La valvola di regolazione come componente di impianto

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La valvola di regolazione come componente di impianto

La valvola di regolazione costituisce un elemento importante in un sistema idraulico, perciò il suo corretto dimensionamento o la sua scelta devono iniziare da un’accurata analisi del sistema dove la valvola verrà inserita.

Questa tipologia di valvola, come organo di regolazione, è l’unico elemento d’impianto variabile; quindi possiamo considerarla come una resistenza variabile inserita in un sistema nel quale tutti gli altri elementi o componenti quali tubazioni, filtri, raccordi, o altre valvole sono fissi.

Ora vi presentiamo i principi nonché i passaggi generali da compiere per la scelta e il dimensionamento della valvola di regolazione.

Le valvole: tipologie e caratteristiche

In base al loro principio di funzionamento, è possibile classificare le valvole in questo modo:

In questo articolo focalizziamo la nostra attenzione sulle valvole di regolazione, che possono essere costruite di diversi tipi quali:

1) a Disco
2) a Membrana
3) a Diaframma
4) a saracinesca
5) a Farfalla
6) a Spillo

Per la nostra analisi prendiamo in considerazione la tipologia a spillo, tipologia costruttiva che presenta uno stelo, e come elemento terminale un otturatore che può assumere forme diverse.

Caratteristica di regolazione

Dati sperimentali dimostrano che esiste una correlazione nota fra il grado di apertura della valvola e la portata del fluido che l’attraversa con un determinato salto di pressione ΔP: questa correlazione costituisce la caratteristica di regolazione.

Per ottenere graficamente tale caratteristica occorre tracciare in un piano l’andamento della portata in funzione della corsa dell’otturatore.

In seguito vi presentiamo graficamente le caratteristiche di regolazione tipiche con una breve descrizione di ogni curva.

La caratteristica di regolazione “apertura rapida” è tipica dell’otturatore a piattello o “spillo” dove l’incremento di portata avviene quasi esclusivamente nella prima porzione di apertura dell’otturatore; dopo questa prima fase, ulteriori incrementi della corsa determinano aumenti di portata pressoché trascurabili.

Questo tipo di caratteristica è generalmente impiegata per controllo tutto-niente, in cui si vuole avere una portata più o meno costante oltre un certo grado di apertura.

Con la caratteristica lineare, invece, si ottiene la linearità tra la corsa dell’otturatore e la portata, che risulta proporzionale al grado di apertura della valvola.

Nella pratica, gli otturatori a caratteristica lineare si impiegano quando la pressione differenziale in esercizio non subisce importanti variazioni oppure in processi industriali con limitate variazioni di portata.

Occorre sottolineare che per questa caratteristica il profilo dell’otturatore è normalmente di tipo parabolico.

Infine, descriviamo la caratteristica equi-percentuale, dove a uguali incrementi della corsa di apertura dell’otturatore corrisponde una percentuale costante di aumento della portata a parità di pressione differenziale; come dato rilevante, questa valvola eroga la maggior parte della portata nell’ultima frazione di apertura.

Questi otturatori vengono usati fondamentalmente per applicazioni dove per motivi di sicurezza si ritiene opportuno lasciare gran parte dell’incremento di portata all’ultimo tratto di apertura della valvola.

Come scegliere la valvola di regolazione

Per una corretta impostazione occorre avere a disposizione i dati relativi al fluido operativo di riferimento quali la sua natura, i dati specifici che lo caratterizzano (densità, viscosità…) e anche i dati relativi alla sua pressione e temperatura in entrata alla valvola.

I macro-passaggi da compiere sono :

  1. Scelta del DN del corpo della valvola
  2. Scelta del rating e dei materiali di costruzione del corpo valvola
  3. Scelta del tipo di otturatore
  4. Scelta della misura del servomotore (attuatore)

1) Scelta del corpo della valvola
Le valvole sono caratterizzate dal DN (diametro nominale), il quale rappresenta la dimensione del passaggio delle vie dei corpi delle valvole. Il DN del corpo della valvola dovrà essere uguale al diametro di passaggio corrispondente al coefficiente Kv calcolato, e non dovrà mai essere superiore a quello della tubazione dove sarà installata la valvola.
Altro parametro caratteristico è la pressione massima (PN) che il corpo della valvola può sopportare; questa dipende fondamentalmente dal materiale impiegato. Normalmente le norme prescrivono i valori nominali raccomandati.
È importante sottolineare che il PN della valvola deve essere maggiore o uguale alla somma della pressione statica e dinamica dell’impianto.

2) Scelta del rating e dei materiali di costruzione del corpo valvola
La scelta dei materiali è un’operazione importante; essa dipende dalla natura, dalla pressione e dalla temperatura del fluido in circolazione, quindi per orientare bene la scelta è necessario verificare i limiti d’impiego, in riferimento ai parametri di pressioni e temperature massime operative dei corpi valvola; normalmente questi sono dati tabulati o reperibili attraverso i grafici forniti dalle norme UNI – DIN – ANSI – ISO.

3) Scelta del tipo di otturatore
Come espresso precedentemente esistono tre tipi di caratteristiche di regolazione, che si ottengono sagomando opportunamente la geometria dell’otturatore, e, di conseguenza, quella della sede di tenuta. La scelta del tipo di otturatore dipende dal tipo di processo controllato.

4) Scelta della misura del servomotore (attuatore)La scelta dell’attuatore è influenzata dalla massima pressione d’esercizio e dal coefficiente di portata calcolato Kv. Attualmente sono disponibili sul mercato diverse tipologie di attuatori quali:

  • Servomotori a diaframma ad azionamento pneumatico (ad azione diretta o inversa)
  • Servomotori elettroidraulici

Il primo passo è quello di scegliere il modello per la specifica applicazione in questione osservando i requisiti minimi di sicurezza da garantire durante la fase di esercizio.

Ci occuperemo in uno dei nostri prossimi articoli di come dimensionare una valvola.

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2019-04-01T14:59:28+00:00Categories: Blog|

About the Author:

Armando Morales
Mi sono laureato in Ingegneria Meccanica con specializzazione energia presso l’Universidad Tecnològica de la Habana; varie esperienze lavorative in Italia mi hanno permesso di maturare una buona competenza tecnica nel campo della progettazione meccanica assistita CAD-CAE di componenti, gruppi meccanici e macchine.   Da più di 10 anni lavoro come Senior R&D Technical Engineer presso una multinazionale nel settore della produzione elettrica. Nel 2016 ho conseguito la laurea magistrale in Ingegneria Industriale curriculum termomeccanico e mi sono poi iscritto all’ordine degli ingegneri della provincia di Milano. Mi interessano l’ingegneria di processo, la green economy e la economia circolare, oltre che l’efficienza energetica e la gestione razionale dell’energia nel settore industriale. Nel tempo libero mi piace fare sport all’aperto, viaggiare e leggere un buon libro.

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