1. Che cos'è una valvola a farfalla pneumatica?
Una valvola a farfalla pneumatica è una valvola a un quarto di giro utilizzata per regolare o isolare il flusso di un fluido in una tubazione. È costituita da un disco circolare (spesso chiamato "disco") montato su uno stelo, che ruota all'interno del corpo valvola. "Pneumatico" si riferisce al meccanismo di attuazione, che utilizza aria compressa per azionare la valvola, consentendone il controllo remoto o automatizzato.
Una valvola a farfalla pneumatica può essere suddivisa in due componenti principali: l'attuatore pneumatico e la valvola a farfalla.
· Corpo valvola a farfalla: è costituito dal corpo valvola, dal disco, dallo stelo e dalla sede. Il disco ruota attorno allo stelo per aprire e chiudere la valvola.
· Attuatore pneumatico: utilizza l'aria compressa come fonte di energia, azionando un pistone o una paletta per produrre un movimento lineare o rotatorio.
Componenti chiave
*Valvola a farfalla:
- Corpo valvola: l'alloggiamento che alloggia il disco e si collega al tubo.
- Disco (disc): una piastra piatta o leggermente rialzata che controlla il flusso. Se tenuta parallela alla direzione del flusso, la valvola si apre; se tenuta perpendicolare, si chiude.
- Stelo: l'asta collegata al disco che trasmette la forza di rotazione dall'attuatore.
- Guarnizioni e sedi: garantiscono una chiusura ermetica e prevengono perdite.
*Attuatore
- Attuatore pneumatico: tipicamente a pistone o a membrana, converte la pressione dell'aria in movimento meccanico. Può essere a doppio effetto (pressione dell'aria sia per l'apertura che per la chiusura) o a semplice effetto (aria per una direzione, molla per il ritorno).
2. Principio di funzionamento
Il funzionamento di una valvola a farfalla pneumatica è essenzialmente un processo concatenato di "azionamento ad aria compressa→attuazione dell'attuatore→rotazione del disco per controllare il flusso." In parole povere, l'energia pneumatica (aria compressa) viene convertita in movimento meccanico rotatorio per posizionare il disco.
2.1. Processo di attuazione:
- L'aria compressa proveniente da una fonte esterna (ad esempio un compressore o un sistema di controllo) viene fornita all'attuatore pneumatico.
- In un attuatore a doppio effetto, l'aria entra in una porta per ruotare lo stelo della valvola in senso orario (ovvero per aprire la valvola) ed entra nell'altra porta per ruotarlo in senso antiorario. Questo genera un movimento lineare nel pistone o nella membrana, che viene convertito in una rotazione di 90 gradi da un meccanismo a pignone e cremagliera o a glifo scozzese.
- In un attuatore a semplice effetto, la pressione dell'aria spinge il pistone contro la molla per aprire la valvola e il rilascio dell'aria consente alla molla di chiuderla automaticamente (progettazione a prova di guasto).
2.2. Funzionamento della valvola:
- Quando l'attuatore ruota lo stelo della valvola, il disco ruota all'interno del corpo della valvola.
- Posizione aperta: il disco è parallelo alla direzione del flusso, riducendo al minimo la resistenza e consentendo il flusso completo attraverso la tubazione. - Posizione chiusa: il disco ruota di 90 gradi, perpendicolarmente al flusso, bloccando il passaggio e sigillando contro la sede.
- La posizione intermedia può limitare il flusso, sebbene le valvole a farfalla siano più adatte al servizio on-off che alla regolazione precisa, a causa delle loro caratteristiche di flusso non lineare.
2.3. Controllo e feedback:
- L'attuatore è solitamente abbinato a un'elettrovalvola o a un posizionatore per un controllo preciso tramite segnali elettrici.
- Un sensore può fornire un feedback sulla posizione della valvola per garantire un funzionamento affidabile nei sistemi automatizzati.
3. A semplice effetto e a doppio effetto
3.1 Attuatore a doppio effetto (senza ritorno a molla)
L'attuatore è dotato di due camere del pistone contrapposte. L'aria compressa è controllata da un'elettrovalvola, che alterna la camera di "apertura" e quella di "chiusura":
Quando l'aria compressa entra nella camera di "apertura", spinge il pistone, facendo ruotare lo stelo della valvola in senso orario (o antiorario, a seconda del modello), che a sua volta fa ruotare il disco per aprire la tubazione.
Quando l'aria compressa entra nella camera di "chiusura", spinge il pistone nella direzione opposta, facendo sì che lo stelo della valvola ruoti il disco in senso antiorario, chiudendo la tubazione. Caratteristiche: in caso di perdita di aria compressa, il disco rimane nella sua posizione attuale ("fail-safe").
3.2 Attuatore a semplice effetto (con ritorno a molla)
L'attuatore ha una sola camera di ingresso dell'aria, con una molla di ritorno sull'altro lato:
Quando l'aria scorre: l'aria compressa entra nella camera di ingresso, vincendo la forza della molla per spingere il pistone, facendo sì che il disco ruoti in posizione "aperta" o "chiusa";
In caso di perdita d'aria: la forza della molla viene rilasciata, spingendo indietro il pistone e facendo sì che il disco ritorni alla "posizione di sicurezza" preimpostata (solitamente "chiusa", ma può essere progettata anche per essere "aperta").
Caratteristiche: è dotato di funzione "fail-safe" ed è adatto all'uso in applicazioni che richiedono misure di sicurezza, come quelle che coinvolgono sostanze infiammabili, esplosive e tossiche.
4. Vantaggi
Le valvole a farfalla pneumatiche sono adatte per un funzionamento rapido, in genere richiedono solo un quarto di giro, il che le rende adatte a settori quali il trattamento delle acque, l'HVAC e l'elaborazione chimica.
- Tempi di risposta rapidi grazie all'azionamento pneumatico.
- Costi contenuti e manutenzione semplificata rispetto alle alternative elettriche o idrauliche.
- Design compatto e leggero.