Università degli Studi di Salerno Corso di laurea in INGEGNERIA CHIMICA Università degli Studi di Salerno DINAMICA E CONTROLLO DEI PROCESSI CHIMICI Docente Prof. Michele Miccio VALVOLE di PROCESSO: Breve Presentazione Basata sul lavoro dello studente: Tepedino Davide e-mail: Tepedino@tiscali.it Matr. 285/000011

Valvole (cenni) Le valvole sono strumenti che permettono, regolano o interdicono il passaggio di un fluido, da una parte all’altra di una sezione di impianto, sia esso civile o industriale. Esistono vari tipi di valvole, classificati a seconda della funzione, della forma e delle dimensioni, della posizione/accoppiamento. Le valvole qui analizzate hanno funzione di: intercettazione (funzionamento ON-OFF) regolazione (del tipo a farfalla oppure di fondo a globo). Le prime, come suggerisce la dicitura anglosassone, hanno il compito di far passare o no un fluido in una sezione di tubazione o di impianto cui sono collegate. Le seconde, permettono invece la regolazione di un flusso. Alcuni tipo di valvola a farfalla prevedono anche un eventuale funzionamento del tipo ON-OFF.

Valvola di intercettazione a maschio cilindrico La valvola rappresentata in fig. 4 è una valvola a maschio cilindrico. Generalmente per questo tipo di valvole viene utilizzato un maschio sferico (sfera cava), in questo caso sostituito da quello cilindrico, in Teflon. fig. 4 Il maschio presenta un foro, il cui asse sarà allineato con l’asse della tubazione, nel caso di totale apertura della valvola. Anche la leva di comando si troverà allineata con l’asse della tubazione. L’asse del foro e leva di comando risulteranno invece ortogonali all’asse della tubazione e all’asse del fluido nel caso di totale chiusura. Nella fig. 5 si può notare il maschio della valvola in una posizione, volutamente, intermedia. Ricordiamo che questo tipo di valvole non è adatto allo scopo di regolazione, appartenendo, come già detto in precedenza, alla categoria ON-OFF. fig. 5

Il flusso infatti, in presenza di posizioni intermedie del maschio, fluirebbe in modo disordinato, turbolento, vorticoso, non regolare e senza quella dolcezza auspicata quando occorre ridurre una sezione di passaggio e quindi diminuire una portata. Questo tipo di valvole devono essere montate correttamente, in modo da far si che la punta della leva sia parallela e concorde con la direzione ed il verso d’avanzamento del fluido, in situazione di tutta apertura. Sempre dalla fig. 5 si può notare che gli elementi di giunzione sono del tipo flangiato, normalizzato, che prevede un numero di fori pari a 4 o suoi multipli. La valvola risulta inoltre dotata di un rivestimento o fodera (liner), costituito da uno strato di materiale plastico, (polimeri fluorurati, solitamente Teflon), che protegge la parte metallica interna della valvola e ne evita quindi il contatto con il fluido che l’attraversa. In questo modo la valvola può essere attraversata da prodotti alimentari o corrosivi. Il disco sulla flangia, prolungamento del liner, serve ad assicurare la battuta sulla tubazione. Anche sulla valvola possiamo notare una targa con i dati identificativi della stessa, che sono: Nome costruttore; Nome valvola; Materiale corpo; Materiale liner e plug(rivestimento ed otturatore); Numero di serie;

Rubinetto Un altro tipo di valvola di intercettazione a maschio sferico è rappresentato dal rubinetto (fig. 6). Il nome rubinetto indica che le dimensioni nominali della valvola non superano 1”, infatti quella analizzata è da ½”. fig. 6 Sono quindi valvole di piccole dimensioni normalmente usate in laboratori o impianti che erogano piccole portate di fluidi e svolgono funzioni del tipo ON-OFF. Ai due estremi del rubinetto sono presenti raccordi di tipo filettato, per consentire la giunzione con il resto dell’impianto. Sul corpo del rubinetto si possono notare delle guide di tipo esagonale: servono, al montaggio dello stesso. Permettono l’uso di una chiave, fissa o regolabile, al fine di “stringere” il rubinetto alla tubazione ed assicurarne così la tenuta. Di solito la filettatura, prima del montaggio, viene rivestita da un sottile strato di Teflon, che ne aumenta la tenuta. Come nel caso precedente, la leva in posizione ortogonale all’asse della tubazione significherà valvola chiusa, la leva allineata all’asse indicherà la totale apertura della valvola. La funzione della leva è anche quella di indicare il verso del flusso, funzione, questa, che spetta alla punta della stessa.

Valvola a farfalla La valvola nella fig. 7 è del tipo a farfalla, utilizzata per scopi di regolazione e non di intercettazione in quanto non consente una chiusura completa. Anche in questo caso, l’otturatore, rappresentato dal disco centrale, la farfalla, ruota intorno ad un asse ortogonale all’asse principale del movimento del flusso e della tubazione. fig. 7 Come detto in precedenza, questo tipo di valvola non svolge funzioni di intercettazione ma solo di regolazione. Pur forzando la chiusura, rimarrà sempre una sottile luce di passaggio tra la valvola e la sede dell’otturatore. Tutta aperta la valvola offre la minima resistenza e la massima sezione di passaggio al fluido. Muovendo la leva di comando, dotata di una cremagliera e di un fermo a molla per bloccare l’apertura in varie posizioni angolari, andiamo sempre più a variare la sezione di passaggio, ostacolare o agevolare il flusso ed ottenere quindi una regolazione di portata. Questo tipo valvola è ambidestra, ossia il flusso può essere alimentato da entrambi i lati, perché l’otturatore a farfalla è perfettamente simmetrico.

Immagine tratta dal sito della InterApp: www.interapp.net Leva di comando con cremagliera e molla per il bloccaggio in diverse posizioni angolari. Fori per il passaggio dei perni di fissaggio. fig. 8 Come si può notare dalla fig. 8 la valvola risulta sprovvista sia di giunti filettati che di flange, per cui deve essere montata con due flange esterne, una destra ed una sinistra, serrate tra di loro sulle facce della valvola tramite perni passanti. Ciò implica una maggiore leggerezza costruttiva della valvola e scarica tutte le responsabilità della tenuta ai giunti esterni su cui la valvola è montata. Immagine tratta dal sito della InterApp: www.interapp.net

Valvola a farfalla con azionamento manuale del tipo a volantino Il tipo di valvola a farfalla in fig. 9 è da 8” ed è dotata di azionamento del tipo manuale a volantino. Può supportare anche azionamenti motorizzati. Prevede l’ingresso del fluido dalla parte profilata (scura), che offre maggiore idrodinamicità e quindi minore resistenza, pur essendo la superficie di contatto sufficientemente ruvida. fig. 9 La figura 20 mostra un otturatore a farfalla simile, per caratteristiche costruttive, lavorazione ed impiego, a quella della figura 9. Risulta perciò un palliativo di una figura dell’altra faccia dell’otturatore di figura 9 non disponendo di un immagine specifica e particolareggiata della stessa. La fig. 10 mostra un tipo di lavorazione a dischi concentrici simile a quella presente sull’altra faccia dell’otturatore a farfalla e bordi lisci e lavorati in modo da consentire la perfetta e completa chiusura della farfalla. Ad impedire il trafilamento c’e un o-ring (anello di tenuta) in Teflon. I dati di targa di questa valvola sono curati dall’API fig. 10 (American Petroleum Institute).

Valvola a farfalla con azionamento a motore Con la valvola rappresentata nella fig. 11 (diametro nominale di 4”), concludiamo la carrellata sulle valvole a farfalla. Come si può notare la valvola in questione presenta caratteristiche simili alle due descritte in precedenza. Prima di tutto, come risulta evidente l’azionamento è demandato ad un motore, non più ad un operatore; ciò implica una maggiore possibilità di impiego in un sistema di controllo automatico. fig. 11 Non presenta flange, ma solo fori per perni passanti. In questo caso la valvola necessita di flange esterne e si dice che prevede un montaggio wafer, come un “sandwich” tra sezioni di piping adiacenti. L’otturatore non è del tipo simmetrico, ma, come nel caso precedente, presenta una faccia con lavorazione del tipo a dischi concentrici e l’altra con profilo idrodinamico. Permette la totale chiusura, grazie alla lavorazione piana dei bordi della farfalla. La tenuta è assicurata da un o-ring. Immagine tratta dal sito della InteraApp: www.interapp.net

Valvola di fondo con asservimento di tipo pneumatico La fig. 12 mostra una valvola classificata in base alla posizione che occupa durante il suo funzionamento. E’ una valvola a globo, destinata al fondo di serbatoi, di reattori, ecc. Come si può notare è servoassistita, con attuatore pneumatico, a membrana di materiale polimerico. Al centro della calotta in plastica (fig. 13) si può intravedere il bordo della membrana flessibile ed il bocchello per l’immissione dell’aria compressa. fig. 12 E’ possibile insufflare l’aria anche sotto la membrana, spostando il bocchello nell’altro foro (fig. 13) di cui è dotata la valvola. Lo scarico del fluido avverrà attraverso il bocchello centrale (fig.14), curvato di 90°, rispetto al piano di ingresso del fluido, senza possibilità di perdite, grazie a particolari tenute interne, che forzano il flusso in un’unica direzione. fig.13 fig. 14

All’interno della valvola, vincolata alla membrana, vi è una molla di richiamo, che al diminuire della pressione dell’aria insufflata riporta la membrana stessa e lo stelo dell’otturatore a cui essa è collegata in posizione iniziale. Il funzionamento qualitativo della valvola è illustrato dall’animazione di fianco: l’aria insufflata sotto la membrana, comprimendo la molla di richiamo, spinge l’otturatore, che apre una luce di passaggio per il fluido, dal serbatoio verso l’interno della valvola e quindi verso il resto dell’impianto. Al diminuire della pressione dell’aria, la molla di richiamo provoca il ritorno dell’otturatore e della membrana elastica nella posizione di quiete, chiudendo cosi la luce di passaggio per il fluido.

Note La figura 10 mostra un otturatore a farfalla simile, per caratteristiche costruttive, lavorazione ed impiego, a quella della figura 9. Rappresenta perciò la faccia non visibile dell’otturatore di figura 9, non disponendo di un immagine specifica e particolareggiata della stessa.