Valvole a farfalla azionate: Guida alla selezione e all'applicazione

Il controllo dei fluidi è essenziale nel mondo industriale di oggi. Che si tratti di acqua pura o di sostanze chimiche corrosive, di sistemi HVAC precisi o di olio e gas ad alta pressione, ogni volta che è necessario avviare, arrestare, deviare, miscelare o strozzare un fluido, dipende da valvole efficienti e affidabili. Tra queste, le valvole a farfalla azionate sono importanti perché presentano vantaggi unici. Non sono solo interruttori, ma sono essenziali per l'automazione e per rendere le cose più efficienti. Questo articolo tratterà tutto ciò che riguarda le valvole a farfalla attuate, compresi i principi, i tipi, gli usi, la scelta, i consigli per la manutenzione e i problemi più comuni. L'obiettivo è quello di fornire consigli dettagliati per aiutarvi a decidere con precisione nel controllo dei fluidi industriali.

Che cos'è e come funziona una valvola a farfalla attuata

 

L'essenza di una valvola a farfalla

Prima di comprendere una valvola a farfalla attuata, è necessario comprendere la valvola a farfalla. Il disco di una valvola a farfalla ha la forma di un'ala di farfalla. Dirige il flusso del fluido ruotando di 90 gradi attorno a un albero (o stelo). Quando il disco è in linea con il tubo, il fluido scorre senza ostacoli. Quando il disco viene ruotato di 90 gradi in modo da essere perpendicolare al tubo, blocca completamente il fluido. Grazie a questo design compatto, le valvole a farfalla sono piccole e leggere, hanno una bassa resistenza al flusso (con conseguente perdita di pressione minima) e sono semplici da azionare, soprattutto per tubi di grandi dimensioni. Alcuni progetti avanzati possono essere caratterizzati da un'esclusiva sede a linea d'onda per migliorare le prestazioni di tenuta.

Il ruolo dell'attuatore

In molte fabbriche, in alcune aree non è pratico o sicuro azionare manualmente le valvole. L'attuatore è ciò che rende possibile tutto questo. Un attuatore è una macchina che trasforma l'energia in movimento. Riceve segnali di controllo (elettrici o pneumatici) e muove la valvola per aprirla, chiuderla o regolarla. Un attuatore e una valvola a farfalla insieme creano quella che chiamiamo valvola a farfalla attuata, che consente il controllo automatizzato della valvola.

Come lavorano insieme

Il funzionamento di una valvola a farfalla attuata è semplice: l'attuatore della valvola è collegato allo stelo della valvola a farfalla mediante un giunto. Quando il sistema di controllo invia un comando all'attuatore, il motore interno, il cilindro pneumatico o il cilindro idraulico producono un movimento rotatorio o lineare. Il movimento dell'albero della valvola fa ruotare il disco e controlla il flusso del fluido.

I tipi più comuni di valvole a farfalla includono:

• Valvola a farfalla di tipo Wafer: Questo corpo valvola non ha flange. È fissato tra le flange dei tubi mediante bulloni. È compatto e facile da installare, ma la sua rimozione richiede lo smontaggio di parte della tubazione.
• Valvola a farfalla di tipo Lug: Il corpo della valvola è dotato di alette, ciascuna con un foro filettato. Può essere avvitato direttamente alle flange dei tubi. Ciò facilita l'installazione e la rimozione, consentendo di effettuare la manutenzione senza intervenire sull'altro lato della tubazione.
• Valvola a farfalla di tipo flangiato: Il corpo della valvola è dotato di flange su entrambe le estremità, che vengono avvitate direttamente alle flange dei tubi. Questa connessione è robusta e adatta ad applicazioni ad alta pressione e di grande diametro.
• Valvola a farfalla a doppio offset: Lo stelo della valvola è disassato rispetto al centro del disco e al centro del corpo valvola. Quando la valvola si apre, il disco si allontana rapidamente dalla sede, riducendo la coppia di apertura e l'usura e migliorando le prestazioni di tenuta.
• Valvola a farfalla a triplo offset: Sulla base del design a doppio disassamento, la superficie di tenuta della sede è anch'essa conica, creando un terzo disassamento. Questo design consente di ottenere una tenuta senza perdite, rendendolo ideale per applicazioni ad alta temperatura, alta pressione, sostanze abrasive e applicazioni che richiedono una chiusura ermetica.

Gli attuatori combinati con questi diversi tipi di valvole a farfalla possono soddisfare varie esigenze complesse di controllo dei fluidi, dal semplice controllo on/off alla regolazione precisa del flusso.

Valvole a farfalla ad azionamento elettrico e pneumatico

Le valvole a farfalla azionate sono comunemente gestite da attuatori elettrici o pneumatici. Ogni tipo di governo ha i suoi vantaggi. La decisione viene solitamente presa in base all'applicazione, alle prestazioni richieste, al budget e alle questioni di sicurezza.

Valvole a farfalla ad azionamento elettrico

Il motore di un attuatore elettrico aziona un ingranaggio o una vite senza fine che converte l'elettricità in movimento per aprire o chiudere la valvola. La maggior parte di essi include interruttori di fine corsa, protezione della coppia e segnali che indicano la loro posizione (come 4-20mA o 0-10V). In questo modo è possibile controllare con precisione la posizione del robot e manovrarlo a distanza.

Vantaggi:

• Controllo preciso: Possono ottenere una regolazione multiposizione e un controllo accurato del flusso, ideale per le applicazioni che richiedono una regolazione fine.
• Controllo remoto e automazione: Si integrano facilmente con sistemi di automazione come DCS (Distributed Control Systems) e PLC (Programmable Logic Controllers), consentendo il monitoraggio remoto e il controllo centrale.
• Efficienza energetica: Non hanno bisogno di energia continua per mantenere la posizione, quindi il consumo energetico è relativamente basso.
• Funzione autobloccante: In genere hanno una funzione autobloccante, che mantiene la posizione della valvola anche in caso di interruzione dell'alimentazione.
• Coppia elevata: Adatto per valvole che richiedono una coppia elevata.

Svantaggi:

• Risposta lenta: La loro velocità di apertura e chiusura è generalmente inferiore a quella degli attuatori pneumatici, il che li rende inadatti alle applicazioni che richiedono un arresto rapido o di emergenza.
• Costo iniziale più elevato: Di solito sono più costosi degli attuatori pneumatici, soprattutto per gli attuatori antideflagranti o ad alto grado di protezione.
• Complessità: La loro struttura interna è più complessa, quindi la risoluzione dei problemi e la manutenzione possono richiedere conoscenze specialistiche.
• Dipendenza dal potere: Hanno bisogno di un'alimentazione stabile.

Valvole a farfalla ad azionamento pneumatico

Un attuatore pneumatico si basa sull'aria compressa per muovere la valvola per mezzo di un pistone o di una membrana. Il modo in cui funzionano determina se sono del tipo a cremagliera o a giogo di scotch. Spesso si basano su valvole a solenoide, interruttori di fine corsa e processori di sorgente d'aria.

Vantaggi:

• Risposta rapida: Hanno una velocità di apertura e chiusura molto elevata, che li rende ideali per le applicazioni di arresto di emergenza (ESD) e per quelle ad azione rapida.
• Struttura semplice: Hanno un minor numero di parti interne, con conseguente riduzione dei tassi di guasto e semplificazione della manutenzione.
• A sicurezza intrinseca: In ambienti infiammabili o esplosivi, gli attuatori pneumatici non richiedono elettricità, il che li rende intrinsecamente sicuri e una scelta preferenziale per le aree pericolose.
• Costo inferiore: Il loro costo iniziale di acquisto è solitamente inferiore a quello degli attuatori elettrici.

Svantaggi:

• Richiede una fonte d'aria: Dipendono da una fornitura stabile di aria compressa, il che significa apparecchiature aggiuntive come compressori d'aria, serbatoi di stoccaggio, filtri ed essiccatori, che aumentano la complessità del sistema e i costi di manutenzione.
• Controllo inferiore di precisione: A meno che non siano dotati di posizionatori di precisione, la loro precisione di regolazione è generalmente inferiore a quella degli attuatori elettrici.
• Consumo d'aria continuo: Alcuni attuatori pneumatici possono consumare continuamente una piccola quantità di aria compressa per mantenere la posizione della valvola.
• Limitazioni di coppia: Per valvole di diametro molto grande o per differenziali ad alta pressione, potrebbe essere necessario un cilindro più grande, con conseguente ingombro.

Tabella riassuntiva: Valvole a farfalla ad azionamento elettrico e pneumatico

Caratteristica	Valvola a farfalla ad azionamento elettrico	Valvola a farfalla ad azionamento pneumatico
Fonte di alimentazione	Elettricità	Aria compressa
Velocità di risposta	Più lento, adatto alla regolazione e alla commutazione non di emergenza	Molto veloce, adatto per lo spegnimento di emergenza e la commutazione rapida
Precisione del controllo	Controllo di posizione e di flusso elevato e preciso	Relativamente più basso, necessita di un posizionatore per una maggiore precisione
Costo iniziale	Più alto	Più basso (ma considerare il costo del sistema a sorgente d'aria)
Costo operativo a lungo termine	Inferiore (nessun consumo continuo di energia, ma la manutenzione potrebbe essere più specializzata)	Maggiore (consumo d'aria continuo, manutenzione del sistema della sorgente d'aria)
Sicurezza	Richiede una classificazione antideflagrante, rischio di scintille elettriche	A sicurezza intrinseca, adatto per aree pericolose
Complessità strutturale	Relativamente complesso	Relativamente semplice
Funzione autobloccante	Sì, mantiene la posizione quando l'alimentazione è spenta	Necessita di accessori (ad es., valvola di ritenzione)
Capacità di coppia	Adatto per valvole a coppia elevata	Raggiunge una coppia elevata aumentando il diametro del cilindro
Manutenzione	Richiede una manutenzione elettrica specializzata	Manutenzione del sistema di fonti d'aria, ispezione delle guarnizioni
Applicazioni tipiche	Regolazione precisa del flusso, controllo remoto, elevata automazione	Spegnimento di emergenza, commutazione rapida, aree pericolose

Gli attuatori idraulici sono un altro tipo di attuatore, oltre a quelli elettrici e pneumatici. Si basano sulla pressione dell'olio idraulico per azionare le valvole, soprattutto per gli usi che richiedono molta coppia e forza, come le grandi porte d'acqua o le attrezzature industriali pesanti. Tuttavia, sono più difficili da costruire e più costosi.

Applicazioni comuni delle valvole a farfalla azionate

Le valvole a farfalla azionate sono importanti per molte industrie manifatturiere perché hanno buone prestazioni e sono adattabili. Sono responsabili del controllo costante dei fluidi e del funzionamento equilibrato del sistema.

• Trattamento dell'acqua e delle acque reflue: Utilizzato per il controllo del flusso, il dosaggio di sostanze chimiche e la commutazione di tubazioni.
• Sistemi HVAC: Controllo della distribuzione dell'acqua fredda/calda, del flusso d'aria e della circolazione della torre di raffreddamento per ottenere una temperatura e un'umidità precise.
• Industria chimica: Controllo affidabile di fluidi chimici corrosivi, ad alta temperatura, ad alta pressione o abrasivi.
• Industria del petrolio e del gas: Applicato per l'arresto rapido delle condutture, la regolazione del flusso e l'arresto di emergenza (ESD) nell'estrazione, nel trasporto e nella raffinazione.
• Industria dell'energia: Controllo dell'acqua di raffreddamento, del vapore, del gas combustibile e dei gas di scarico nelle centrali elettriche.
• Industria alimentare e delle bevande: Controllare i liquidi sanitari come latte e succhi di frutta, rispettando gli standard igienici.
• Industria mineraria: Gestire gli impasti abrasivi, riducendo l'usura e prolungando la vita delle apparecchiature.
• Industria dei gasdotti per il vapore: Controllano il flusso di vapore ad alta temperatura o fungono da valvole di intercettazione nei sistemi a vapore.
• Industria di produzione di apparecchiature: Preferito per l'integrazione in macchine industriali grazie alla compattezza e all'economicità.
• Altri settori: Ampiamente utilizzati nei settori farmaceutico, cartario, marino, metallurgico e in tutti i campi che richiedono un controllo automatizzato dei fluidi.

Perché scegliere le valvole a farfalla azionate?

Tra i vari tipi di valvole, le valvole a farfalla azionate sono spesso scelte nell'industria per diverse buone ragioni. Hanno molti vantaggi unici che, come gli ingranaggi precisi, contribuiscono a migliorare l'efficienza dell'industria.

1. Compatto e leggero: Le valvole a farfalla sono progettate per essere più piccole e leggere delle valvole a saracinesca o a globo delle stesse dimensioni. Ciò significa che occupano meno spazio per l'installazione, riducono la necessità di supporti per tubi pesanti e sono più facili da trasportare e installare. Ciò è particolarmente importante negli ambienti industriali con spazi limitati.
2. Efficiente dal punto di vista dei costi: Le valvole a farfalla azionate sono solitamente meno costose da produrre rispetto alle valvole a saracinesca o a sfera delle stesse dimensioni. Di conseguenza, sono molto interessanti per i progetti con fondi limitati, soprattutto nelle applicazioni con valvole di grande diametro, dove la differenza di costo è ancora maggiore.
3. Funzionamento veloce: Una valvola a farfalla necessita solo di una rotazione di 90 gradi per la completa apertura o chiusura. Con un attuatore, può raggiungere velocità di apertura e chiusura molto elevate. Ciò è fondamentale per i sistemi che richiedono un arresto di emergenza o una rapida commutazione del percorso del flusso, come nei sistemi di interblocco di sicurezza o nei processi a risposta rapida.
4. Buone caratteristiche di controllo del flusso: Il disco di una valvola a farfalla offre buone caratteristiche di regolazione del flusso a diversi angoli di apertura. Con un controllo preciso dell'attuatore, è possibile una regolazione fine del flusso del fluido, soddisfacendo i severi requisiti di processo per il controllo del flusso.
5. Facile automazione e integrazione: Le valvole a farfalla azionate sono progettate per l'automazione. Sia gli attuatori elettrici che quelli pneumatici possono facilmente integrarsi con i moderni sistemi di controllo industriale (come DCS, PLC, SCADA). Ciò consente il controllo remoto, il funzionamento automatico e il monitoraggio dei dati, aumentando notevolmente l'automazione della produzione e l'efficienza operativa.
6. Manutenzione relativamente semplice: Le valvole a farfalla hanno una struttura relativamente semplice, con un numero ridotto di parti in movimento, il che significa meno interventi di manutenzione. La sostituzione delle guarnizioni è generalmente semplice e contribuisce a ridurre i costi di esercizio a lungo termine.
7. Ampia gamma di supporti idonei: I diversi materiali del corpo, del disco e delle guarnizioni consentono alle valvole a farfalla azionate di gestire diversi fluidi, tra cui acqua pulita, acque reflue, gas, oli, fanghi e liquidi corrosivi. Possono essere utilizzate in condizioni di alta o bassa temperatura, alta pressione o sotto vuoto.
8. Efficienza energetica (attuatori elettrici): Quando la valvola raggiunge la posizione desiderata, il motore si ferma e utilizza pochissima elettricità per mantenerla. In alcuni casi, questa è una scelta migliore rispetto agli attuatori pneumatici, che utilizzano sempre aria compressa.

Nel complesso, le valvole a farfalla azionate sono utili nell'industria moderna perché sono compatte, convenienti, veloci, facili da automatizzare e possono essere utilizzate in molte situazioni.

Come scegliere una valvola a farfalla attuata

Scegliere la valvola a farfalla attuata giusta è come trovare gli strumenti migliori per un intervento chirurgico complicato. Tutte le decisioni devono essere ponderate attentamente, poiché una scelta sbagliata può causare inefficienza, costi più elevati o addirittura pericoli. Quando scegliete i professionisti, tenete a mente questi punti:

1. Caratteristiche dei supporti:
   • Tipo: Si tratta di acqua, olio, gas, vapore, fanghi o sostanze chimiche corrosive?
   • Temperatura: Qual è la temperatura di esercizio del fluido? Questo determina la scelta del materiale per il corpo valvola, il disco e le guarnizioni (ad esempio, le alte temperature richiedono guarnizioni metalliche o elastomeri speciali resistenti al calore; le basse temperature richiedono acciaio al carbonio o acciaio inossidabile per basse temperature).
   • Pressione: Quali sono la pressione massima di esercizio e la pressione differenziale della tubazione? Questo determina la pressione nominale della valvola.
   • Corrosività: Il fluido è corrosivo? In caso di forte corrosività, scegliere materiali resistenti alla corrosione (ad esempio, acciaio inox 316, Hastelloy o rivestimento in PTFE).
   • Abrasività: Il fluido contiene particelle solide o fanghi? Ciò richiede materiali del disco e della sede resistenti all'usura, come la ceramica o le leghe dure.
   • Viscosità: I fluidi ad alta viscosità possono richiedere una coppia più elevata per l'attuatore.
2. Requisiti operativi:
   • On/Off vs. Throttling: La valvola deve essere aperta o chiusa completamente o deve essere regolata? Le applicazioni di regolazione richiedono solitamente attuatori e posizionatori più precisi.
   • Frequenza di funzionamento: La valvola viene utilizzata frequentemente o occasionalmente? Il funzionamento ad alta frequenza richiede una maggiore durata e affidabilità dell'attuatore.
   • Velocità di risposta: È necessaria un'apertura o una chiusura rapida? I sistemi di arresto di emergenza (ESD) richiedono in genere attuatori pneumatici.
   • Requisiti di coppia: Calcolare la coppia operativa minima necessaria in base alle dimensioni della valvola, alla pressione del fluido, alle caratteristiche del fluido e alla frequenza di funzionamento. Quindi, selezionare un attuatore con una coppia di uscita superiore a questo valore.
3. Condizioni ambientali:
   • Temperatura ambiente: L'intervallo di temperatura ambiente nel luogo di installazione.
   • Resistenza all'umidità e all'acqua: È necessaria una resistenza all'umidità o all'acqua (ad esempio, grado di protezione IP67 o IP68)?
4. Aree pericolose: Si trova in un'area infiammabile o esplosiva? In tal caso, è necessario scegliere un attuatore antideflagrante (ad esempio, certificato ATEX, IECEx).
   • Vibrazioni e urti: La valvola e l'attuatore saranno soggetti a vibrazioni o urti?
5. Dimensione della valvola e tipo di connessione:
   • Diametro nominale: Determinare il diametro nominale della valvola (DN/NPS) in base alle dimensioni del tubo.
   • Tipo di connessione: Wafer, capocorda, flangiati, saldati, ecc. devono corrispondere al tipo di connessione della tubazione esistente.
   • Spazio di installazione: Considerare le dimensioni complessive della valvola e dell'attuatore, garantendo uno spazio sufficiente per l'installazione e la manutenzione.
6. Tipo di attuatore e segnale di controllo:
   • Elettrico, pneumatico o idraulico: Scegliere il tipo di attuatore più adatto in base ai confronti di cui sopra.
   • Segnale di controllo: Che tipo di segnale di controllo riceve l'attuatore? (ad esempio, segnali discreti, segnali analogici 4-20mA, segnali digitali Modbus/Profibus, ecc.)
   • Alimentazione: La tensione e la frequenza necessarie per gli attuatori elettrici.
7. Standard e certificazioni:
   • Assicurarsi che la valvola e l'attuatore siano conformi agli standard internazionali o industriali pertinenti (ad esempio, API, ISO, ANSI, DIN, JIS).
   • Per applicazioni speciali, possono essere richieste certificazioni come CE, RoHS, SIL (Safety Integrity Level) e FDA (Food Grade).

Consigli per l'installazione e la manutenzione

La corretta installazione e la regolare manutenzione sono fondamentali per le valvole a farfalla azionate. Ciò garantisce un funzionamento stabile a lungo termine, prolunga la durata di vita e riduce i costi.

Suggerimenti per l'installazione

• Controllo pre-installazione: Controllare che la valvola e l'attuatore non siano danneggiati, verificare le specifiche e rimuovere i detriti. Assicurare uno spazio adeguato per l'installazione e la manutenzione.
• Allineamento e supporto: Allineano perfettamente le flange dei tubi e forniscono un supporto supplementare per le valvole più pesanti.
• Direzione e serraggio: Seguire la direzione del flusso, assicurare la corretta posizione dello stelo e serrare uniformemente i bulloni con una chiave dinamometrica.
• Collegamento dell'attuatore: Collegare saldamente l'attuatore allo stelo della valvola. Cablare correttamente gli attuatori elettrici e collegare gli attuatori pneumatici a una fonte d'aria pulita e stabile. Testare il funzionamento dopo l'installazione.

Suggerimenti per la manutenzione

• Controlli regolari: Ispezionare periodicamente la presenza di perdite, corrosione o usura. Testare il funzionamento della valvola, controllare il serraggio dei dispositivi di fissaggio ed esaminare l'integrità delle guarnizioni.
• Lubrificazione e pulizia: Lubrificare le parti mobili secondo le indicazioni del produttore. Mantenere puliti la valvola e l'attuatore ed eliminare le impurità dalle fonti d'aria pneumatica.
• Calibrazione e ricambi: Calibrare regolarmente le valvole modulanti per verificarne la precisione. Tenere a portata di mano parti di ricambio comuni per una rapida sostituzione.

Problemi comuni e risoluzione dei problemi

Anche le valvole a farfalla ben progettate possono presentare problemi. Conoscere i sintomi comuni di guasto e i metodi di risoluzione dei problemi è fondamentale per garantire il funzionamento continuo del sistema e ridurre le perdite di tempo di fermo.

La valvola non riesce ad aprirsi o chiudersi completamente

• Sintomo: L'attuatore si muove, ma il disco non raggiunge la massima apertura/chiusura.
• Possibili cause: Regolazione errata del limite, coppia insufficiente dell'attuatore, valvola bloccata, bassa pressione dell'aria (pneumatico), potenza instabile (elettrico) o stelo/collegamenti danneggiati.
• Risoluzione dei problemi: Regolare i limiti, controllare la coppia, ispezionare la presenza di detriti, verificare l'alimentazione dell'aria e della corrente o sostituire le parti danneggiate.

Perdita della valvola

• Sintomo: Il fluido passa quando è chiuso (perdita interna) o fuoriesce dal corpo/stelo (perdita esterna).
• Possibili cause: Guarnizioni usurate, particelle intrappolate, chiusura incompleta, installazione non corretta o corpo valvola/imballo danneggiato.
• Risoluzione dei problemi: Sostituire le guarnizioni, eliminare i detriti, assicurare la chiusura completa, serrare nuovamente le guarnizioni e i bulloni o sostituire le valvole se gravemente danneggiate.

Attuatore Nessun movimento o movimento anomalo

• Sintomo: Nessuna risposta al segnale di controllo o movimento lento/instabile.
• Possibili cause: Assenza di alimentazione/aria, guasto del segnale di controllo, guasto della valvola solenoide/motore, problemi meccanici interni o guasto del finecorsa.
• Risoluzione dei problemi: Controllare l'alimentazione/aria, testare il segnale, sostituire i componenti difettosi o riparare le parti interne.

Rumore eccessivo dell'attuatore

• Sintomo: Rumore insolito durante il funzionamento.
• Possibili cause: Lubrificazione insufficiente, parti usurate, installazione allentata o fonte d'aria instabile (pneumatica).
• Risoluzione dei problemi: Lubrificare, sostituire le parti usurate, stringere i collegamenti o garantire un'alimentazione d'aria stabile.

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Conclusione

Le valvole a farfalla azionate sono componenti importanti nell'automazione industriale di oggi. Le loro dimensioni ridotte, le prestazioni elevate, l'ampio utilizzo e la semplicità di integrazione sono il motivo per cui sono importanti nei settori del trattamento delle acque, HVAC, chimico e del petrolio e del gas. Conoscere le basi, distinguere gli attuatori elettrici da quelli pneumatici, sceglierli, installarli e mantenerli correttamente influisce sulla sicurezza e sull'efficienza dei processi industriali.

Scegliere la giusta valvola a farfalla attuata è come aggiungere un controllo preciso al cuore della produzione industriale. Non si tratta solo di acquistare hardware, ma anche di migliorare le prestazioni del sistema, ridurre i costi e garantirne la durata. È molto importante scegliere un partner affidabile in questo campo difficile e complicato.

VINCER, fornitore di valvole automatiche, si impegna a fornire ai clienti globali soluzioni di controllo dei fluidi professionali, efficienti e affidabili. Aiutiamo le industrie a lavorare in modo più sicuro ed efficiente.

Se avete bisogno di valvole automatiche affidabili, VINCER è la scelta giusta.