Cause di perdite della valvola a farfalla e relative soluzioni

Le valvole a farfalla sono ampiamente utilizzate in settori quali il trattamento delle acque, il petrolio e il gas, l'HVAC e l'elaborazione chimica, grazie al loro design compatto, al flusso efficiente e al controllo conveniente.

Tuttavia, uno dei problemi più comuni convalvole a farfallaè una perdita. Le perdite possono verificarsi internamente (attraverso la sede della valvola) o esternamente (attorno allo stelo o al corpo valvola). Le perdite possono essere di entità minore o maggiore, con conseguente riduzione dell'efficienza del sistema o gravi rischi per la sicurezza, problemi ambientali o costosi tempi di fermo.
Pertanto, comprendere le cause profonde di queste perdite e implementare soluzioni efficaci è fondamentale per garantire prestazioni affidabili delle valvole.

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Tipi di perdite della valvola a farfalla

Prima di addentrarci nelle cause e nelle soluzioni, classifichiamo innanzitutto le perdite più comuni nelle valvole a farfalla:
a. Perdita interna: il fluido passa attraverso la valvola quando questa è in posizione chiusa, il che indica che la sede o il disco della valvola non riescono a formare una tenuta stagna.
b. Perdita esterna: il fluido fuoriesce dal corpo della valvola, solitamente attorno allo stelo della valvola, alla guarnizione o al collegamento della flangia, compromettendo la tenuta.

Entrambi i tipi di perdite possono derivare da fattori legati alla progettazione, all'installazione, al funzionamento o alla manutenzione.
Di seguito esploreremo le cause principali e le relative soluzioni per ogni tipo di perdita.

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1. Guarnizioni usurate o danneggiate

Una causa comune di perdite interne è il degrado dei componenti di tenuta della valvola (come rivestimenti elastici o sedi metalliche).

1.1 Cause

- Degrado del materiale: l'esposizione prolungata a liquidi corrosivi, alte temperature o radiazioni ultraviolette può causare l'indurimento, la rottura o la perdita di elasticità delle guarnizioni.

- Sostanze abrasive: i fluidi contenenti sabbia, ghiaia o altre particelle corrodono le guarnizioni nel tempo.

- Invecchiamento: anche in condizioni meno impegnative, le guarnizioni si deteriorano naturalmente nel tempo, riducendo la loro capacità di adattarsi al disco della valvola. Questo è inevitabile invecchiamento naturale.

- Coppia eccessiva: la coppia degli attuatori elettrici, pneumatici e di altro tipo selezionati è eccessiva e il disco della valvola esercita una pressione eccessiva sulla sede della valvola in fase di chiusura, causandone la deformazione o addirittura la rottura. Anche se azionate manualmente, l'applicazione di una coppia eccessiva a valvole a farfalla di grande diametro può causare deformazioni o danni alla sede della valvola.

1.2 Soluzioni

- Scelta del materiale: selezionare materiali di tenuta compatibili con il fluido e le condizioni operative. Ad esempio, utilizzare PTFE per la resistenza chimica, EPDM per applicazioni con acqua e Viton per fluidi a base oleosa.
- Manutenzione regolare: implementare un programma di manutenzione preventiva per ispezionare e sostituire le guarnizioni prima che si rompano. Questo è particolarmente importante in ambienti difficili.
- Rivestimento protettivo: nelle applicazioni abrasive, prendere in considerazione l'utilizzo di valvole con sedi rivestite o temprate per prolungare la durata delle guarnizioni.
- Ottimizzare l'attuatore: in base ai dati di coppia della valvola a farfalla forniti dal produttore, selezionare un attuatore con coppia adeguata o con protezione di coppia. Inoltre, durante l'azionamento manuale, evitare una forza eccessiva. In caso di dubbi, Zfa consiglia di utilizzare un attuatore a leva o a vite senza fine con limitazione di coppia.
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2. Installazione non corretta

Le perdite sono spesso causate da errori durante l'installazione della valvola, che compromettono le guarnizioni interne ed esterne.

2.1 Cause

- Disallineamento: se la valvola non è allineata correttamente con il tubo, il disco potrebbe non essere posizionato correttamente, con conseguenti perdite interne.
- Coppia insufficiente: un serraggio insufficiente dei bulloni della flangia può causare perdite esterne all'interfaccia del tubo della valvola.
- Serraggio eccessivo: una coppia eccessiva può causare la deformazione del corpo o della sede della valvola, impedendo al disco di chiudersi completamente e causando perdite interne.

2.2 Soluzione

- Controllo dell'allineamento: durante l'installazione, utilizzare uno strumento di allineamento per assicurarsi che la valvola sia centrata nel tubo. È inoltre necessario verificare che il disco si muova liberamente senza entrare in contatto con la parete del tubo.
- Specifiche di coppia: seguire il valore di coppia consigliato dal produttore per i bulloni della flangia e utilizzare una chiave dinamometrica calibrata per ottenere una compressione uniforme della guarnizione.
- Scelta della guarnizione: utilizzare guarnizioni di alta qualità e ad alta elasticità, compatibili con i materiali della valvola e del tubo. Assicurarsi inoltre che la dimensione della guarnizione sia adeguata per evitare compressioni o spazi eccessivi.
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3. Interferenza del disco

Una perdita interna può verificarsi quando il disco non riesce a chiudersi completamente a causa di un'interferenza fisica con il tubo o la flangia circostante.

3.1 Causa

- Diametro del tubo non corrispondente: se il diametro interno del tubo è troppo piccolo, il disco potrebbe colpire la parete del tubo durante la chiusura.
- Progettazione della flangia: le flange con superficie rialzata o le superfici di accoppiamento di dimensioni non idonee possono impedire il movimento del disco.
- Accumulo di detriti: solidi o incrostazioni che si accumulano all'interno della valvola possono impedire il corretto posizionamento del disco.

3.2 Soluzione

- Verifica della compatibilità: prima dell'installazione, verificare che il diametro del disco della valvola sia compatibile con il diametro interno del tubo.
- Regolazione della flangia: seguire standard quali ANSI o DIN per utilizzare flange piatte o guarnizioni per garantire il gioco del disco.
- Lavori di pulizia: lavare il sistema prima di azionare la valvola per rimuovere i detriti e installare filtri a monte, se le condizioni lo consentono, per evitare accumuli futuri.

4. Guasto allo stelo

Le perdite esterne si verificano solitamente attorno allo stelo della valvola e sono dovute a problemi con la guarnizione o le guarnizioni che impediscono al fluido di fuoriuscire lungo l'asse.

4.1 Causa

- Usura: nel tempo, i materiali di tenuta come il PTFE o la grafite si usurano a causa del movimento o della pressione dello stelo.
- Fluttuazioni di temperatura: in base al principio di dilatazione e contrazione termica, ripetute fluttuazioni di temperatura possono causare il restringimento, l'allentamento e persino la rottura della guarnizione.
- Regolazione non corretta: se il premistoppa è troppo allentato, il fluido potrebbe fuoriuscire; se è troppo stretto, potrebbe danneggiare lo stelo della valvola o limitarne il movimento.

4.2 Soluzione

- Manutenzione dell'imballaggio: controllare e sostituire regolarmente i materiali di imballaggio usurati.
- Considerazioni sulla temperatura: selezionare materiali di imballaggio adatti all'intervallo di temperatura del sistema, come materiali in grafite flessibile per applicazioni ad alta temperatura.
- Regolazione del premistoppa: serrare il premistoppa alla coppia specificata dal produttore, verificare la presenza di perdite dopo la regolazione ed evitare una compressione eccessiva.

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5. Pressione o temperatura eccessive

Quando le condizioni operative superano il limite di progettazione della valvola, potrebbero verificarsi perdite che compromettono le guarnizioni interne ed esterne.

5.1 Cause

- Pressione eccessiva: una pressione superiore alla portata della valvola può deformare la sede o il disco della valvola, rendendone impossibile la tenuta.
- Espansione termica: le alte temperature possono causare un'espansione non uniforme dei componenti, causando l'invecchiamento, l'ammorbidimento o persino la carbonizzazione della guarnizione, che può compromettere l'aderenza della superficie di tenuta, allentare la guarnizione o causare perdite esterne nel giunto.
- Fragilità a freddo: in condizioni di temperatura inferiori a -10 gradi, la guarnizione può diventare fragile e rompersi, causando perdite.

5.2 Soluzioni

- Valori nominali di pressione e temperatura adeguati: selezionare valvole con valori nominali di pressione e temperatura che superino le condizioni massime del sistema e considerare i margini di sicurezza.
- Scarico della pressione: installare una valvola di sicurezza o un regolatore di pressione a monte per evitare sovrapressioni.
- Isolamento/riscaldamento: utilizzare manicotti isolanti o tracciati riscaldanti nei climi freddi per evitare il congelamento.

5.3 Tabella di confronto della temperatura del materiale

Di seguito sono riportati gli intervalli di temperatura e di fluidi corrispondenti alle guarnizioni di vari materiali.

 

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6. Cavitazione e corrosione

6.1 Che cosa è la cavitazione

La cavitazione è causata dall'improvviso calo di pressione del mezzo liquido rispetto alla tensione di vapore del liquido nella parte di strozzamento della valvola (ad esempio tra la piastra a farfalla e la sede della valvola), con conseguente gassificazione locale del liquido con formazione di bolle. Quando queste bolle si spostano nella zona ad alta pressione con il fluido, collassano rapidamente, generando onde d'urto e microgetti, che a loro volta causano erosione e danni alla superficie di tenuta della valvola, alla sede e al corpo valvola.
Sebbene la cavitazione e la corrosione siano principalmente un problema di prestazioni, possono indirettamente causare perdite danneggiando la superficie di tenuta.

6.2 Che cosa è la corrosione?

La corrosione è causata da reazioni chimiche o elettrochimiche sulla superficie del materiale della valvola a farfalla dovute al contatto prolungato con mezzi corrosivi (come acidi, alcali, soluzioni saline o vapore ad alta temperatura), che provocano danni alla superficie di tenuta della valvola, allo stelo della valvola, alla sede della valvola o al corpo della valvola.

6.3 Cause

- Elevata caduta di pressione: rapidi cambiamenti di pressione provocheranno la rottura di bolle, che corroderanno il disco o la sede della valvola.
- Flusso corrosivo: il mezzo contiene acidi, alcali, sali, ecc. che reagiscono direttamente con la superficie metallica, causando il graduale scioglimento o la corrosione e l'assottigliamento della superficie di tenuta e del corpo della valvola.
- Sostanze abrasive: i fluidi ad alta velocità contenenti particelle usurano il bordo di tenuta nel tempo.

6.4 Soluzioni

- Controllo del flusso: determinare correttamente le dimensioni della valvola per ridurre al minimo la caduta di pressione e utilizzare i calcoli del coefficiente di flusso (Cv) per soddisfare i requisiti del sistema.
- Miglioramento dei materiali: scegliere materiali resistenti alla corrosione, come acciaio inossidabile o rivestimenti superficiali duri per i dischi e le sedi delle valvole.
- Progettazione del sistema: ridurre la portata aumentando il diametro del tubo o aggiungendo un dispositivo di riduzione della pressione a monte.

Tabella dei valori CV 6.5

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7. Difetti di fabbricazione

Talvolta le perdite sono causate da difetti nella costruzione della valvola, che possono essere rilevati durante l'uso iniziale o durante i test.

7.1 Cause

- Difetti di fusione: porosità o crepe nel corpo della valvola possono causare perdite esterne.
- Problemi alla superficie di tenuta: una lavorazione non uniforme del disco o della sede può impedire una tenuta corretta, con conseguenti perdite interne.
- Errori di assemblaggio: l'installazione impropria delle guarnizioni o il disallineamento dei componenti durante la produzione possono causare perdite.

7.2 Soluzioni

- Garanzia di qualità: acquista da produttori affidabili con certificazioni come ISO 9001 e richiedi un rapporto di prova della pressione (ad esempio, secondo API 598) per verificare la tenuta stagna.
- Test pre-installazione: eseguire test di tenuta idrostatici o pneumatici prima dell'installazione per identificare i difetti e restituire le unità difettose al fornitore.
- Reclami in garanzia: assicurarsi che la valvola sia dotata di una garanzia che copra i difetti di fabbricazione, in modo da poterla sostituire se si riscontrano perdite in anticipo.

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8. Conclusion

valvola a farfallaPer risolvere questi problemi è necessario scegliere la valvola giusta, installare con cura, effettuare una manutenzione regolare e ottimizzare il sistema. Selezionando materiali adatti all'applicazione, seguendo le linee guida di installazione e monitorando le condizioni operative, gli utenti possono ridurre significativamente il rischio di perdite.
Perdita della valvola a farfallaI problemi possono essere causati da una varietà di fattori e sono necessarie soluzioni diverse per diversi tipi di perdite. Che si tratti di perdite interne o esterne, di solito sono attribuibili a guarnizioni usurate, errori di installazione, interferenze del disco della valvola, problemi di tenuta dello stelo della valvola, pressione/temperatura eccessive, difetti di fabbricazione o corrosione. Il rischio di perdite delle valvole a farfalla può essere efficacemente ridotto attraverso una selezione ragionevole, un'installazione corretta, una manutenzione regolare e un funzionamento ottimizzato. Per applicazioni critiche, la consulenza dei produttori di valvole o degli ingegneri di sistema può ulteriormente garantire un funzionamento senza perdite e migliorare la sicurezza e l'efficienza operativa del sistema.