Válvulas direcionais: quantas vias, quantas posições, o que fica ligado em repouso, e quem dá a ordem
A válvula direcional decide para onde o ar vai, o que fica ligado em repouso e o que acontece quando falta energia. Ler o símbolo certo evita a máquina que se move sozinha.
via 1: pressãovias 2 e 4vias 3 e 5carretelsolenoide (14)mola de retornoVálvula 5/2 em corte: via 1: pressão, vias 2 e 4, vias 3 e 5, carretel, solenoide (14), mola de retorno.
- Setor
- Manutenção da frota interna
- Solicitante
- Segurança do trabalho
- Equipamento
- Porta pneumática do ônibus de funcionários
- Prioridade
- Alta: risco na emergência
- Prazo
- 5 dias
A porta do ônibus que leva os funcionários fecha com pancada e, numa simulação de emergência, não abriu. A válvula original foi trocada por uma que havia no almoxarifado. Você vai ler o símbolo da válvula instalada, definir a válvula e o acionamento certos para a função, e conferir se a vazão dela dá a velocidade de abertura que se quer.
- 1Ler o símbolo: vias, posições e repouso
- 2Escolher a válvula pela função e pela emergência
- 3Entender assento, carretel e comando servopilotado
- 4Escolher o acionamento e conferir a vazão
- 5Fechar as contas no laboratório e emitir o relatório RT-10
Entrega: relatório técnico RT-10, no fim da aula
As 5 competências desta aula
- Ler o símbolo de uma válvula direcional: vias, posições, repouso e acionamentos.
- Identificar as conexões pela numeração normalizada.
- Escolher entre válvulas 2/2, 3/2, 5/2 e 5/3 conforme o atuador e a função.
- Distinguir construção de assento e de carretel, e válvulas monoestáveis e biestáveis.
- Selecionar o acionamento e o tamanho da válvula pela vazão nominal.
Quadrados, vias, setas e números: como se lê uma válvula
O símbolo não mostra como a válvula é feita. Mostra o que ela faz.
A denominação. Uma válvula é chamada por dois números, separados por uma barra: vias / posições. A válvula da figura é uma 5/2: cinco vias e duas posições. Lê-se "cinco vias, duas posições", ou "cinco por dois".
| Conexão | Número | Letra antiga | Função |
|---|---|---|---|
| Pressão, ou alimentação | 1 | P | Entrada do ar comprimido |
| Trabalho, ou utilização | 2 e 4 | A e B | Saídas para o atuador |
| Escape | 3 e 5 | R e S | Saídas para a atmosfera |
| Comando, ou pilotagem | 12 e 14 | Y e Z | Sinal que liga 1 a 2, ou 1 a 4 |
| Comando de fechamento | 10 | Z | Sinal que fecha a passagem de 1 |
| Escape de pilotagem | 82 e 84 | Saída do ar dos pilotos, em válvulas elétricas |
Normalmente fechada e normalmente aberta. Em válvulas de 2 e de 3 vias, o estado de repouso tem nome.
- Normalmente fechada, NF: em repouso, a pressão está bloqueada, e a saída, em escape. Acionada, deixa passar.
- Normalmente aberta, NA: em repouso, a pressão passa para a saída. Acionada, bloqueia e alivia a saída.
Atenção ao vocabulário: em pneumática, aberta quer dizer que o ar passa. Em elétrica, contato aberto quer dizer que a corrente não passa. São convenções opostas, e a confusão é comum em quem vem de uma área para a outra.
Ler uma válvula
Um símbolo tem dois quadrados. No quadrado da direita, onde estão as conexões, uma seta liga a via 2, em cima, à via 3, embaixo, e a via 1 termina em um T. No da esquerda, uma seta liga 1 a 2, e a via 3 termina em um T. À direita, uma mola. À esquerda, um rolete. Que válvula é essa?
- Dois quadrados: duas posições.
- Vias no quadrado de repouso: 1, 2 e 3. Três vias.
- Em repouso, 1 bloqueada e 2 em escape por 3: normalmente fechada.
- Acionamento por rolete, retorno por mola.
2/2, 3/2, 5/2 e 5/3: qual válvula para qual função
A válvula se escolhe pelo que há do outro lado: um bico de sopro, um cilindro de simples ação, um de dupla ação, ou um que precisa parar no meio.
| Válvula | O que faz | Aplicação típica |
|---|---|---|
| 2/2 | Abre e fecha uma passagem. Não alivia a saída | Sopro de ar, ejetores, alimentação de um trecho, descarga |
| 3/2 normalmente fechada | Pressuriza a saída, ou a liga ao escape | Cilindro de simples ação. Emissão de sinais: botões e fins de curso. Corte e despressurização de uma máquina |
| 3/2 normalmente aberta | A saída fica pressurizada em repouso | Cilindro que deve ficar avançado sem sinal. Inversão de um sinal |
| 4/2 | Inverte duas saídas, com um só escape | Cilindro de dupla ação. Pouco usada hoje |
| 5/2 | Inverte duas saídas, com um escape para cada | Cilindro de dupla ação: a válvula de potência padrão |
| 5/3 de centro fechado | Na posição central, todas as vias bloqueadas | Parar o cilindro em posição intermediária, aproximadamente |
| 5/3 de centro em escape | No centro, as duas saídas ligadas aos escapes | Deixar o cilindro livre, sem força, para ajuste manual ou em emergência |
| 5/3 de centro pressurizado | No centro, as duas saídas com pressão | Equilibrar cilindros de haste passante. Parada com as duas câmaras cheias |
Por que cinco vias, e não quatro. A válvula 4/2 faz a mesma inversão, com um escape comum. A 5/2 separa os escapes: o ar que sai de cada câmara tem a sua própria saída. Isso permite regular a velocidade de cada sentido com um estrangulador no escape correspondente, e simplifica a construção de carretel. Por isso, a 5/2 tomou o lugar da 4/2.
A posição central da 5/3. As três versões diferem só no que acontece no meio, quando nenhum dos lados está acionado.
- Centro fechado. O ar fica preso nas duas câmaras, e o cilindro para. Não é uma parada exata: o ar é compressível, a carga faz o êmbolo ceder, e qualquer vazamento o deixa escorregar com o tempo. Serve para interromper um movimento, e não para posicionar.
- Centro em escape. As duas câmaras se esvaziam. O cilindro fica solto. Com carga vertical, ela desce.
- Centro pressurizado. As duas câmaras recebem pressão. Em um cilindro comum, a área maior do lado traseiro vence, e a haste avança devagar.
Monoestável e biestável. É a distinção mais importante para o comportamento da máquina.
- Monoestável: um acionamento de um lado, e mola do outro. Tem uma posição preferencial. Enquanto houver sinal, fica acionada. Quando o sinal some, volta.
- Biestável: um acionamento de cada lado, sem mola. Um pulso de sinal a muda de posição, e ela permanece, mesmo depois que o sinal desaparece, até receber um pulso do outro lado. É uma memória. Também chamada de válvula de impulso, ou de duplo piloto.
| Situação | Monoestável | Biestável |
|---|---|---|
| Sinal de comando | Precisa ser mantido durante todo o movimento | Basta um pulso curto |
| Falta de sinal ou de energia elétrica | Volta ao repouso: o cilindro retorna | Fica onde estava: o cilindro completa ou mantém o movimento |
| Sinais nos dois lados ao mesmo tempo | Não ocorre | A válvula não comuta: vale o primeiro sinal que chegou |
| Posição ao religar a máquina | Sempre a de repouso | A última em que ficou: pode não ser a esperada |
| Uso típico | Fixação que deve soltar, ou atuador que deve recuar, em uma falha | Fixação que deve permanecer presa em uma falha. Sequências com sinais curtos |
O primeiro freio a ar dos trens funcionava assim: o maquinista abria uma válvula, o ar da locomotiva corria por um tubo ao longo dos vagões, e empurrava as sapatas contra as rodas. Era um avanço enorme sobre os homens que corriam pelo teto girando volantes. Tinha um defeito que só aparecia na pior hora. Se o trem se partisse em dois, ou uma mangueira estourasse, o freio deixava de existir. A correção, três anos depois, foi uma válvula que invertia a lógica: o freio passou a ser aplicado pela falta de ar
Até a década de 1860, um trem era freado à mão. Em cada vagão, um volante acionava as sapatas, e guarda-freios se deslocavam entre os vagões, em movimento, para apertá-los ao sinal do apito. Um trem de carga longo precisava de centenas de metros, e de sorte.
George Westinghouse, então com pouco mais de vinte anos, patenteou em 1869 um freio de ar comprimido. Um compressor a vapor, na locomotiva, enchia um reservatório. Um tubo, com mangueiras entre os vagões, corria por todo o trem. Em cada vagão, um cilindro, ligado às sapatas. Para frear, o maquinista admitia ar no tubo. Esse sistema, chamado de freio direto, funcionou bem em trens de passageiros curtos.
Os seus limites eram dois. O ar levava tempo para chegar ao último vagão, que freava muito depois do primeiro. E, mais grave, o freio dependia de o tubo estar inteiro e pressurizado. Um engate rompido, justamente a situação em que os vagões soltos mais precisam parar, deixava-os sem freio algum.
A solução, patenteada por volta de 1872, foi o freio automático. Cada vagão passou a ter o seu próprio reservatório de ar, e uma válvula nova, que Westinghouse chamou de válvula tríplice, por cumprir três funções. Com o tubo geral do trem pressurizado, a válvula mantém o reservatório do vagão carregado, e o cilindro de freio, em escape: freio solto. Quando a pressão do tubo cai, a válvula muda de posição, e liga o reservatório do vagão ao cilindro: freio aplicado. Quando a pressão do tubo volta a subir, ela alivia o cilindro e recarrega o reservatório.
A lógica ficou invertida. O maquinista freia retirando ar do tubo. E um tubo rompido, um engate partido ou uma mangueira solta produzem, por si, a queda de pressão que aplica o freio em todos os vagões, dos dois lados do rompimento.
O sistema ainda era lento em trens de carga muito longos, e testes públicos na década de 1880 levaram a uma versão de ação rápida da válvula, que descarrega localmente parte do ar do tubo e propaga a frenagem ao longo do trem. Em 1893, uma lei federal americana tornou o freio a ar obrigatório nos trens. O princípio do freio automático continua em uso nas ferrovias.
Fontes: Britannica, verbete sobre George Westinghouse e o freio a ar (patente de 1869; lei de segurança ferroviária de 1893); American-Rails.com, Westinghouse air brake (válvula tríplice e freio automático, por volta de 1872); HowStuffWorks, Railroad expansion (adoção obrigatória a partir de 1893)
Assento e carretel, comando direto e servopilotado
Duas formas de abrir e fechar passagens por dentro, com comportamentos diferentes diante de sujeira, de força de acionamento e de desgaste.
| Aspecto | Válvula de assento | Válvula de carretel |
|---|---|---|
| Elemento móvel | Um disco, um cone ou uma esfera, que se afasta de uma sede | Um êmbolo cilíndrico com ressaltos, que desliza e cobre ou descobre furos |
| Curso de acionamento | Curto: abre muita passagem com pouco movimento | Longo |
| Vedação | Muito boa: estanque | Boa, com anéis de borracha. Com ajuste metal contra metal, há pequena fuga permanente |
| Sujeira no ar | Pouco sensível | Sensível, sobretudo a de ajuste metálico |
| Força de acionamento | Maior: é preciso vencer a pressão sobre o disco | Pequena, e quase independente da pressão |
| Funções | Em geral, 2/2 e 3/2 | Qualquer uma: 3/2, 5/2, 5/3 |
| Vida útil | Longa, sem desgaste por deslizamento | Longa, dependente da qualidade do ar e da lubrificação |
Sobreposição. No instante em que uma válvula comuta, há um trecho do curso em que as passagens estão trocando. Em algumas construções, todas ficam fechadas por um instante: nenhum ar se perde. Em outras, pressão e escape ficam ligados por um instante: há um sopro de ar para a atmosfera a cada comutação. Em válvulas acionadas devagar, por um ressalto lento, a diferença é importante.
Comando direto. O acionamento move a peça principal: o dedo no botão, o núcleo do solenoide. Funciona com qualquer pressão, inclusive zero e vácuo. Em válvulas elétricas, exige bobina grande, e por isso é usado em tamanhos pequenos.
Servopilotada, ou de comando indireto. O acionamento move uma válvula piloto minúscula, que deixa passar ar da própria linha para empurrar a peça principal. A força de comando é pequena, e a válvula comandada pode ser grande. É a construção da maior parte das válvulas elétricas. Tem uma exigência: pressão mínima de trabalho, tipicamente de 1,5 a 3 bar, sem a qual o piloto não tem força para comutar. Para pressões baixas ou vácuo, usa-se alimentação separada do piloto.
Acionamento manual auxiliar. Válvulas elétricas têm um pequeno botão ou parafuso que comuta o piloto à mão. Serve para testar o atuador sem o comando elétrico. Exige cuidado: move a máquina fora do controle do sistema, e alguns modelos travam na posição acionada.
Mola de ar. Em muitas válvulas de carretel, o retorno não é feito por mola de aço, mas pela pressão da linha sobre uma área menor na ponta oposta. Funciona como mola, sem fadiga.
O órgão era o instrumento mais complexo que existia, e tinha um limite físico: os dedos do organista. Cada tecla abria, por hastes e alavancas de madeira, as válvulas de todos os tubos ligados a ela. Quanto maior o instrumento e mais alta a pressão do ar, mais dura a tecla. Nos maiores órgãos, com os teclados acoplados, tocar exigia força de trabalhador braçal. Um construtor inglês propôs que o ar do próprio órgão fizesse o esforço
Em um órgão de tubos, o ar sob pressão, vindo dos foles, fica em uma caixa sob os tubos. Cada nota tem uma válvula, uma tampa de madeira forrada de couro, que o ar comprime contra a sua sede. Ao pressionar a tecla, o organista puxa essa tampa contra a pressão, por meio de um mecanismo de hastes e esquadros que pode ter muitos metros.
No início do século XIX, os órgãos cresciam, em número de tubos e em pressão de ar, para encher catedrais e salas de concerto. O esforço nas teclas crescia junto. Com vários teclados acoplados, para que uma tecla acionasse as válvulas de todos, a força necessária tornava impraticável tocar passagens rápidas.
Na década de 1830, o construtor inglês Charles Barker concebeu um dispositivo intermediário. Para cada tecla, um pequeno fole auxiliar, do tamanho de uma mão. A tecla deixava de puxar a válvula do tubo. Passava a abrir apenas uma válvula minúscula, que admitia ar do próprio órgão dentro do pequeno fole. O fole inflava, e era ele que puxava o mecanismo pesado. Ao soltar a tecla, a pequena válvula fechava a entrada e abria um escape, e o fole murchava.
O esforço do dedo passou a ser o de mover uma válvula de poucos centímetros quadrados. O trabalho pesado era feito pelo ar. Barker ofereceu a ideia a construtores ingleses, que estavam erguendo grandes órgãos na época, e ela foi recusada.
Ele se mudou para a França, onde patenteou o dispositivo por volta de 1839. Um jovem construtor, Aristide Cavaillé-Coll, que trabalhava no órgão da basílica de Saint-Denis, perto de Paris, enfrentava exatamente esse problema, e incorporou o mecanismo ao instrumento, inaugurado em 1841. O resultado, um órgão grande com toque leve, influenciou a construção de órgãos por décadas, e o dispositivo ficou conhecido como alavanca pneumática de Barker.
Fontes: Wikipedia (inglês), Barker lever e Charles S. Barker (patente francesa de 1839; órgão de Saint-Denis inaugurado em 21/09/1841); Britannica, Barker lever; Correção feita na conferência de 05/11/2026: a data de 1832 do v3 não aparece nas fontes como data da invenção
A válvula 5/2 por dentro
Válvula de carretel, servopilotada por solenoide e com retorno por mola, cortada ao meio. O rosa forte é pressão; o claro, escape. Toque nos números e veja a válvula mudar de posição.
Aponte a câmera do celular para o QR e veja a peça em tamanho real sobre a sua mesa. A válvula está em tamanho real, como uma 5/2 de bancada.
Atenção: esta cópia está rodando só no seu computador. O QR funciona quando a aula estiver publicada.
Quem dá a ordem, e quanto ar a válvula deixa passar
Do lado de fora, o acionamento. Por dentro, a seção de passagem, que se traduz em vazão.
Um cilindro de 63 mm deve avançar 300 mm em 0,6 s, a 6 bar. Que vazão nominal a válvula precisa ter, em L/min?
| Grupo | Acionamentos | Uso |
|---|---|---|
| Muscular | Botão, botão cogumelo, alavanca, pedal, chave seletora | Comandos do operador: partida, emergência, seleção de modo |
| Mecânico | Pino, rolete, rolete escamoteável, ou gatilho, mola | Fins de curso, acionados pela própria máquina |
| Pneumático | Piloto por pressão, piloto por alívio de pressão, piloto diferencial | Válvulas de potência comandadas por sinais de ar |
| Elétrico | Solenoide direto, solenoide com piloto | Comando por relés, controladores programáveis e redes |
| Combinado | Solenoide e manual, piloto e mola, com trava | Conforme a função |
Rolete escamoteável, ou gatilho. Um rolete articulado, que aciona a válvula quando o ressalto passa em um sentido, e dobra, sem acionar, quando passa no outro. Emite um sinal curto, só na ida. É um recurso para resolver conflitos de sinais, assunto de aulas à frente.
Solenoides. A tensão mais comum é 24 volts em corrente contínua, com potências de 1 a 5 watts, e versões de baixo consumo abaixo de 1 watt. As bobinas são identificadas pelos mesmos números das conexões de comando: 14 e 12.
Ilhas de válvulas. Várias válvulas montadas lado a lado, sobre uma base com alimentação e escapes comuns, e uma só ligação elétrica, por cabo múltiplo ou por rede de comunicação. Reduzem tubos, condutores e pontos de vazamento.
O tamanho: vazão nominal. A rosca da conexão indica o tamanho da válvula, mas não quanto ar ela passa. O dado que importa é a vazão nominal: a vazão de ar livre que atravessa a válvula, com 6 bar na entrada e queda de pressão de 1 bar. Em catálogos de origem americana, aparece o coeficiente Cv.
| Conexão | Vazão nominal típica | Cilindros que atende, em ordem de grandeza |
|---|---|---|
| M5 | 100 a 250 L/min | Até 25 mm |
| 1/8 de polegada | 400 a 900 L/min | De 25 a 50 mm |
| 1/4 de polegada | 900 a 1 800 L/min | De 50 a 80 mm |
| 3/8 de polegada | 1 800 a 3 000 L/min | De 80 a 125 mm |
| 1/2 polegada | 3 000 a 6 000 L/min | De 125 a 200 mm |
A válvula para um cilindro
Um cilindro de 63 mm deve avançar 300 mm em 0,6 segundo, a 6 bar. Que vazão nominal a válvula deve ter?
- Velocidade: 300 ÷ 0,6 = 500 mm/s, ou 50 cm/s.
- Vazão de pico: 31,2 cm² × 50 cm/s × 7 ÷ 1 000 = 10,9 L/s, ou 655 L/min.
- Com folga de 30 %: 850 L/min.
Critérios de seleção, em ordem.
- Função: vias e posições, conforme o atuador.
- Repouso e memória: monoestável ou biestável, conforme o comportamento desejado na falha.
- Acionamento: conforme a origem do sinal.
- Vazão nominal: conforme a vazão de pico do atuador.
- Pressão: faixa de trabalho, e mínima para o piloto.
- Ambiente: temperatura, umidade, poeira, área classificada, lavagem.
- Montagem: individual, em bloco, em ilha.
Simulador de posições, vazão pela válvula, velocidade que a válvula permite, que válvula usar, grupos de acionamento, o que fazer, e treino
O primeiro modo mostra o que cada válvula liga em cada estado. O segundo calcula a vazão conforme a queda de pressão. O terceiro, a velocidade de cilindro que uma válvula permite. O quarto e o quinto classificam. O sexto apresenta decisões. O sétimo sorteia contas.
Quatro erros com válvulas direcionais
Um de leitura, dois de especificação, e um de tamanho.
Os quadrados são posições da mesma válvula.
A válvula define o comportamento na falha.
Ar preso é uma mola, e vaza.
Válvulas de mesma rosca diferem em mais do dobro.
A vazão nominal a partir do Cv
O catálogo de uma válvula informa coeficiente Cv de 1,2. Qual é a vazão nominal aproximada dessa válvula, em litros por minuto, usando a relação de 984 L/min para cada unidade de Cv?
Válvulas direcionais no seu trabalho
Ler a plaqueta e o símbolo de uma válvula é a primeira habilidade de quem mantém ou projeta máquinas pneumáticas. Clique em um cartão.
Emita o documento do seu trabalho
Os resultados do laboratório entram sozinhos. Complete o que falta, assine e salve em PDF: é a sua peça de portfólio desta aula.
Relatório técnico: válvula direcional da porta do ônibus
| Válvula analisada no simulador | |
|---|---|
| Situação com os sinais aplicados | |
| Válvula correta e posição na emergência | |
| Acionamento | |
| Vazão nominal da válvula (L/min) | |
| Velocidade que a válvula permite |
| Conclusão do técnico |
|---|
7 situações de trabalho
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Vias e posições no símbolo, repouso pela falha, e tamanho pela vazão
A válvula direcional decide para onde o ar vai. Falta decidir com que velocidade ele passa, em que sentido pode passar, e com que pressão. Essas três funções cabem a válvulas menores, que ficam entre a direcional e o cilindro, ou nas linhas de sinal: reguladoras de fluxo, de retenção, de escape rápido, alternadoras, de simultaneidade, e de sequência. A próxima aula trata delas.