Le valvole industriali sono dispositivi meccanici progettati per regolare, interrompere o controllare il flusso di fluidi (liquidi, gas, vapore o fanghi) all’interno di tubazioni e impianti produttivi. Questi elementi critici per la sicurezza, l’efficienza energetica e la continuità operativa di grandi complessi industriali hanno un ruolo diretto nel funzionamento dei sistemi che utilizzano aria compressa o altri fluidi di processo.
All’interno della famiglia delle valvole industriali rientrano anche le elettrovalvole, in cui l’apertura e la chiusura non avvengono manualmente o tramite aria compressa, ma attraverso un comando elettrico. La loro integrazione nei sistemi automatici permette quindi di comandare il passaggio del fluido attraverso un segnale elettrico, collegando la gestione del circuito alla logica di controllo della macchina o dell’impianto.
Comprendere le differenze tra le diverse soluzioni è essenziale per valutare quale tecnologia risponda meglio alle caratteristiche dell’applicazione e alle condizioni di esercizio.
Cosa sono le valvole industriali
Con il termine valvole industriali si indica un’ampia famiglia di componenti utilizzati per gestire fluidi e gas nei processi produttivi. La loro funzione cambia in base alla configurazione del circuito e alle esigenze operative.
Una valvola può essere utilizzata principalmente per intercettare il flusso, consentendone o impedendone il passaggio. In altre applicazioni deve invece intervenire sulla quantità di fluido che attraversa il circuito, svolgendo una funzione di regolazione.
Nei sistemi industriali, queste funzioni possono essere richieste sia su singole macchine che all’interno di linee più articolate. La valvola va considerata come parte dell’architettura complessiva dell’impianto: caratteristiche del fluido e condizioni operative incidono infatti direttamente sulla scelta del componente.
Le valvole industriali possono inoltre differire per modalità di azionamento: esistono soluzioni comandate manualmente e altre integrate nei sistemi automatici attraverso differenti tecnologie di attuazione.
Come funziona un’elettrovalvola
Per comprendere come funziona un’elettrovalvola è necessario partire dalla sua caratteristica principale: il comando, che avviene attraverso un segnale elettrico.
Nelle elettrovalvole a solenoide, l’alimentazione della bobina genera un campo magnetico che determina il movimento dell’organo interno incaricato di aprire o chiudere il passaggio. In questo modo, un segnale proveniente dal sistema di controllo viene trasformato in un’azione sul circuito.
Il funzionamento delle elettrovalvole può però basarsi su principi differenti, e una distinzione rilevante è quella tra azionamento diretto e servoassistito.
Elettrovalvole ad azionamento diretto e servoassistite
Nelle elettrovalvole ad azionamento diretto, il movimento generato dal solenoide agisce direttamente sull’organo di chiusura.
Esistono modelli progettati per funzionare anche senza una pressione differenziale minima tra ingresso e uscita: Danfoss, per esempio, indica per alcune serie ad azionamento diretto un differenziale minimo pari a 0 bar.
Nelle soluzioni servoassistite, il solenoide interviene invece su un circuito pilota e il movimento dell’elemento principale sfrutta anche la differenza di pressione presente nella valvola. Per questo alcune configurazioni richiedono un Δp minimo per poter funzionare correttamente.
Tale distinzione ha effetti concreti sulla selezione: il principio di funzionamento deve essere compatibile con le condizioni del circuito e con la portata richiesta.
Un ulteriore elemento è la configurazione normalmente chiusa (NC) o normalmente aperta (NO), che definisce lo stato assunto dalla valvola quando la bobina non è alimentata. La scelta dipende dalla funzione che il componente deve svolgere nel sistema.
La differenza tra valvole industriali ed elettrovalvole
La distinzione tra valvole industriali ed elettrovalvole richiede una precisazione importante: i due termini non identificano categorie completamente separate.
Se, da un lato, “valvole industriali” è una definizione generale che comprende componenti destinati all’intercettazione o alla regolazione dei fluidi, l’elettrovalvola è invece una soluzione specifica, riconoscibile per il tipo di azionamento elettrico. La differenza va quindi valutata soprattutto considerando come viene comandata la valvola e quale funzione deve svolgere all’interno dell’impianto.
Valvole manuali
Le valvole manuali richiedono l’intervento dell’operatore per modificare la posizione dell’organo di intercettazione. Sono di norma indicate nei punti dell’impianto in cui apertura e chiusura avvengono occasionalmente o durante specifiche attività operative.
Valvole pneumatiche e idrauliche
Le valvole azionate pneumaticamente sfruttano l’aria compressa per generare il movimento necessario al comando. Le soluzioni idrauliche utilizzano invece un fluido in pressione per l’azionamento e trovano applicazione nei sistemi basati su logiche oleodinamiche.
La modalità di azionamento verrà in questo caso valutata in rapporto alla configurazione dell’impianto e alle prestazioni richieste.
Elettrovalvole
Con un’elettrovalvola, il comando arriva direttamente sotto forma di segnale elettrico. Questa caratteristica ne favorisce l’integrazione con i sistemi di automazione industriale e permette di associare apertura o chiusura alle condizioni definite dalla logica di controllo.
Anche il numero di vie è rilevante nella configurazione del circuito: una valvola 2/2 dispone ad esempio di due vie e due posizioni operative ed è tipicamente utilizzata per controllare il passaggio lungo una linea. Configurazioni differenti consentono invece di gestire la distribuzione del fluido verso più percorsi.
Valvole di processo
La valvola di processo non identifica necessariamente uno specifico sistema di azionamento: il termine riguarda piuttosto l’impiego della valvola nel controllo di un processo industriale. In queste applicazioni, la selezione dipende dalle condizioni di esercizio e dal tipo di funzione richiesta, che può comprendere l’intercettazione oppure la regolazione del flusso.
La gamma VIKING Automation comprende soluzioni destinate sia all’automazione industriale sia all’industria di processo.
Dove vengono utilizzate valvole ed elettrovalvole industriali?
Le applicazioni di elettrovalvole e valvole industriali cambiano in funzione del tipo di impianto e del fluido da controllare.
Nell’automazione di macchina, le elettrovalvole possono ricevere il comando dal sistema di controllo e intervenire durante le diverse fasi operative. Nei circuiti pneumatici sono invece impiegate per distribuire l’aria compressa e comandare le funzioni collegate agli attuatori.
Le valvole industriali trovano spazio anche nel controllo dei fluidi all’interno degli impianti di processo, dove possono svolgere funzioni di intercettazione o intervenire sulla regolazione.
La flessibilità d’uso che caratterizza questi componenti li rende impiegabili in settori anche molto diversi tra loro, che spaziano dal chimico-farmaceutico al manifatturiero, oltre che nell’Automotive e nel Food & Beverage. Nel Packaging, il controllo dei fluidi può ad esempio essere integrato direttamente nelle logiche di automazione della linea.
La varietà delle applicazioni rende la selezione del componente uno step importante: una soluzione idonea a un circuito pneumatico può infatti avere caratteristiche molto diverse da quelle richieste a una valvola destinata a un processo industriale.
I criteri di scelta per valvole industriali ed elettrovalvole
La selezione di valvole ed elettrovalvole industriali deve considerare le condizioni effettive di funzionamento del componente. Occorre quindi mettere in relazione caratteristiche del fluido, parametri del circuito e requisiti dell’automazione.
Fluido e materiali
Il primo elemento da valutare è il fluido che attraverserà la valvola. La compatibilità deve riguardare sia il materiale del corpo sia le parti a contatto con il mezzo, comprese le tenute.
Poiché anche la viscosità può incidere sul funzionamento, le schede tecniche delle elettrovalvole riportano spesso un valore massimo ammesso, insieme alle indicazioni sui fluidi compatibili. In presenza di fluidi aggressivi o contaminati possono inoltre essere necessarie configurazioni specifiche.
Pressione, differenziale e portata
Sebbene la valvola debba lavorare entro la pressione prevista dall’impianto, per alcune elettrovalvole è necessario considerare anche il differenziale di pressione tra ingresso e uscita.
Questo parametro è fondamentale nelle soluzioni servoassistite, che possono richiedere un Δp minimo per l’apertura. Un valore insufficiente può rendere inadatto un modello anche quando la pressione massima nominale risulta compatibile con l’impianto.
Per il dimensionamento va poi considerata la capacità di portata. Il solo diametro della connessione non descrive completamente il comportamento della valvola: il dato a cui fare riferimento è in questo caso il coefficiente Kv, che indica la capacità di passaggio in rapporto alle condizioni di pressione.
Temperatura e condizioni di esercizio
La temperatura del fluido deve rientrare nel campo ammesso dalla valvola e dai materiali utilizzati. Anche la temperatura ambiente può essere soggetta a limiti specifici, soprattutto per quanto riguarda la bobina e gli elementi elettrici.
Nelle installazioni esposte a polvere o umidità va altresì verificato il grado di protezione previsto per il componente: la gamma Danfoss comprende configurazioni con grado di protezione fino a IP67.
Tipo di comando e alimentazione
La modalità di azionamento dipende dalla funzione assegnata alla valvola e dall’architettura di automazione.
Per un’elettrovalvola va verificata la compatibilità della bobina con l’alimentazione disponibile e con il sistema di controllo. Deve inoltre essere definito lo stato richiesto in assenza di alimentazione, scegliendo una configurazione NC o NO in funzione della logica dell’impianto.
Tempi di risposta e dinamica del circuito
In un processo automatico è infine importante considerare la rapidità con cui la valvola modifica il proprio stato in relazione al ciclo macchina e alla funzione che deve svolgere.
I tempi di apertura e chiusura possono variare in base alla tipologia di valvola e alle condizioni di esercizio. Vanno quindi valutati sul componente specifico, tenendo conto anche della pressione presente nel circuito.
Anche la velocità di chiusura può incidere sul comportamento dell’impianto: nei sistemi soggetti a variazioni rapide di pressione, la dinamica della valvola deve essere compatibile con il circuito per limitare fenomeni come il colpo d’ariete.
Valvole ed elettrovalvole per l’automazione industriale con VIKING
VIKING Automation, la divisione VIKING dedicata all’automazione industriale, propone soluzioni dedicate alla gestione dei fluidi per applicazioni di automazione e industria di processo. L’offerta comprende elettrovalvole e valvole di intercettazione, oltre a componenti destinati alle applicazioni pneumatiche. Tra i marchi parte nella gamma rientrano le soluzioni ASCO di Emerson per il controllo dei fluidi e le elettrovalvole Danfoss.
La selezione della tecnologia più idonea richiede una valutazione oggettiva dei parametri effettivi dell’impianto e del ruolo assegnato alla valvola nel processo. Il supporto tecnico VIKING consente di individuare il componente in funzione delle condizioni operative e delle prestazioni richieste.
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