Tipi di Valvole Idrauliche e Loro Funzionamento

Nel mercato sono disponibili diversi tipi di valvole, ciascuna con caratteristiche, applicazioni e funzioni specifiche. L'azionamento delle valvole può essere manuale, pneumatico, elettrico, e così via. Per scegliere una valvola adatta alle proprie esigenze, è fondamentale considerare l'uso previsto. Più precisamente, è necessario valutare se la valvola servirà a regolare il flusso di un fluido o ad arrestarne la circolazione. La scelta del dispositivo dipenderà anche dal tipo di fluido che transiterà nel circuito, come gas o liquido, corrosivo o chimicamente neutro, alimentare, medico o di altro tipo.

Un altro criterio di scelta importante è il sistema di azionamento della valvola, che può essere manuale o automatico. Inoltre, la pressione e la temperatura di esercizio del fluido sono fattori cruciali da considerare per evitare di sovradimensionare o sottodimensionare una valvola. Sarà necessario considerare quali saranno le temperature massime e minime a cui la valvola verrà sottoposta. Anche la portata del fluido e la velocità nominale sono criteri essenziali, soprattutto se la valvola è destinata a regolare la pressione. Il fattore di portata (Kv) è un valore teorico fornito dal costruttore che permette di calcolare la portata nominale, espresso in litri al minuto (l/min) o metri cubi all'ora (m3/h). Infine, per dimensionare correttamente una valvola, è fondamentale tenere in considerazione il diametro nominale (DN) del circuito.

Principali Tipi di Valvole

Esistono diversi tipi di valvole, più o meno adatti a diverse esigenze. Se si desidera regolare la portata di un fluido, è opportuno optare per una valvola di controllo a spillo, a globo, a pistone o a farfalla. La scelta dipenderà anche dalla portata, dalla pressione e dal tipo di fluido.

Valvola a Farfalla

Le valvole a farfalla sono impiegate principalmente nella regolazione della portata dei fluidi e possono regolare il flusso di fluidi di diverso tipo a seconda del materiale in cui sono fabbricate. La maggior parte è destinata a fluidi chimicamente neutri come acqua, olio, fanghi, fluidi alimentari o farmaceutici, ma altre sono compatibili anche con i fluidi corrosivi. Queste valvole sono "a quarto di giro" perché il loro azionamento richiede una rotazione di 90° tra la posizione di apertura e quella di chiusura, garantendo una buona tenuta stagna. I modelli di grande diametro si caratterizzano per un montaggio a flangia, mentre alcuni modelli, come quelli usati nei circuiti di riscaldamento, vengono montati tramite avvitamento.

Valvola a Sfera

Le valvole a sfera vengono utilizzate per arrestare la circolazione di un fluido. Si presentano sotto forma di una sfera attraversata da un foro, solitamente dello stesso diametro del tubo. Anche le valvole a sfera sono del tipo "a quarto di giro" e, in posizione aperta, presentano il vantaggio di non frapporre ostacoli alla circolazione del fluido. Se il diametro dell’orifizio è lo stesso del tubo a cui è la valvola è collegata, si parla di valvola a passaggio pieno. Esistono inoltre valvole a sfera a 3 e a 4 vie.

Il funzionamento delle valvole a sfera è particolarmente semplice. Per aprire la valvola, la maniglia viene ruotata di un quarto di giro (90°), allineando il foro con il flusso del fluido. Per chiudere la valvola, è sufficiente ruotare la maniglia nuovamente di un quarto di giro (90°), bloccando completamente il passaggio del fluido.

Le valvole a sfera sono disponibili in diverse varianti, ognuna progettata per soddisfare specifiche esigenze di applicazione. Floating: la pressione del fluido spinge la sfera contro la sede a valle, garantendo una chiusura ermetica anche in presenza di elevate pressioni. Trunionn: la tenuta della sfera è garantita da un sistema di guarnizioni di tenute.

Valvola a Globo o a Pistone

Il principio di funzionamento delle valvole a globo e a pistone è lo stesso. Un'asta, alla cui estremità si trova un pezzo a forma di piattello o un pistone, scende nella valvola per interrompere la circolazione del fluido. Queste valvole sono particolarmente adatte alla regolazione di un fluido in funzione della pressione del circuito. Il principale svantaggio di questo tipo di valvola risiede nella notevole perdita di carico. Inoltre, la loro chiusura può rivelarsi difficile in condizioni di pressione molto elevata. Per finire, le valvole a globo possono chiudersi molto rapidamente e scatenare quindi un colpo d’ariete.

Valvola a Spillo

Queste valvole, destinate ad applicazioni a bassa pressione, si caratterizzano per il loro piccolo diametro. Nella maggior parte dei casi, le valvole a spillo, che vengono chiamate anche “rubinetti”, sono azionate a mano. Questi organi meccanici trovano impiego in applicazioni domestiche e in operazioni di prelievo di fluidi.

Valvola a Membrana

Le valvole a membrana trovano impiego soprattutto nelle operazioni igieniche e asettiche, ossia in quelle applicazioni in cui il fluido in circolo deve essere protetto da qualsiasi tipo di contaminazione. Queste valvole funzionano principalmente in modo aperto/chiuso, sebbene in certi casi possano servire anche per la regolazione di un fluido. In posizione aperta, le valvole a membrana sono dette a pieno passaggio e non generano quasi alcuna perdita di carico perché la membrana di chiusura, liberando completamente il passaggio, evita che il fluido incontri degli ostacoli. Se da un lato la tenuta stagna di queste valvole è eccellente, perché fluido e asta non entrano in contatto diretto, dall’altro la loro manutenzione deve essere regolare. Lo stato della membrana, infatti, dovrà essere controllato regolarmente, soprattutto se il fluido che transita per la valvola è carico di particelle solide. Queste valvole trovano impiego principalmente nell’industria agroalimentare e nell’industria farmaceutica, ma vengono utilizzate spesso anche nell’industria chimica e nelle applicazioni ultra-pure (a seconda del materiale in cui sono costruite, e soprattutto a seconda del materiale costitutivo della membrana). Per i circuiti di diametro maggiore sarà invece opportuno scegliere un altro tipo di organo meccanico.

Valvola a Ghigliottina

Le valvole a ghigliottina trovano largo impiego nell’industria della carta, nell’industria chimica, nello sfruttamento delle miniere, nelle centrali energetiche e nell’industria agroalimentare. Il movimento lineare della saracinesca, ossia dell’otturatore che, in posizione chiusa, blocca il passaggio del fluido, fa sì che queste valvole siano particolarmente compatte. Questi dispositivi sono compatibili con i fluidi carichi di particelle solide, come le acque reflue o i fanghi. In linea generale, le valvole a ghigliottina garantiscono la tenuta stagna a monte del circuito, ossia là dove il arriva il fluido. Alcuni modelli, però, garantiscono la tenuta stagna da entrambi i lati e, di conseguenza, possono essere utilizzati indipendentemente dal senso di circolazione del fluido.

Valvole di Ritegno (o di Non Ritorno)

Le valvole di ritegno o di non ritorno sono dispositivi che, attraverso un organo di chiusura (piattello, clapet, sfera, ecc.), bloccano il reflusso di fluidi nelle tubazioni e negli impianti. Solitamente vengono utilizzate per prevenire all’interno del sistema i ritorni di fluido che potrebbero danneggiare componenti degli impianti. Sono disponibili diverse tipologie:

Valvola di ritegno doppio battente di tipo wafer: realizzata in acciaio CF8M, può essere installata con flusso verticale, orizzontale o inclinato.
Valvola di ritegno a clapet di tipo wafer: realizzata in acciaio AISI 316, può essere installata con flusso verticale o orizzontale.
Valvole di ritegno a molla: realizzate in acciaio AISI 316, presenta un meccanismo di chiusura dipendente dall’azione di una molla che va ad imporre la chiusura prevendo il flusso di ritorno.

La scelta della tipologia dipende dalle singole applicazioni e dalle decisioni prese in fase di progettazione. Solitamente, le valvole di non ritorno vengono utilizzate in impianti idraulici per evitare che vi siano problemi di flusso in direzione opposta qualora si verifichino malfunzionamenti, spegnimenti o rotture delle pompe.

Esempi di utilizzo includono:

Cilindri idraulici: consentono di evitare perdite di pressione in esercizio.

Valvole Multivia

Le valvole multivia sono valvole che hanno più di un ingresso e/o di un’uscita. In questa categoria, che comprende anche valvole a 4, 5 e 6 vie, quelle più comunemente usate sono però le valvole a 3 vie, che nella maggior parte dei casi sono valvole a sfera. Questo tipo di valvole trova impiego soprattutto nella regolazione della circolazione dei fluidi in installazioni tra due circuiti diversi, ma può servire anche a miscelare due fluidi.

Altri Tipi di Valvole e Loro Funzioni

Valvole di intercettazione: consentono solo il completo passaggio del fluido oppure il suo arresto, senza possibilità di regolazioni intermedie.
Valvole di regolazione: consentono la regolazione della portata o della pressione del fluido grazie ad otturatori che possono assumere qualsiasi posizione intermedia.
Valvole di sicurezza: usate soprattutto per evitare sovrapressioni negli impianti, ma anche per proteggere le membrane delle pompe.

Materiali Utilizzati

Acciaio austenitico AISI-316: acciaio inossidabile con cromo, nichel e molibdeno per una maggiore resistenza alla corrosione.
PTFE (Teflon): materiale polimerico resistente e versatile.

Problematiche Comuni

Colpo d'ariete: fenomeno di sovrapressione di un fluido che si verifica soprattutto qualora la valvola venga chiusa rapidamente.

Parametri di Scelta delle Valvole

Il primo parametro da considerare nella scelta di una valvola è la tipologia di otturatore perché questo determina la curva caratteristica della valvola, ovvero la variazione di portata in funzione della corsa dell’otturatore.

Otturatore a piattello: incremento della portata avviene quasi esclusivamente nella prima porzione di apertura dell’otturatore.
Otturatore a caratteristica lineare: linearità tra la corsa dell’otturatore e la portata.
Otturatore a caratteristica equi-percentuale: ad uguali incrementi della corsa di apertura corrisponde una percentuale costante di aumento della portata a parità di pressione differenziale.

Il secondo parametro di progetto è il diametro nominale del seggio; questo viene individuato attraverso tabelle tecniche, noti il tipo di otturatore e il coefficiente di portata (CV).Ultimo parametro da considerare per la scelta di tipologia di valvola è il materiale, che dovrà essere adatto all’ambiente di esercizio.

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