução ideal. A instalação de terminais de válvula próximos aos atuadores garante um comprimento de tubo menor, reduzindo o tempo de ciclo e melhorando o tempo de resposta. Uma máquina sofisticada como um robô pode ter inúmeros sensores e interruptores de limite. Os terminais de válvula coletam os dados e os enviam de volta ao computador principal usando um único cabo. Isso elimina a necessidade de passar centenas de fios.

Quando o sistema precisa se adaptar e sobreviver

Para garantir a compatibilidade futura, os terminais de válvulas modulares são ideais. Caso você precise adicionar mais válvulas anualmente ou mensalmente, basta encaixar novas seções de válvulas no bloco existente. Os terminais de válvulas também possuem diagnósticos internos que alertam os operadores sobre quedas de pressão, indicando vazamentos. Além disso, são robustos o suficiente para suportar condições úmidas e empoeiradas sem apresentar falhas.

Conclusão

Podemos concluir que os terminais de válvulas são dispositivos dinâmicos e adequados para um sistema pneumático automatizado. Os manifolds são dispositivos estáticos, robustos devido à sua natureza estática, mas não integram componentes eletrônicos. Ambos são utilizados para direcionar ar comprimido de alta pressão para dispositivos a jusante. Os terminais de válvulas são para controle, enquanto os manifolds são para distribuição de fluidos em grande volume e isolamento mecânico preciso. Como engenheiro, avalie a escalabilidade, os custos do ciclo de vida e os protocolos de comunicação. Analise os requisitos do seu sistema e opte por uma das opções.

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Perguntas frequentes

Q1: Qual é a principal diferença de aplicação entre terminais de válvulas e manifolds?

Os terminais de válvulas são dispositivos dinâmicos ideais para a automação do fornecimento de ar comprimido. Em comparação, os manifolds são dispositivos estáticos e robustos de distribuição de ar comprimido que oferecem opções de isolamento e calibração para instrumentos em medições de processo.

Q2: Os terminais de válvulas podem lidar com diferentes tipos de válvulas em uma única unidade?

Sim, elas suportam válvulas mistas de 3/2 vias, 5/2 vias e 5/3 vias para funções versáteis, como controle de cilindros de ação simples ou dupla. Para recursos avançados de segurança contra falhas, a válvula de 5/3 vias oferece travamento em uma posição intermediária.

P3: Como os manifolds reduzem os custos de instalação?

Os manifolds são dispositivos mecânicos estáticos que proporcionam a distribuição de fluidos com segurança. Eles integram válvulas em um único bloco, resultando em uma redução na tubulação e nas conexões. Tanto os custos de mão de obra quanto os de materiais são reduzidos em até 50%.