Le valvole a farfalla vengono utilizzate per avviare, arrestare o regolare il flusso di liquidi o gas attraverso le tubazioni. Prendono il nome dal disco a forma di ala che ruota all'interno del corpo valvola, ricordando il movimento di una farfalla. Tra i diversi tipi di valvole a farfalla, le valvole a farfalla ad alte prestazioni (HPBV) e le valvole a farfalla concentriche sono le due più comuni. Questo confronto analizzerà le differenze tra le due da più dimensioni per chiarire il loro ruolo nelle applicazioni industriali e municipali.
| Caratteristica | Valvola a farfalla concentrica | Valvola a farfalla ad alte prestazioni |
| Progetto | Stelo centrale e disco | Attacco manubrio decentrato con sede in metallo |
| Meccanismo di tenuta | Seduta in elastomero morbido | Sedile in RPTFE |
| Valutazione della pressione | Fino a 250 PSI | Fino a 600 PSI |
| Valutazione della temperatura | Fino a 180°C (356°F) | Fino a 260°C (536°F) |
| Usura e deterioramento | Più alto a causa del contatto del sedile | Inferiore grazie al design offset |
| Idoneità dell'applicazione | Fluidi a bassa pressione | Fluidi a media pressione e alta temperatura |
| Costo | Inferiore | Più alto |
1. Progettazione e costruzione
La differenza fondamentale tra le valvole a farfalla concentriche e le valvole a farfalla ad alte prestazioni risiede nella loro progettazione strutturale, in particolare nella posizione dello stelo e del disco della valvola rispetto al corpo della valvola e nei materiali utilizzati.
1.1 Valvole a farfalla concentriche
Il design concentrico è noto come valvola "a zero offset" o "a sede elastica", in quanto allinea lo stelo e il disco della valvola direttamente al centro del corpo valvola e del foro del tubo. Questo allineamento centrale non presenta alcuna deviazione.
1.1.1 Movimento del disco
Il disco ruota di 90° attorno all'asse dello stelo della valvola e si sposta da completamente aperto (parallelo al tubo) a completamente chiuso (perpendicolare al tubo) per tutto il suo intervallo di movimento.
1.1.2 Meccanismo di sigillatura
La tenuta è ottenuta tramite un accoppiamento con interferenza tra il bordo del disco della valvola e la sede della valvola in gomma elastica (ad esempio EPDM, acrilico o gomma fluorurata) che riveste la superficie interna del corpo della valvola.
1.1.3 Materiali
Il corpo valvola è solitamente realizzato in materiali ad alta resistenza e resistenti alla corrosione, come ghisa, ghisa duttile o persino acciaio inossidabile per applicazioni meno impegnative, perché la sede valvola in gomma impedisce il contatto del fluido con il corpo valvola.
A seconda della corrosività del fluido, il disco può essere in acciaio inossidabile, bronzo all'alluminio, ghisa duttile rivestita o completamente rivestito in metallo.
1.2 Valvole a farfalla ad alte prestazioni
Tipicamente un design a doppio offset con due offset chiave:
Lo stelo si trova dietro il disco anziché attraverso il centro del disco, e
Il gruppo disco e stelo è spostato rispetto alla linea centrale del foro del tubo.
Alcune versioni avanzate includono il triplo offset, ma il doppio offset è di serie sui modelli ad alte prestazioni.
1.2.1 Movimento del disco
Grazie allo sfalsamento, il disco ruota con un movimento simile a quello di una camma, riducendo il contatto con la sede.
1.2.2 Meccanismo di sigillatura
La sede è realizzata con materiali più resistenti, come il Teflon rinforzato, per resistere a pressioni e temperature più elevate. A differenza della sede in gomma di una valvola concentrica, la tenuta è più ermetica e meno soggetta a deformazioni.
1.2.3 Materiali
Il corpo e il disco sono realizzati in metalli resistenti, come acciaio inossidabile, acciaio al carbonio o leghe, per resistere alle condizioni più difficili.
1.3 Riepilogo: implicazioni progettuali
La semplicità della valvola concentrica la rende leggera e compatta, ideale per l'installazione diretta. Tuttavia, la sua sede in gomma deformabile ne limita la flessibilità.
Il design offset e i materiali più resistenti delle valvole ad alte prestazioni ne aumentano la durata e l'adattabilità, ma a scapito di una maggiore complessità e di un peso maggiore.
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2. Capacità di prestazione
Le prestazioni sono l'aspetto più variabile di queste valvole e quello che gli utenti apprezzano e a cui tengono di più. Nello specifico, vengono analizzate in termini di pressione, temperatura, tenuta e durata.
2.1 Valvole a farfalla concentriche
2.1.1 Valori di pressione
Le valvole a farfalla concentriche possono generalmente resistere a pressioni fino a PN16, ma questo valore varia a seconda delle dimensioni e del materiale. Oltre questa pressione, la sede in gomma potrebbe deformarsi o rompersi.
2.1.2 Valori di temperatura
La temperatura massima è di 180 °C (356 °F), limitata dai limiti termici della sede in gomma o PTFE. Le alte temperature compromettono le prestazioni dell'elastomero e ne compromettono la tenuta.
2.1.3 Prestazioni di tenuta
Può garantire una chiusura affidabile nei sistemi a bassa pressione, ma l'attrito continuo tra il disco della valvola e la sede della valvola causerà usura, riducendone l'efficacia.
2.1.4 Limitazione
Poiché le valvole a farfalla sono più adatte all'apertura e alla chiusura completa, se vengono utilizzate per la regolazione del flusso, la strozzatura a lungo termine accelererà l'usura della sede della valvola, rendendola meno precisa e durevole.
2.1.5 Durata
Essendo più elastiche, le sedi valvola in metallo o rinforzate sono più resistenti della gomma. Il design sfalsato ne prolunga ulteriormente la durata, limitando l'attrito.
2.2 Valvola a farfalla ad alte prestazioni
2.2.1 Pressione nominale
Grazie alla sua struttura robusta e al design sfalsato che riduce lo stress sulla sede della valvola, può resistere a pressioni fino a PN16.
2.2.2 Valutazione della temperatura
Poiché la sede della valvola è realizzata in RPTFE, può funzionare efficacemente a temperature fino a 536 °F (280 °C).
2.2.3 Prestazioni di tenuta
Grazie alla perfetta aderenza del disco della valvola disassato e alla sede valvola resistente, le perdite sono pressoché nulle e solitamente raggiungono una chiusura ermetica. Questo la rende ideale per applicazioni critiche.
2.2.4 Limitazione
La struttura e i materiali utilizzati nelle valvole a farfalla ad alte prestazioni consentono loro di controllare con precisione il flusso anche ad alte pressioni. Il ridotto contatto della sede riduce al minimo l'usura e mantiene l'integrità della tenuta per più cicli.
2.2.5 Durata
Essendo più resistenti, i sedili in metallo o rinforzati sono più durevoli di quelli in gomma. Il design sfalsato ne prolunga ulteriormente la durata, limitando l'attrito.
2.3 Riepilogo: Punti salienti delle prestazioni
Le valvole concentriche sono adatte a condizioni stabili a bassa pressione, ma non funzionano a pressioni medie e alte.
Le valvole ad alte prestazioni offrono affidabilità e durata superiori a un costo iniziale più elevato.
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3. Applicazioni
La scelta tra valvole a farfalla di media portata e valvole a farfalla ad alte prestazioni dipende dalle esigenze specifiche del sistema in cui vengono installate.
3.1 Valvole a farfalla concentriche
Per sistemi a bassa e media pressione/temperatura in cui costi e semplicità sono prioritari.
Usi comuni:
- Acqua e acque reflue: le condutture idriche comunali, gli impianti di irrigazione e i sistemi fognari traggono vantaggio dalla loro economicità e dall'isolamento dei fluidi.
- Alimentare e farmaceutico: le sedi in gomma impediscono che i fluidi sensibili vengano contaminati dal corpo valvola.
- Fornitura di gas: le linee del gas a bassa pressione lo utilizzano per il controllo on/off.
- Protezione antincendio: gli impianti sprinkler sfruttano la rapidità di funzionamento e l'affidabilità a pressioni medie.
- Vapore a bassa pressione: per vapore fino a 250 PSI e 350 °F.
3.2 Valvole a farfalla ad alte prestazioni
Per pressioni medio-basse o sistemi critici che richiedono precisione e durata.
Usi comuni:
- Petrolio e gas: gestisce prodotti chimici aggressivi, prodotti petrolchimici e condizioni offshore con pressioni elevate e fluidi corrosivi.
- Produzione di energia: gestisce il vapore ad alta pressione e l'acqua di raffreddamento nelle turbine e nelle caldaie.
- Elaborazione chimica: resiste ai fluidi corrosivi e mantiene una chiusura ermetica in ambienti volatili.
- HVAC: per sistemi di grandi dimensioni che richiedono un controllo preciso del flusso.
- Cantieristica navale: resiste alle condizioni marine e alla gestione di fluidi ad alta pressione.
3.3 Sovrapposizione e differenze delle applicazioni
Sebbene entrambe le valvole regolino il flusso, le valvole concentriche prevalgono negli ambienti meno esigenti e attenti ai costi, mentre le valvole ad alte prestazioni sono preferite nei processi industriali in cui un guasto può avere gravi conseguenze.
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4. Considerazioni operative
Oltre alla progettazione e all'applicazione, giocano un ruolo anche fattori pratici quali l'installazione, la manutenzione e l'integrazione del sistema.
4.1 Installazione
- Concentrico: installazione più semplice grazie al peso più leggero e alla compatibilità più semplice con le flange.
- Alte prestazioni: il design sfalsato richiede un allineamento preciso e il suo peso richiede un supporto più robusto.
4.2 Manutenzione
- Concentrico: la manutenzione si concentra sulla sostituzione della sede in gomma, un metodo di riparazione relativamente rapido ed economico. Tuttavia, l'usura frequente può aumentare i tempi di fermo nei sistemi ad alto numero di cicli.
- Alte prestazioni: la manutenzione è meno frequente grazie al sedile durevole, ma le riparazioni (ad esempio la sostituzione del sedile) sono più costose e tecniche e solitamente richiedono personale di manutenzione professionale con strumenti specializzati.
4.3 Caduta di pressione
- Concentrico: i dischi centrati creano più turbolenza quando sono parzialmente aperti, riducendo l'efficienza nelle applicazioni di strozzamento.
- Alte prestazioni: i dischi offset migliorano le caratteristiche del flusso, riducendo la cavitazione e la caduta di pressione, soprattutto ad alte velocità.
4.4 Attuazione
Entrambe le valvole possono essere utilizzate con attuatori manuali, pneumatici o elettrici, ma le valvole ad alte prestazioni sono spesso abbinate a controlli avanzati per un'automazione precisa in ambienti industriali.
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5. Analisi dei costi e del ciclo di vita
5.1 Costo iniziale
Le valvole concentriche sono significativamente più economiche perché sono relativamente semplici da costruire e utilizzano meno materiale. Questo non è il caso delle valvole a farfalla ad alte prestazioni.
5.2 Costo del ciclo di vita
Le valvole ad alte prestazioni sono generalmente più economiche nel tempo perché richiedono meno manutenzione e sostituzione. Nei sistemi critici, la loro affidabilità può anche ridurre i costi di fermo macchina.
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6. Conclusione: Riepilogo dei vantaggi e degli svantaggi
6.1 Valvola a farfalla concentrica
6.1.1 Vantaggi:
- Efficienza dei costi: i minori costi di produzione e dei materiali ne fanno un vantaggio economico.
- Design semplice: facile da installare, utilizzare e manutenere, con meno parti mobili.
- Isolamento del fluido: le sedi in gomma proteggono il corpo della valvola, consentendo l'uso di materiali più economici e mantenendo la purezza del fluido.
- Leggero: ideale per applicazioni in cui il peso è un problema.
6.1.2 Svantaggi:
- Portata limitata: i limiti massimi sono 250 PSI e 356 °F, limitandone l'uso in condizioni difficili.
- Soggetto a usura: l'attrito costante del sedile può causare un calo delle prestazioni, richiedendo una manutenzione più frequente.
- Scarse prestazioni di strozzamento ad alta pressione: perdita di precisione e tenuta sotto pressione.
6.2 Valvole a farfalla ad alte prestazioni
6.2.1 Vantaggi:
- Alta capacità: può gestire pressioni da medie ad alte (fino a 600 PSI) e temperature (fino a 536 °F).
- Lunga durata: la ridotta usura del sedile e i materiali durevoli ne prolungano la durata.
- Precisione: eccellente regolazione e spegnimento anche in condizioni difficili.
- Versatilità: adatto a un'ampia gamma di fluidi e ambienti.
6.2.2 Svantaggi:
- Costi più elevati: materiali costosi e design complessi aumentano l'investimento iniziale.
- Complessità: l'installazione e la riparazione richiedono maggiore competenza.
- Peso: una struttura più pesante potrebbe complicare l'adeguamento di alcuni sistemi.
Le valvole a farfalla concentriche e le valvole a farfalla ad alte prestazioni servono ad aree sovrapposte ma diverse nel controllo dei fluidi. Il design della sede in gomma a zero offset della valvola concentrica la rende una scelta pratica ed economica per applicazioni moderate come l'approvvigionamento idrico, l'industria alimentare o la protezione antincendio. Se prestazioni e resistenza sono imprescindibili, la valvola a farfalla ad alte prestazioni è la soluzione ideale. Per applicazioni interrate (come condotte interrate), è possibile utilizzare entrambi i metodi, ma la leggerezza e il costo inferiore della valvola concentrica solitamente prevalgono, a meno che condizioni estreme non richiedano diversamente.