Come scegliere una valvola?

Le valvole sono organi meccanici che controllano la portata e la pressione di un fluido all’interno di un circuito idraulico o aeraulico e, in quanto tali, vengono usate nei sistemi di tubazioni in cui transitano liquidi, gas, vapori, fanghi, ecc.
Sul mercato troverete diversi tipi di valvole, ognuno con caratteristiche, potenzialità e funzioni proprie. L’azionamento delle valvole può essere di diversi tipo: manuale, pneumatico, elettrico, ecc.

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Come scegliere una valvola?

Valvola a farfalla della marca EBRO S.A.R.L.
Valvola a farfalla della marca EBRO S.A.R.L.

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. La scelta del dispositivo da acquistare dipenderà anche dal 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. Nel caso dei fluidi ad uso alimentare e medico, ad esempio, dovrete accertavi che vengano rispettate specifiche condizioni di igiene.

Un altro criterio di scelta importante è il sistema di azionamento della valvola, il quale può essere manuale o automatico. Infatti, se le valvole automatiche possono essere azionate a distanza, ad esempio tramite un postazione di controllo, quelle ad azionamento manuale, per ovvi motivi, richiedono la presenza in loco di una persona che provveda ad azionarle.

Per finire, è importante valutare il tipo di montaggio o di installazione della valvola, in particolare è essenziale valutare se debba essere saldata, fissata con bulloni e flange, oppure con viti.

Una volta presi in considerazione tutti questi fattori, e al fine di dimensionare la valvola in maniera adeguata, sarà opportuno che valutiate le caratteristiche prettamente tecniche del circuito in cui verrà installata, ossia portata e pressione del circuito.

Come dimensionare una valvola?

Per dimensionare correttamente una valvola, dovete tenere in considerazione le caratteristiche del circuito in cui verrà installata.

  • La pressione : La pressione è un fattore di primordiale importanza per evitare di sovradimensionare o sottodimensionare una valvola. Una valvola sottodimensionata, ad esempio, presenterà maggiori rischi di guasti e di perdite.
  • 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. Conoscere questi dati vi consentirà di fare la scelta più giudiziosa in termini di materiali, sia per quanto riguarda il corpo della valvola che per quanto riguarda i sistemi di chiusura e di tenuta stagna.
  • La pressione di funzionamento : la pressione di funzionamento, ovvero la pressione che subirà il fluido nel momento stesso in cui attraverserà la valvola.
  • 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). I fabbricanti propongono software, formule e/o tabelle che consentono di determinare il fattore di portata in base alla portata desiderata e al diametro nominale.
  • Il diametro nominale (DN) del circuito ad altezza della valvola. Per dimensionare correttamente una valvola è fondamentale tenere in considerazione il diametro nominale. Una valvola sovradimensionata, infatti, rischia di rendere instabile il funzionamento dell’impianto mentre un sottodimensionamento della stessa può causare una caduta di pressione che, a sua volta, finirebbe con il danneggiarla rapidamente.

 

Criteri di dimensionamento:

  • Pressione
  • Temperatura
  • Portata
  • Diametro

 

Quali sono i principali tipi valvole?

Valvola a saracinesca della marca Voith Turbo
Valvola a saracinesca della marca Voith Turbo

Esistono diversi tipi di valvole, i quali possono essere più o meno adatti alle vostre esigenze. Se desiderate interrompere la circolazione di un fluido, vi consigliamo di orientarvi verso una valvola di arresto  a sfera, a ghigliottina o a saracinesca.

Se invece desiderate regolare la portata di un fluido, sarà più opportuno optare per una valvola di controllo  a spilloa globoa pistone o a farfalla. Tutte queste valvole, infatti, offrono buone capacità di strangolamento.

La vostra scelta dipenderà anche dalla portata, dalla pressione e dal tipo di fluido. Quest’ultimo, in particolare, determinerà la scelta del materiale costituente della valvola stessa.

Quando utilizzare una valvola a farfalla?

Valvola a farfalla del marchio OMAL S.p.a.
Valvola a farfalla del marchio OMAL S.p.a.

Le valvole a farfalla trovano impiego principalmente nella regolazione della portata dei fluidi. A seconda del materiale in cui è fabbricato, questo tipo di valvola può venir usato con diversi tipi di fluidi, in particolare fluidi chimicamente neutri, come acqua, olio, fanghi, fluidi alimentari o farmaceutici. Alcune valvola a farfalla, invece, sono compatibili con i fluidi corrosivi. Questi organi meccanici, però, non possono essere usati qualora il fluido movimentato sia carico di particelle solide perché potrebbero impedire la chiusura totale della valvola.

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. Nel caso dei grandi diametri, a queste valvole viene spesso associato un riduttore in grado di compensare la pressione esercitata direttamente sulla “farfalla”.

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. Le valvole a farfalla, nella maggior parte dei casi, si distinguono per un ingombro minimo, soprattutto rispetto alle valvole a sfera.

Caratteristiche principali:

  • regolazione della portata
  • valvola tipo quarto di giro
  • buona tenuta stagna
  • ingombro minimo

SVANTAGGI:

  • incompatibilità con  fluidi carichi di particelle

 

Quando utilizzare una valvola a sfera?

Valvola a sfera della marca NENCINI
Valvola a sfera della marca NENCINI

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. 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. In posizione chiusa questo tipo di valvola garantisce una buona tenuta stagna.

Le valvole a sfera trovano impiego sia nella movimentazione dei liquidi (acqua, petrolio, ecc.) che dei gas.

Alcune valvole a sfera possono essere dotate di un maschio conico.

Esistono inoltre valvole a sfera a 3 e a 4 vie. Questi dispositivi possono essere chiamati anche valvole a settore.

Caratteristiche principali:

  • valvola di arresto
  • valvola tipo quarto di giro
  • compatibilità con fluidi liquidi e gassosi

SVANTAGGI:

  • rischio di colpo d’ariete

 

Quando utilizzare una 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. In effetti, numerosi attuatori per valvole a globo contengono una molla di taratura che permette di regolare l’apertura della valvola in base alla pressione.

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.  Questi dispositivi esistono anche come modelli a 3 vie.

Caratteristiche principali:

  • regolazione della portata
  • compatibilità con una  regolazione di pressione

 

SVANTAGGI:

  • perdite di carico  importanti
  • rischio di colpo d’ariete

Quando utilizzare una valvola a spillo?

Le valvole a spillo trovano impiego soprattutto nella regolazione dei fluidi a bassa portata, siano essi liquidi o gassosi.

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. La loro grande diffusione è dovuta anche al loro basso costo d’acquisto.

Caratteristiche principali:

  • bassa portata
  • azionamento manuale (nella maggior parte dei casi)
  • costo ridotto

 

Quando usare una 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. Per evitare un’usura precoce, prima di acquistare una valvola a membrana dovrete accertarvi che il materiale della membrana sia compatibile con le condizioni di temperatura e di pressione a cui quest’ultima verrà sottoposta.

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). Le valvole a membrana sono adatte anche ai fanghi e ai liquidi molto densi.

Per i circuiti di diametro maggiore sarà invece opportuno scegliere un altro tipo di organo meccanico. I fabbricanti, infatti, producono valvole a membrana che, nel migliore dei casi, sono compatibili con la norma DN350.

Caratteristiche principali:

  • perdite di carico limitate
  • eccellente tenuta stagna
  • applicazioni agroalimentari, farmaceutiche e chimiche
  • compatibilità con  fluidi carichi di particelle

 

SVANTAGGI:

  • manutenzione regolare
  • piccolo diametro nominale

 

Quando utilizzare una valvola a ghigliottina?

Valvola a ghigliottina della marca EBRO S.A.R.L.
Valvola a ghigliottina della marca EBRO S.A.R.L.

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. Le valvole a ghigliottina sono in grande maggioranza delle valvole d’arresto, ma possono essere utilizzate anche come valvole di regolazione grazie all’apertura parziale dell’otturatore.

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. La valvola a ghigliottina, in posizione aperta, causa perdite di carico molto ridotte perché provoca un cambiamento di direzione del fluido.

Il tempo di chiusura e apertura di questi dispositivi, però, può rivelarsi molto lungo, e la loro manutenzione dovrà essere regolare per rimediare agli eventuali problemi di usura che potrebbero colpire l’otturatore e gli elementi di tenuta stagna della valvola.

Caratteristiche principali:

  • spessore ridotto (minore ingombro)
  • scarsa perdita di carico
  • compatibilità con  fluidi carichi di particelle

 

SVANTAGGI:

  • lentezza d’apertura e chiusura
  • manutenzione regolare

Come evitare i colpi 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. La sovrappressione può causare danni notevoli e persino la rottura del circuito.

Per evitare che questo fenomeno si verifichi, potete:

  • installare un erogatore a monte della valvola per regolare la pressione;
  • installare un anticolpo d’ariete, detto anche ammortizzare del colpo d’ariete, a monte della valvola (l’ammortizzatore del colpo d’ariete è una specie di vaso di espansione destinato ad  attenuare l’onda d’urto e assorbire la sovrapressione);
  • aumentare il diametro del circuito a monte della valvola per diminuire la pressione in questa parte del circuito.

Che cos'è una valvola multivia?