Valvole per Idraulica: Funzionamento e Tipologie

Le valvole oleodinamiche sono dispositivi essenziali nei sistemi oleodinamici, progettati per controllare e regolare il flusso del fluido idraulico all’interno di un circuito. Le valvole sono dei dispositivi meccanici progettati per controllare il flusso di un fluido sia in fase liquida che gassosa: esistono diverse tipologie di valvole.

Tipologie di Valvole Oleodinamiche

Le valvole oleodinamiche si possono suddividere in diverse categorie in base alla loro funzione:

Valvole di controllo direzionale: Determinano il percorso che il fluido idraulico segue all’interno del sistema. Queste valvole dirigono il fluido verso specifici attuatori, controllando i movimenti e le operazioni del sistema oleodinamico. Nelle valvole direzionali è installato in pratica sempre un elemento mobile come una spola o un cursore, un otturatore o una sfera. Le valvole direzionali (distributori) hanno invece il compito di dirigere il flusso di olio nel cilindro o nel motore per realizzare i movimenti nelle direzioni che occorrono.
Valvole di controllo della pressione: Sono progettate per gestire la pressione all’interno del sistema oleodinamico, mantenendola entro limiti di sicurezza. Queste valvole proteggono il circuito da eventuali sovrapressioni che potrebbero danneggiare i componenti.
Valvole di controllo del flusso: Regolano la quantità di fluido che scorre all’interno del sistema. Questo tipo di valvola è essenziale per controllare la velocità degli attuatori, come cilindri e motori idraulici, e garantire operazioni precise e sicure. Per accelerare o rallentare i flussi interviene il regolatore di portata detto anche valvola regolatore di flusso. Si possono ottenere modifiche sui flussi in un solo senso (con un ritorno nel tragitto opposto libero) attraverso un regolatore di portata unidirezionale che impedirà il passaggio degli olii in senso contrario.
Valvole di intercettazione: Devono il loro nome al fatto che “intercettano” il flusso: consentono quindi solo il completo passaggio del fluido oppure il suo arresto, senza possibilità di regolazioni intermedie. Sono utilizzate, per esempio, per isolare componenti che vengono attivati solo in determinate circostanze o sono in manutenzione.
Valvole di regolazione: Consentono, invece, la regolazione della portata o della pressione del fluido grazie ad otturatori che possono assumere qualsiasi posizione intermedia.
Valvole speciali: Tra le valvole speciali si trovano le valvole di non ritorno o unidirezionali e le valvole di sicurezza. Il dispositivo viene progettato in modo tale da interrompere meccanicamente il fluido quando esso percorre le condotte nella direzione opposta a quella desiderata. Solitamente vengono utilizzate per prevenire all’interno del sistema i ritorni di fluido che potrebbero danneggiare componenti degli impianti. Le valvole di sicurezza sono usate soprattutto per evitare sovrapressioni negli impianti, ma anche per proteggere le membrane delle pompe. Abbiamo a disposizione valvole unidirezionali di non ritorno di differenti tipologie: in linea in acciaio al carbonio con tenuta a pistone e al carbonio con tenuta a sfera etc.

Applicazioni delle Valvole Oleodinamiche

Le valvole oleodinamiche sono largamente utilizzate nei settori industriali per alimentare e controllare macchinari pesanti. Nei veicoli da costruzione, come escavatori e gru, le valvole oleodinamiche gestiscono il flusso e la pressione del fluido per azionare bracci, benne e altri componenti mobili.

Componenti Chiave delle Valvole

Stelo Valvola: trasmette il moto tra attuatore e otturatore.

Parametri di Scelta delle Valvole

Per scegliere una valvola adatta alle vostre esigenze dovrete per prima cosa tenere in considerazione l’uso che intendete farne. Più precisamente, dovrete valutare se tale valvola servirà a regolare il flusso di un fluido o se invece verrà usata per arrestarne la circolazione.

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.

Tipologie di Otturatore

Otturatore a piattello: Nel caso dell’otturatore a piattello l’incremento della portata avviene quasi esclusivamente nella prima porzione di apertura dell’otturatore, dopo di che ulteriori incrementi della corsa determinano aumenti di portata quasi trascurabili. Per questo motivo l’otturatore a piattello viene anche detto “otturatore ad apertura rapida”.
Otturatore a caratteristica lineare: Con l’otturatore a caratteristica lineare si ottiene la linearità tra la corsa dell’otturatore e la portata, che quindi risulta proporzionale al grado di apertura della valvola.
Otturatore a caratteristica equi-percentuale: Con l’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. Gli otturatori equi-percentuali vengono usati nelle applicazioni in cui la perdita di pressione del fluido viene prevalentemente assorbita dall’impianto e solo una piccola percentuale di essa rimane disponibile nella valvola; sono consigliati anche quando la portata è fortemente variabile o la pressione differenziale nella valvola subisce ampie fluttuazioni.

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.

Altri Criteri di Scelta

Il tipo di fluido che transiterà nel circuito in questione, ad esempio dal fatto che si tratti di un gas o di un liquido, che sia corrosivo o chimicamente neutro, che si tratti di un prodotto alimentare o ad uso medico o di altro tipo.
Il sistema di azionamento della valvola, il quale può essere manuale o automatico. L’azionamento delle valvole può essere di diversi tipo: manuale, pneumatico, elettrico, ecc.
La pressione: La pressione è un fattore di primordiale importanza per evitare di sovradimensionare o sottodimensionare una valvola.
La temperatura di servizio: La temperatura di servizio, ossia la temperatura del fluido in circolazione, e la temperatura ambiente sono altri due fattori di cui è necessario tener conto. In particolare, dovrete considerare quali saranno le temperature massime e minime a cui la valvola verrà sottoposta.
La portata del fluido e la velocità nominale: La portata e la velocità nominale sono due criteri essenziali per poter scegliere una valvola, soprattutto qualora sia destinata a regolare la pressione di un fluido. Il fattore di portata (Kv) è un valore teorico, definito dal costruttore, che permette di calcolare la portata nominale. Questo valore può essere espresso in litri al minuto (l/min) o metri cubi all’ora (m3/h).
Il diametro nominale (DN) del circuito ad altezza della valvola. Per dimensionare correttamente una valvola è fondamentale tenere in considerazione il diametro nominale.

Tipi Comuni di Valvole e Loro Utilizzo

Sul mercato troverete diversi tipi di valvole, ognuno con caratteristiche, applicazioni e funzioni proprie. Esistono diversi tipi di valvole, i quali possono essere più o meno adatti alle vostre esigenze.

Valvola a sfera: Una delle valvole più usate in ambito industriale è la valvola a sfera. La valvola a sfera è un dispositivo di controllo del flusso caratterizzato da un elemento di chiusura a forma di sfera, che ruota all’interno di un alloggiamento per aprire o chiudere il passaggio del fluido. Questa valvola è caratterizzata da un otturatore a forma sferica dotato di un’apertura, generalmente circolare, che ha sezione costante lungo tutta la direzione di passaggio del flusso. Le valvole a sfera vengono utilizzate per arrestare la circolazione di un fluido. Queste valvole si presentano sotto forma di una sfera attraversata da un foro, solitamente dello stesso diametro del tubo. 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. Le valvole a sfera sono disponibili in diverse varianti, ognuna progettata per soddisfare specifiche esigenze di applicazione. Per aprire la valvola, la maniglia viene ruotata di un quarto di giro (90°). In questo modo l’otturatore viene ruotato, allineando il foro con il flusso del fluido e aprendo dunque la connessione. Per chiudere la valvola è sufficiente ruotare la maniglia nuovamente di un quarto di giro (90°). L’otturatore verrà dunque nuovamente ruotato bloccando completamente il passaggio del fluido.
Valvola a farfalla: Le valvole a farfalla trovano impiego principalmente nella regolazione della portata dei fluidi. A seconda del materiale in cui sono fabbricate, possono regolare il flusso di fluidi di diverso tipo. Se la maggior parte di esse è destinata a fluidi chimicamente neutri, come acqua, olio, fanghi, fluidi alimentari o farmaceutici, altre sono compatibili anche con i fluidi corrosivi. Le valvole a farfalla sono valvole “a quarto di giro” perché il loro azionamento richiede una rotazione di 90° tra la posizione di apertura e quella di chiusura. Le valvole a farfalla garantiscono peraltro una buona tenuta stagna. I modelli di grande diametro, in linea generale, si caratterizzano per un montaggio a flangia, ma alcuni modelli, ad esempio quelli che vengono usati nei circuiti di riscaldamento, vengono montati tramite avvitamento.
Valvola a globo o a pistone: Il principio di funzionamento delle valvole a globo e delle valvole 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. Se invece desiderate regolare la portata di un fluido, sarà più opportuno optare per una valvola di controllo a spillo, a globo, a pistone o a farfalla. La vostra scelta dipenderà anche dalla portata, dalla pressione e dal tipo di fluido.
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.
Valvola a saracinesca:

Valvole Pneumatiche: Valvole 3/2

Il tipo di valvola è subordinato all’impianto pneumatico. I fattori importanti sono la funzione da eseguire, il tipo di pilotaggio e l’attacco. Le valvole impiegate nella pneumatica servono innanzitutto per il comando. Per poter comandare occorre energia, cercando di realizzare il massimo effetto con un consumo minimo.

Una valvola 3/2 è dotata di tre porte d’aria su due posizioni. Le due posizioni si riferiscono a due diverse posizioni di lavoro (ON, OFF) del nucleo dell’elettrovalvola pneumatica. Il nucleo della valvola controlla diversi passaggi di fluido quando la valvola guadagna e perde potenza. Il corpo della valvola pneumatica ha tre porte, cioè A, P e T, di cui una (P) è per l’ingresso e due (A & T) sono per l’uscita: una delle uscite è normalmente aperta e l’altra è normalmente chiusa. Le valvole 3/2 possono essere suddivise in modalità normalmente chiusa e normalmente aperta. Una valvola a 2 posizioni e 3 vie normalmente chiusa prevede che la circolazione del fluido sia inibita quando la bobina non è alimentata (l’ingresso e l’uscita sono chiusi), o che A e P siano scollegati ad alimentazione spenta e A e T siano collegati con l’alimentazione accesa. Una valvola a 2 posizioni e 3 vie normalmente aperta prevede che la circolazione del fluido sia permessa quando la bobina non è alimentata, o che A e P siano collegati con alimentazione spenta.

Le valvole a 3/2 vie possono essere progettate in diversi modi. Il meccanismo di tenuta delle valvole può essere un otturatore o una spola. Nelle valvole ad azionamento diretto, l’otturatore è mosso direttamente dall’attuatore. In presenza di sostanze aggressive il corpo della valvola e le guarnizioni devono essere resistenti alla corrosione.

Una tipica applicazione per una valvola 3/2 è l’azionamento di un cilindro a semplice effetto. Un cilindro a semplice effetto ha una porta pneumatica per riempire e svuotare una camera d’aria. Il cilindro si muove in una direzione riempiendo la camera d’aria e torna indietro grazie alla forza di una molla. Le valvole a 3/2 vie sono adatte per applicazioni di soffiaggio, rilascio della pressione e vuoto.

Considerazioni Aggiuntive

Colpo d'ariete: Il colpo d’ariete è un fenomeno di sovrapressione di un fluido che si verifica soprattutto qualora la valvola venga chiusa rapidamente. Questo fenomeno si manifesta con un rumore tipico che si propaga lungo le tubature.
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.

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