Che cos’è una valvola pneumatica?
Il termine valvola pneumatica può riferirsi a due diverse parti di un sistema pneumatico. A valvola di controllo direzionale convoglia l'aria compressa verso un attuatore o un cilindro. A valvola di processo ad azionamento pneumatico utilizza un attuatore per aprire, chiudere o posizionare una valvola in una conduttura. L'attuatore è azionato dall'aria; la valvola di processo controlla un fluido separato, come acqua, gas o un fluido chimico.
In un comune gruppo di valvole a sfera o a farfalla con comando elettrico on/off, il percorso è il seguente: pulsante di campo o comando PLC/DCS → valvola direzionale a solenoide → aria compressa all'attuatore → stelo della valvola → valvola di processo. Il comando elettrico modifica il percorso dell'aria; l'aria compressa fornisce la forza necessaria per azionare l'attuatore. Il circuito pneumatico e il percorso del flusso di processo rimangono separati. Un gruppo pneumatico azionato localmente può invece utilizzare una valvola di controllo dell'aria manuale, mentre un gruppo modulante può utilizzare un posizionatore.
Come funziona una valvola ad azionamento pneumatico?
In un comune sistema di comando on/off a controllo elettrico, una valvola direzionale azionata da solenoide riceve un comando elettrico compatibile da un pulsante di campo o da un sistema PLC/DCS. La sua bobina può essere specificata per 24 V CC, 220 V CA o un’altra tensione a seconda del progetto di controllo. Quando il comando cambia, la valvola solenoide commuta i percorsi di alimentazione e scarico dell’aria compressa verso l’attuatore. La pressione dell’aria sposta i pistoni o il diaframma dell’attuatore. L’attuatore, a sua volta, ruota o sposta lo stelo della valvola di processo, modificando la posizione della valvola e la portata nella tubazione. Il segnale elettrico controlla la commutazione; l’alimentazione di aria compressa fornisce la forza motrice.
Un attuatore a quarto di giro aziona solitamente una valvola a sfera o a farfalla. Altri modelli di valvole possono richiedere un movimento lineare e una configurazione diversa dell'attuatore. La pressione dell'aria richiesta e le dimensioni dell'attuatore dipendono dalla valvola scelta, dalle sue condizioni di funzionamento e dalla coppia o dalla spinta necessarie per azionarla.
A semplice effetto (ritorno a molla) vs. a doppio effetto. Un attuatore con ritorno a molla utilizza aria compressa per muoversi in una direzione e una molla per tornare indietro nell’altra. A seconda della valvola e del gruppo, può essere configurato per una posizione specifica di “fail-open” (apertura in caso di guasto) o “fail-closed” (chiusura in caso di guasto). Un attuatore a doppio effetto utilizza la pressione dell’aria per entrambe le direzioni. Non dare per scontato che un gruppo a doppio effetto torni in una posizione definita in caso di interruzione dell’alimentazione dell’aria. Verificare l’azione richiesta in caso di guasto al momento della scelta del pacchetto completo della valvola.
A cosa serve la valvola di controllo direzionale?
La valvola di controllo direzionale gestisce aria compressa, non il fluido di processo presente nella tubazione. In un gruppo on/off a comando elettrico, il solenoide risponde a un comando elettrico e commuta i percorsi di alimentazione e scarico dell’aria. Questa è la consueta interfaccia tra un circuito di controllo elettrico on/off e l’attuatore pneumatico. Se non è richiesto un controllo elettrico on/off, una valvola di controllo dell’aria manuale può commutare l’aria localmente. Alcuni modelli utilizzano un cursore mobile; altri impiegano meccanismi interni diversi. Termini quali «a 3/2 vie» e «a 5/2 vie» descrivono il numero di porte e di posizioni di commutazione nel dispositivo di controllo pneumatico. Non descrivono il numero di porte nella valvola a sfera o a farfalla che gestisce il fluido di processo.
Questa distinzione è importante quando si legge una scheda tecnica. Una valvola di controllo pneumatica a 3/2 vie può azionare un attuatore a ritorno a molla, mentre una configurazione a 5/2 vie viene spesso utilizzata con un attuatore a doppio effetto. La scelta effettiva dell'accessorio deve essere compatibile con l'attuatore e il circuito di controllo.
Parti principali di un gruppo valvole ad azionamento pneumatico
- Valvola di processo: Il corpo valvola a sfera, a farfalla, a globo o di altro tipo che regola il flusso del fluido nella conduttura.
- Attuatore pneumatico: Converte l'energia dell'aria compressa in movimento rotatorio o lineare.
- Dispositivo di controllo dell'aria: Nel caso di un funzionamento on/off a comando elettrico, una valvola direzionale a solenoide commuta l’alimentazione e lo scarico dell’aria dell’attuatore in risposta a un comando elettrico. In altre configurazioni di controllo è possibile utilizzare una valvola di controllo dell’aria manuale locale o un posizionatore.
- Altri accessori: Per l'applicazione è possibile specificare un filtro/regolatore dell'aria, una scatola dei finecorsa o un comando manuale di esclusione.
Come si sceglie il gruppo giusto?
Inizia con il fluido di processo, pressione, temperatura, dimensione della valvola e attacco terminale. Stabilire se è necessario un comando manuale locale, un comando elettrico di accensione/spegnimento tramite pulsante di campo o PLC/DCS, oppure un comando modulante. Per il comando elettrico on/off, specificare la tensione della bobina dell’elettrovalvola e la configurazione di commutazione pneumatica richiesta; per il comando modulante, confermare il posizionatore e il tipo di segnale. Specificare quindi l’alimentazione d’aria disponibile, l’azione dell’attuatore, la posizione desiderata in caso di perdita d’aria ed eventuali requisiti di retroazione o ambientali. Un attuatore a ritorno a molla deve essere dimensionato in base alla valvola e alle condizioni operative; l’aggiunta della sola molla non garantisce una posizione di sicurezza adeguata.
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Domande frequenti
Come funzionano le valvole pneumatiche? L'aria compressa aziona un attuatore, che apre, chiude o posiziona la valvola di processo. In un comune sistema on/off a comando elettrico, una valvola direzionale a solenoide risponde a un pulsante di campo o a un comando del PLC/DCS e convoglia l'aria verso e dall'attuatore. Il comando elettrico controlla il percorso dell'aria; l'aria compressa fornisce la forza che muove la valvola.
Tutte le valvole pneumatiche si chiudono quando viene a mancare l'aria? No. La posizione di guasto definita dipende dall’attuatore selezionato, dalla configurazione della molla, dal gruppo valvola e dal circuito di comando. Verificare questo requisito prima di effettuare l’ordine.
È necessaria una valvola solenoide per ogni valvola pneumatica? No. Di norma viene specificato quando è necessario che un comando elettrico di accensione/spegnimento attivi l'alimentazione pneumatica dell'attuatore. Per il comando pneumatico manuale locale, è possibile utilizzare invece una valvola di controllo pneumatica manuale. Il controllo modulante può avvalersi di un posizionatore elettropneumatico; verificare che il circuito di controllo sia completo per l'applicazione in questione.
Una valvola solenoide pneumatica è la stessa cosa di una valvola a sfera ad azionamento pneumatico? No. L'elettrovalvola gestisce l'aria compressa nel circuito dell'attuatore. La valvola a sfera azionata controlla il fluido di processo separato presente nella tubazione.
