Installazione delle valvole di ritegno: direzione del flusso, orientamento e fattori che determinano la durata della valvola

Come funziona una valvola di ritegno: direzione del flusso e dove va a finire

Una pompa di rilancio che funziona bene per tutta la mattina può danneggiarsi irreparabilmente in un solo blackout. Quando il motore si ferma, la colonna d’acqua presente nella tubazione di scarico inverte la direzione, fa girare la pompa al contrario e può staccare la girante. L’unico elemento che separa un normale arresto da tale guasto è un singolo disco che si chiude a scatto. Ecco cos’è una valvola di ritegno: una porta unidirezionale per il tubo. Il problema è che la porta funziona solo quando è orientata nella direzione corretta, si trova nella posizione giusta e utilizza un meccanismo che si adatta al percorso del tubo.

All’interno del corpo, un elemento mobile reagisce alla pressione. Il flusso in avanti spinge il disco ad aprirsi. Quando la pressione in avanti cala, una molla, la forza di gravità o lo stesso riflusso riportano il disco nella sua sede prima che si formi la controcorrente. Non ci sono maniglie né attuatori, nulla da regolare a posteriori. L’installazione è l’unica regolazione che la valvola richiederà mai, e la freccia di flusso fusa o stampata sul corpo è la prima cosa da controllare. Il flusso nella tubazione e la freccia devono puntare nella stessa direzione prima ancora di avvitare un solo bullone.

Se orientata nella direzione sbagliata, la valvola presenta un guasto in una delle due direzioni. Se il disco non riesce ad aprirsi, la linea si blocca: la pompa funziona a vuoto, si surriscalda e va in cavitazione. Se il disco non si chiude mai, la linea subisce un riflusso ad ogni spegnimento e la pompa produce colpi d’ariete ad ogni riavvio. Nessuno dei due guasti è rilevabile durante l’installazione. Entrambi si manifestano settimane dopo, motivo per cui il controllo della freccia viene effettuato prima del montaggio, non durante la ricerca dei guasti.

La posizione segue la stessa logica. La valvola va collocata sul lato di mandata della pompa, dove impedisce il riflusso verso la pompa. Sul lato di aspirazione, invece, aggiunge una perdita per attrito permanente all’ingresso della pompa e comporta un rischio di cavitazione. Gli impianti residenziali seguono la stessa regola su scala ridotta. La valvola di ritegno di una pompa di drenaggio è posizionata sul tratto verticale di mandata appena sopra la pompa, al di sotto del livello del pavimento, in modo che l’acqua sovrastante non possa rifluire nel pozzetto.

Un termine da chiarire prima di proseguire. Nel settore dell’irrigazione, un gruppo a doppia valvola di ritegno è un dispositivo antiriflusso costituito da due valvole, oltre a valvole di intercettazione e prese di prova, e serve a proteggere la rete di acqua potabile. Tutto ciò di cui si parla in questo articolo riguarda la singola valvola di ritegno all’interno di una pompa o di una linea di processo. I due concetti non sono intercambiabili.

Tipi di valvole di ritegno e loro funzionalità: innanzitutto l’orientamento

Ogni valvola di ritegno svolge la stessa funzione, ma i meccanismi differiscono, ed è proprio il meccanismo a determinare quali azioni la tubazione possa esercitare su di essa. L’orientamento ne è l’esempio più evidente: si tratta di un vincolo meccanico, non di una preferenza dell’installatore. A un modello che si chiude per gravità non si può chiedere di chiudersi in salita. Le tre strutture riportate di seguito coprono la maggior parte delle installazioni industriali. Ciascuna di esse abbina il meccanismo alle condizioni di funzionamento che tollera e al percorso di guasto che si verifica quando tali condizioni vengono ignorate.

Valvole di ritegno a battente

Una valvola di ritegno a battente presenta un disco incernierato nella parte superiore del foro. Il flusso in avanti lo fa oscillare aprendolo; la gravità e il flusso inverso lo fanno oscillare chiudendolo. In assenza di una molla di supporto, il disco necessita di un flusso stabile e prevalentemente orizzontale per funzionare correttamente. Funziona bene nelle condotte orizzontali e in quelle verticali in cui il flusso sale. In una tubazione verticale con flusso discendente, la valvola fallisce per via del suo stesso design: il disco rimane aperto, il flusso si inverte e lo sbattimento tardivo arriva con tutta la colonna d’acqua alle spalle. La turbolenza è il killer silenzioso. Un gomito o lo scarico di una pompa a monte generano un flusso instabile sul disco oscillante, il disco vibra e il perno e la sede si usurano ben prima del tempo. Tra i modelli più comuni, le valvole di ritegno a battente sono le più sensibili alla lunghezza del tratto rettilineo.

Valvole di ritegno per ascensori

Una valvola di ritegno a sollevamento sposta il proprio disco assialmente lungo una sede guidata. La pressione in avanti solleva il disco; la gravità lo fa ricadere. La guida deve essere in posizione verticale affinché la gravità agisca, quindi si tratta di un’apparecchiatura per linee orizzontali. Se imbullonata in un tratto verticale, il disco o si incastra nella guida oppure si appoggia in modo decentrato causando perdite. Il compromesso di tale rigidità è la qualità della tenuta: la corsa guidata breve garantisce una tenuta più pulita rispetto a un disco oscillante, al prezzo di una maggiore resistenza al flusso. Alcune versioni flangiate a sollevamento sono dotate di un volantino avvitabile, che consente allo stesso corpo di fungere da valvola di isolamento di emergenza durante la messa in servizio.

Valvole di ritegno a doppia piastra per wafer

Una valvola a doppia piastra divide il disco in due semipiastre su una cerniera centrale, ciascuna trattenuta da una molla di torsione. Le molle iniziano a chiudere le piastre nel momento stesso in cui il flusso in avanti rallenta, in modo che le piastre raggiungano le loro sedi prima che si sviluppi la pressione di ritorno. È proprio questa chiusura anticipata il motivo per cui le valvole a doppia piastra rappresentano la soluzione predefinita al colpo d’ariete negli interventi di ristrutturazione. Il corpo a wafer si inserisce a morsetto tra due flange, la configurazione con la distanza faccia a faccia più breve della gamma, e le molle chiudono le piastre in qualsiasi posizione. Ciò rende il modello a doppia piastra il design più tollerante all’orientamento in questo contesto. Tuttavia, per qualsiasi orientamento diverso da quello orizzontale o verticale verso l’alto è necessaria una conferma scritta da parte del produttore, poiché la forza delle molle varia a seconda delle dimensioni.

Altri due modelli completano la panoramica. Le valvole di ritegno assiali, o silenziose, sono dotate di un disco caricato a molla posizionato sull’asse centrale del tubo. Sono quelle che si chiudono più rapidamente e tollerano le condizioni di flusso più difficili, motivo per cui nelle stazioni di pompaggio vengono installate in prossimità dello scarico. Le valvole di ritegno a sfera lasciano passare solidi e fanghi che potrebbero bloccare un disco, sacrificando la tenuta ermetica a favore di tale tolleranza.

Nessuno di questi limiti di assetto è una scelta di preferenza. Ciascuno deriva dalla posizione in cui si trovano il peso e le molle all’interno del meccanismo. Quando l’assetto richiesto non è indicato nella documentazione del produttore, la verifica da effettuare non consiste in un montaggio di prova, bensì in una richiesta scritta.

Installazione di una valvola di ritegno: procedura, tenuta e controlli in loco

Una volta scelto il modello e letti le istruzioni, l'installazione consiste in una breve sequenza di passaggi. Ogni passaggio è necessario perché saltarlo comporta un errore già documentato.

1. Isolare e drenare. Spegnere la pompa, isolare l’alimentazione elettrica, depressurizzare la tubazione e svuotare la sezione. Un giunto che si apre in presenza di prevalenza residua provoca uno scarico improvviso senza preavviso.
2. Verificare nuovamente la direzione e l’assetto in loco. Posizionare la freccia del corpo in senso contrario alla direzione effettiva del flusso, non a quella indicata nel disegno, e verificare che l’orientamento dell’impianto sia conforme alle regole di progettazione sopra indicate. Le deviazioni delle tubazioni in cantiere rispetto ai disegni sono abbastanza frequenti da rendere questo passaggio fondamentale per individuare errori reali prima che diventino enigmi irrisolvibili settimane dopo.
3. Realizza il giunto. Le estremità filettate richiedono l'applicazione del nastro sigillante avvolto nel senso di rotazione, in modo che il serraggio non lo srotoli. Le estremità flangiate richiedono superfici pulite, una guarnizione centrata e bulloni serrati a croce in più passaggi. I corpi a wafer richiedono che entrambe le flange siano allineate su un asse comune con la valvola centrata tra di esse; un serraggio non uniforme deforma il corpo e, di conseguenza, anche la sede.
4. Trattate con cura le sedi saldate. Nel caso in cui la valvola debba essere saldata alla tubazione, nei modelli con sede morbida è necessario rimuovere prima la sede e il disco. Il calore della saldatura danneggia le sedi in elastomero se lasciate in posizione, mentre per le valvole con sede metallica occorre comunque seguire la procedura di saldatura indicata dal produttore per evitare che il calore provochi la deformazione della sede.
5. Svuotare, quindi verificare. Prima della prima messa in funzione, sciacquare la linea in modo che le scorie di saldatura e i detriti non raggiungano mai il disco o la sede. Successivamente, eseguire una prova di pressione e verificare l’eventuale presenza di perdite in senso inverso. Una valvola che trattiene la pressione in avanti ma presenta perdite in senso inverso non garantirà la tenuta in caso di chiusura.

Tre dei guasti verificatisi in questa catena sono dovuti a errori propri: una sede morbida saldata in posizione, un avvio senza lavaggio e un corpo del wafer deformato a causa di bulloni non allineati. Tutti e tre possono essere verificati in loco in meno tempo di quanto ne richieda la riparazione.

Al posto giusto: distanza di scarico della pompa e regole relative al tratto rettilineo

La posizione dell'impianto precede il tratto rettilineo. L'ordine è importante in entrambe le direzioni. La valvola di isolamento consente di effettuare la manutenzione senza svuotare l'impianto, mentre la valvola di ritegno protegge la pompa da eventuali variazioni della linea dopo un arresto. Il lato di aspirazione non prevede alcuna valvola di ritegno, poiché le perdite per attrito e il rischio di cavitazione superano qualsiasi vantaggio in quel punto.

È proprio sulla distanza dalla pompa che le regole scritte non sono più unanimi, e vale la pena chiarire questo disaccordo prima che si trasformi in una discussione in cantiere.

I numeri non coincidono perché il profilo di danneggiamento varia a seconda della struttura. Il flusso turbolento in uscita da una pompa o da un gomito sposta maggiormente un disco oscillante, pertanto i valvole di ritegno a disco oscillante richiedono le distanze di sicurezza più rigide. I modelli assiali a molla mantengono il disco sulla linea centrale e non risentono della stessa turbolenza. Consultando la tabella in base al tipo di struttura, la maggior parte delle discrepanze si risolve. Considerare 10 diametri come valore predefinito prudenziale per i dischi oscillanti e accettare distanze inferiori per i modelli a molla. Quando uno skid compatto non lascia spazio, sostituire l’argomentazione con una risposta scritta del produttore della valvola. (Un consiglio, 2008; Rivista Valve, 2023)

L'aspetto positivo è che il valore della distanza viene stabilito in fase di progettazione. Se definito in fase di disegno, non comporta alcun costo. Se individuato in fase di messa in servizio, comporta il taglio, la risaldatura e una nuova prova, ed è proprio così che si verificano i casi di erosione descritti di seguito.

Due posizioni non vanno mai bene. Immediatamente a valle di un incrementatore, il getto sfrega contro il disco e il perno finché la valvola non smette di chiudersi. Sul lato di aspirazione, la valvola priva di fluido la pompa che avrebbe dovuto proteggere.

Dimensioni e parametri tecnici da verificare prima di effettuare l'ordine

La scelta delle dimensioni influisce sulla durata della valvola in modo più discreto rispetto a qualsiasi altro fattore tra quelli indicati nei passaggi precedenti, e avviene in ufficio, prima ancora che l’ordine venga effettuato.

La dimensione della linea non corrisponde alla dimensione della valvola

Una valvola di ritegno dimensionata in base al diametro del tubo anziché alla portata rimane parzialmente aperta per tutta la sua durata, e un disco parzialmente aperto è soggetto a vibrazioni. Le vibrazioni causano l’usura del perno, della cerniera e del bordo della sede, fino a quando il disco smette completamente di chiudersi a tenuta.

Lo stesso rapporto indica le valvole sovradimensionate come la causa singola più comune riscontrata dai suoi autori. La guida all’installazione di DFT conferma quanto detto dal punto di vista dell’officina, attribuendo la maggior parte dei problemi di manutenzione delle valvole di ritegno a errori di applicazione e dimensionamento. La regola pratica tra gli ingegneri prevede un calibro di tubo inferiore di una misura rispetto a quello della linea per i progetti convenzionali, verificato in base ai dati di portata del produttore. Consideratela una regola empirica piuttosto che uno standard; ciò che conta è la verifica. Anche le linee a bassa portata richiedono lo stesso controllo della pressione di apertura, poiché una valvola che non si apre mai completamente si guasta proprio a causa di questa sequenza.

Pressione, temperatura e standard di collegamento

La classe di pressione e la temperatura dipendono dall'impianto, non dal valore più alto indicato dal fornitore. Le classificazioni di classe e PN sono riportate nella scheda tecnica. La temperatura determina la tipologia di sede, morbida o metallica, e con essa la tecnica di saldatura da adottare nelle fasi di installazione. Lo standard di collegamento deve corrispondere alle flange della linea e, nei progetti destinati all'esportazione, ciò significa verificare esplicitamente la conformità alle norme ANSI, GB, DIN o JIS, anziché darla per scontata.

Le gamme industriali pubblicate danno un’idea delle dimensioni. I corpi a doppia piastra di tipo “wafer” vanno da DN15 a DN300 con pressioni fino a circa 40 bar. Le valvole di ritegno a battente flangiate raggiungono DN600, con versioni a sede metallica omologate per impieghi fino a circa 425 °C. Le valvole di ritegno a sollevamento flangiate si attestano intorno ai 16 bar. Considerate questi valori come riferimenti di catalogo e verificateli confrontandoli con le tabelle effettive del produttore, poiché il materiale della sede e la classe di pressione influenzano ciascuno di questi valori.

I quattro limiti dell'installazione da includere nell'indagine

Ogni percorso di insuccesso sopra indicato ha origine da una decisione che avrebbe potuto essere presa già in fase di preventivo. Ciò rende la richiesta di preventivo il momento più conveniente per porre quattro domande. Uno: specifiche tecniche consentite, per iscritto, relative al modello esatto. Due: percorso di montaggio lineare raccomandato per la configurazione effettiva, compreso ciò che è accettabile all’interno di uno skid di dimensioni ridotte. Tre: dati dimensionali per il servizio effettivo, pressione di apertura e dati di portata, non solo il diametro nominale. Quattro: procedure di saldatura e messa in servizio per la famiglia di sedi in acquisto, compresa la rimozione delle sedi e il lavaggio. Un fornitore che risponde a queste quattro domande per iscritto sta gestendo il rischio di installazione. Chi risponde con aggettivi sta semplicemente vendendo una classe di pressione.

Cosa significa questo per il tuo prossimo ordine di valvole di ritegno

Considerati nel loro insieme, i guasti sopra citati hanno una caratteristica in comune: ciascuno di essi era già stato individuato prima della messa in funzione. Il disco a 17 gradi era stato definito da una riga d’ordine. Il perno eroso era stato definito da uno schema di montaggio. Il disco oscillante rimasto aperto era stato definito da un disegno che mostrava una corsa verticale verso il basso. I dati raccolti sul campo dai produttori confermano complessivamente questa tendenza, riconducendo la maggior parte dei problemi di manutenzione delle valvole di ritegno alle scelte relative all’applicazione, al dimensionamento e all’installazione. Nulla di tutto ciò rende la valvola un prodotto difettoso. Significa semplicemente che la fase di acquisto è il momento più economico per prevenire il guasto.

Per i tecnici di progetto, la versione pratica è breve. Trasferite i quattro criteri dal ragionamento in cantiere alla richiesta di offerta e chiedete a ciascun offerente di rispondere per iscritto in base alla vostra planimetria effettiva. Il costo è di quattro righe nel capitolato. Il costo evitato è quello di dover tagliare una linea già posata al momento della messa in servizio, oppure di dover sostituire un disco che si è allentato dopo due anni di vibrazioni. Le risposte scritte consentono inoltre di selezionare i fornitori più rapidamente rispetto a un’altra pagina di classi di pressione.

Per i distributori e i grossisti, lo stesso materiale diventa un consiglio alla cassa. L’approccio e le risposte in merito alla distanza dipendono dalla struttura, non dal marchio. Anche la logica di magazzino segue le gamme pubblicate. Le valvole a doppio disco in DN15-DN300 coprono la maggior parte delle linee di retrofit con spazio ridotto, mentre le valvole di ritegno a battente flangiate coprono la fascia dei grandi diametri e delle alte temperature fino a DN600. Un consiglio di vendita che risponde alla domanda sull’atteggiamento partendo dal meccanismo, come fa la tabella sopra riportata, evita ai clienti commerciali di dover ricorrere ai resi.

Se questa checklist richiede che un fornitore risponda per iscritto, è proprio così che lavoriamo noi in VINCER. Le nostre valvole di ritegno a wafer sono disponibili nelle versioni a battente, a sollevamento e a doppia piastra, con diametri nominali da DN15 a DN300 e pressioni fino a 40 bar. I corpi flangiati a battente e a sollevamento estendono la gamma fino a DN600 e consentono l’impiego in condizioni di alta temperatura. Forniamo i limiti di inclinazione, le indicazioni relative alla configurazione in linea retta e i dati sulla pressione di apertura in base alla vostra linea effettiva, per sistemi di flangia ANSI, GB, DIN o JIS, e il Gamma di valvole di ritegno a disco È proprio da lì che parte quel confronto.

Riferimenti

1. Valve Magazine. “Considerazioni sull’installazione delle valvole di ritegno per ottimizzare le prestazioni di processo”. 2023. https://valvemagazine.com/articles/check-valve-installation-considerations-to-maximize-process-performance/
2. Eng-Tips. “Procedura di installazione della valvola di ritegno”. 2008. https://www.eng-tips.com/threads/check-valve-installation-procedure.212528/