Esistono numerosi modelli di valvole a solenoide, e questo da un lato consente di poter trovare la valvola ideale, quella con esattamente tutte le caratteristiche necessarie all’utilizzo cui è destinata; d’altro canto, tanta offerta può generare un po’ di confusione, almeno a prima vista.

Componenti Fondamentali di un'Elettrovalvola

Quando si parla di elettrovalvole, si fa riferimento ad una particolare tipologia di valvola che utilizza la forza elettromagnetica per funzionare. Infatti, sono costituite da due parti fondamentali: un solenoide, ovvero un elettromagnete, e un corpo valvola costituito da uno o più pezzi.

Il solenoide è composto da un avvolgimento e dalla connessione con il circuito di terra collegato alla struttura metallica che supporta l’avvolgimento. Dal blocco sporgono le connessioni elettriche a cui fanno capo l’avvolgimento. Se l’elettromagnete viene alimentato alla tensione nominale UN, l’avvolgimento è percorso da una corrente nominale IN. Quando l’avvolgimento è percorso dalla corrente, esso si riscalda a causa dell’effetto Joule (P = R · I2); il riscaldamento, inoltre, è in funzione del tempo t durante il quale la bobina viene alimentata.

Nella fig. 21 viene mostrata una bobina di questo tipo: se alimentata attraverso il morsetto 2, si ottiene il set dell’elettrovalvola, se invece si alimenta il morsetto 1 si attua il reset. Nella fig. 21 sono riportati i possibili schemi di comando; il consumo del solenoide è particolarmente limitato, in quanto il comando di apertura e chiusura è ottenuto con un impulso della durata di circa 20 ms. Possono funzionare sia in corrente alternata sia in corrente continua; eventualmente può essere necessaria un’interfaccia se il comando avviene mediante PLC.

Tipi di Elettrovalvole

I solenoidi in vendita oggi offrono caratteristiche specifiche nelle seguenti aree:

  • Elettrovalvola per gas
  • Elettrovalvola per acqua
  • Elettrovalvola per aria compressa
  • Elettrovalvola pneumatica
  • Elettrovalvola per alta pressione

All’interno delle macro categorie qui sopra elencate vi è poi una vasta gamma di tipi operativi e funzionali. Di seguito, ti presentiamo una breve panoramica di alcune specifiche fondamentali che un’acquirente dovrebbe sempre considerare per una corretta scelta:

  • Elettrovalvole a comando diretto: il solenoide sollecitato agisce direttamente sul pistone o sull’armatura della valvola e pertanto la capacità di limitare o abilitare il flusso dipende dalla potenza nominale del componente.
  • Elettrovalvole pilotate: l’apertura o la chiusura della valvola è alimentata dall’energia immagazzinata nel fluido o nel gas pressurizzato. Ciò avviene attraverso una particolare valvola ad azione diretta che reagisce al bilanciamento della pressione su entrambi i lati dell’attuatore (spesso un diaframma).

Così facendo i solenoidi possono essere pilotati internamente o esternamente.

Le elettrovalvole pilotate internamente tendono ad essere utilizzate per sistemi a pressione più elevata mentre quelle pilotate esternamente si basano su un componente terzo, come una molla o un'armatura, che spinge o tira la valvola/diaframma nella direzione richiesta, lavorando in combinazione con differenziali di pressione generalmente più bassi.

Abbiamo finora elencato, per sommi capi, alcune caratteristiche o tipi operativi di elettrovalvole a solenoidi in vendita sul mercato. Per avere uno schema più utile e dettagliato dei diversi tipi di elettrovalvola esamineremo ora più da vicino “come” i vari formati disponibili di solenoide sono progettati e realizzati.

Elettrovalvole a Due Vie

Le elettrovalvole a due vie sono tra i tipi più semplici disponibili: in sostanza, controllano semplicemente una porta di ingresso e una di uscita che aprono o chiudono ogni volta che ricevono il segnale elettrico. Sono disponibili nelle varietà "normalmente aperte" e "normalmente chiuse" a seconda che le applicazioni richiedono che il flusso sia limitato o abilitato nelle condizioni standard.

Elettrovalvole a Tre Vie

Le elettrovalvole a tre vie hanno tre porte di ingresso/uscita e due valvole sigilli, uno dei quali sarà sempre aperto mentre l’altro sempre chiuso durante la modalità normale (inattiva). In risposta ad un input elettrico, lo stato aperto/chiuso di queste due valvole viene invertito, consentendo il controllo di varie operazioni della valvola.

Una valvola 3/2 è dotata di tre porte d’aria su due posizioni. Le due posizioni si riferiscono a due diverse posizioni di lavoro (ON, OFF) del nucleo dell’elettrovalvola pneumatica. Il nucleo della valvola controlla diversi passaggi di fluido quando la valvola guadagna e perde potenza. Il corpo della valvola pneumatica ha tre porte, cioè A, P e T, di cui una (P) è per l’ingresso e due (A & T) sono per l’uscita: una delle uscite è normalmente aperta e l’altra è normalmente chiusa. Le valvole 3/2 possono essere suddivise in modalità normalmente chiusa e normalmente aperta.

Una valvola a 2 posizioni e 3 vie normalmente chiusa prevede che la circolazione del fluido sia inibita quando la bobina non è alimentata (l’ingresso e l’uscita sono chiusi), o che A e P siano scollegati ad alimentazione spenta e A e T siano collegati con l’alimentazione accesa. Una valvola a 2 posizioni e 3 vie normalmente aperta prevede che la circolazione del fluido sia permessa quando la bobina non è alimentata, o che A e P siano collegati con alimentazione spenta.

Le valvole a 3/2 vie possono essere progettate in diversi modi. Il meccanismo di tenuta delle valvole può essere un otturatore o una spola. Nelle valvole ad azionamento diretto, l’otturatore è mosso direttamente dall’attuatore.

Modelli Comuni di Funzionamento e Meccanismi Interni

Modelli comuni di funzionamento di controllo delle valvole:

  • Normalmente chiuso
  • Normalmente aperto
  • Doppi solenoidi
  • Valvola di controllo elettronica (PWM)

Modelli comuni di meccanismo interno delle valvole:

  • A fungo
  • Diaframma
  • A spola

Applicazioni delle Elettrovalvole

Le elettrovalvole sono sempre più utilizzate negli ambienti industriali, in particolare nel settore dell’industria pesante in quanto supportano macchinari e attrezzature nel funzionamento dei sistemi pneumatici e fluidodinamici. Le elettrovalvole sono dei dispositivi che possono avere svariate applicazioni: a partire dall’impiego nelle macchine industriali fino ad arrivare agli elettrodomestici. Questo accade perché si occupano dell’apertura o chiusura del passaggio dei fluidi all’interno dei macchinari.

Una tipica applicazione per una valvola 3/2 è l’azionamento di un cilindro a semplice effetto. Un cilindro a semplice effetto ha una porta pneumatica per riempire e svuotare una camera d’aria. Il cilindro si muove in una direzione riempiendo la camera d’aria e torna indietro grazie alla forza di una molla. Le valvole a 3/2 vie sono adatte per applicazioni di soffiaggio, rilascio della pressione e vuoto.

Fattori Importanti nella Scelta di un'Elettrovalvola

Quando si sta scegliendo un’elettrovalvola è importante osservare i seguenti requisiti:

  • Portata: una valvola troppo grande o sovralimentata non sarà conveniente e rischia di sprecare fluidi mentre una valvola troppo piccola o sottodimensionata non sarà in grado di fornire un corretto funzionamento dell’impianto.
  • Compatibilità col fluido: è importante scegliere sempre la valvola adatta al fluido col quale dovrà lavorare (acqua, aria, vapore, oli, carburante, o qualsiasi altro mezzo).
  • Pressione: La pressione deve essere bilanciata con i requisiti di sistema per prestazioni ottimali.
  • Temperatura.
  • Tipo di montaggio.

Seguire le linee guida dei produttori è comunque una buona pratica al fine di validare i requisiti minimi (o massimi necessari). L’acquisto di una valvola i cui parametri operativi espressi siano pari o leggermente superiori, è solitamente un buon approccio, ma attenzione a non eccedere. Pena, il sistema nel quale la valvola viene installata potrebbe non rispondere nel modo ottimale ed essere causa di altri problemi.

Valvole di Ritegno (o di Non Ritorno)

Le valvole di ritegno o di non ritorno, sono dispositivi che attraverso un organo di chiusura che può essere un piattello, un clapet, una sfera, bloccano a volte anche aiutati da una molla di richiamo il reflusso di fluidi nelle tubazioni e negli impianti.

Parlare di valvole di ritegno, però, vuol dire parlare di numerose tipologie, come è possibile notare sul catalogo di Intertubi.

  • Valvola di ritegno doppio battente di tipo wafer: realizzata in acciaio CF8M, può essere installata con flusso verticale, orizzontale o inclinato.
  • Valvola di ritegno a clapet di tipo wafer: realizzata in acciaio AISI 316, può essere installata con flusso verticale o orizzontale.
  • Valvole di ritegno a molla: realizzate in acciaio AISI 316, presenta un meccanismo di chiusura dipendente dall’azione di una molla che va ad imporre la chiusura prevendo il flusso di ritorno.

La scelta di una tipologia di valvola rispetto ad un’altra dipende dalle singole applicazioni e dalle decisioni prese in fase di progettazione.

Solitamente, le valvole di non ritorno vengono utilizzate in impianti idraulici per evitare che vi siano problemi di flusso in direzione opposta qualora si verifichino malfunzionamenti, spegnimenti o rotture delle pompe. Tale tipologia di componenti è notevolmente diffusa e riuscire ad elencare tutti i casi pratici in cui possono essere utilizzati non è semplice.

  • Cilindri idraulici: consentono di evitare perdite di pressione in esercizio.

Tutti questi vantaggi, però, richiedono comunque che la filiera di prodotto sia certificata e che vengano svolti controlli e manutenzioni programmate nel tempo. Qualsiasi fase trascurata può rappresentare una fonte di cedimento e portare alla perdita di funzionalità.

Materiali Costruttivi

Le valvole di ritegno rappresentano, come visto nei paragrafi precedenti, una variante costitutiva di fondamentale importanza. La loro centralità ed efficienza viene garantita anche mediante l’utilizzo di materiali alto-performanti e che consentano di sfruttare tali componenti in vari impianti ed in condizioni differenti.

  • Acciaio austenitico AISI-316: è un acciaio inossidabile della famiglia austenitica composto da un basso tenore di carbonio e tenori rilevanti di cromo, nichel e molibdeno. In particolare, questi tre elementi garantiscono un miglioramento della resistenza a corrosione: infatti, nichel e cromo sono elementi centrali negli acciai inossidabili mentre il molibdeno è un’aggiunta particolare di questa tipologia che tende a migliorarne ulteriormente le caratteristiche. Come tutti gli acciai, le caratteristiche meccaniche sono buone e la lavorabilità è discreta, consentendo di ottenere le forme desiderate.
  • PTFE: il politetrafluoroetilene è un materiale polimerico comunemente conosciuto come “Teflon”.

Elettromagneti

Gli elettromagneti alimentati in corrente continua sono caratterizzati da un circuito magnetico ad alto rendimento e meccanicamente semplice e robusto. Gli elettromagneti alimentati in corrente continua vengono perciò utilizzati quando sono necessarie elevate cadenze ed elevate corse.

Nelle bobine alimentate in corrente alternata si genera un campo magnetico alternato di direzione costante che attira il nucleo mobile all’interno del solenoide. Le bobine alimentate in corrente alternata sono caratterizzate da un’elevata corrente di spunto con il vantaggio di avere dei ridotti tempi di intervento. Queste bobine, inoltre, si riscaldano a causa della corrente che le attraversa. Il valore della corrente dipende dalla lunghezza della corsa e dalla resistenza R dell’avvolgimento.

Le bobine per elettrovalvole vengono costruite per tensioni di funzionamento di 24, 48, 110 e 220 V in AC, con una tolleranza di +10%÷15%, e di 12, 24, 48 e 110 V in DC, con una tolleranza di ±10%, con potenze che variano da 3,5 a 5 VA in AC e da 2 a 4 W in DC.

Tabella Riassuntiva Materiali

Materiale Composizione Caratteristiche Applicazioni
Acciaio austenitico AISI-316 Basso tenore di carbonio, cromo, nichel, molibdeno Elevata resistenza alla corrosione, buone caratteristiche meccaniche Valvole di ritegno, impianti industriali
PTFE (Teflon) Polimero Resistente chimicamente, basso coefficiente di attrito Guarnizioni, tenute

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