Riguardo le caratteristiche tecniche richieste per le valvole, delle quali abbiamo parlato qui, è fondamentale un dimensionamento accurato del corpo valvola e dei vari organi costituenti, alla luce delle condizioni operative di riferimento.

Il corretto dimensionamento è utile per prevenire dannose deformazioni determinate dalle variazione di temperatura e pressione del fluido, deformazioni che possono indurre significativi sforzi meccanici trasmessi alla valvola dalle tubazioni.

Variabili che intervengono nel dimensionamento di una valvola

Il dimensionamento dei vari componenti viene eseguito in funzione delle dilatazioni termiche con l’obiettivo di assicurare la qualità degli accoppiamenti per tutto l’intervallo di temperature in esercizio, così da compensare adeguatamente i diversi coefficienti di dilatazione del corpo rispetto all’otturatore.

Un elemento di grande rilevanza è la resistenza all’usura nella sezione ristretta di passaggio tra otturatore e sede di tenuta, dove il fluido può raggiungere velocità soniche.

In pratica, una resistenza all’usura soddisfacente si può ottenere utilizzando materiali di grande durezza come i carburi di tungsteno e gli acciai inossidabili AISI 304 o AISI 316 (adatti in caso di elevati salti in pressione), oppure impiegando delle leghe di cobalto-cromo per il rivestimento delle varie superfici (stellitatura).

Una condizione operativa di particolare interesse si ha quando i fluidi operativi sono il vapore acquo oppure l’acqua surriscaldata; in questi casi è opportuno estendere la stellitatura anche allo stelo e alla relativa bussola guida.

Nel caso in cui sia richiesto un elevato grado di tenuta, occorrerà prevedere un otturatore con guarnizioni in PTFE, che però limiterà il campo d’impiego in funzione di una temperatura massima più bassa, con un salto in pressione più contenuto.

Sotto vengono riportate in tabella le leghe resistenti ad usura; si tratta fondamentalmente di leghe quaternarie Co-Cr-W-C indurite per soluzioni solida e per precipitazione.

Il coefficiente di efflusso

Il parametro fondamentale da considerare per orientare la nostra scelta è il coefficiente di efflusso o di portata Kv.

Per semplicità, considereremo l’acqua come fluido di riferimento.
Nel sistema internazionale il coefficiente Kv viene definito come la portata di acqua a 15°C in m3 che passa in 1 ora attraverso la valvola completamente aperta con una pressione differenziale pari a 1 bar.

Nei cataloghi esso viene indicato come Kvs e dovrà essere selezionato fra quelli disponibili con valore superiore a quello calcolato (Kv) e posizionato nel range di regolazione. Risulta utile sapere che esiste il coefficiente Cv (espresso in unità americane) con il seguente rapporto con Kv.

Kv = 0,865 Cv

Risulta significativo indicare il valore minimo di portata regolabile, cioè il valore di portata che rispetta la caratteristica definita dal costruttore, questo valore viene identificato attraverso il coefficiente Kvr; sotto questo valore la valvola si comporta come ON-OFF.

Per calcolare il coefficiente di efflusso Kv abbiamo la seguente espressione:

Dove:
𝑄1 = portata volumica di liquido [m3/h]
𝑚1 = massa volumica del liquido alle condizioni di esercizio [Kg/dm3] ΔP = pressione differenziale o perdita di carico [bar]

In caso di liquidi viscosi dobbiamo considerare il coefficiente di correzione che affetterà il coefficiente Kv calcolato, questo coefficiente si sceglie nelle apposite tabelle.

Una considerazione importante è quella relativa alla verifica della caduta di pressione in caso di utilizzo per regolare la pressione a valle della valvola; tale verifica è necessaria per evitare l’insorgere di fenomeni di cavitazione o flashing, molto dannosi per la valvola.

Come si evince dal grafico riportato in figura 4, la velocità del fluido nella sezione di passaggio deve rimanere sotto la velocità critica WC per una determinata pressione differenziale.