Le valvole idrauliche sono componenti essenziali in qualsiasi sistema oleodinamico, agendo come il “cervello” che controlla il flusso, la pressione e la direzione del fluido.

Senza di esse, i complessi macchinari che utilizziamo quotidianamente, dai veicoli industriali alle presse di produzione, non potrebbero funzionare con precisione ed efficienza.

In sintesi, una valvola idraulica è un dispositivo meccanico che regola il passaggio dell’olio idraulico all’interno di un circuito.

Il suo principio di funzionamento si basa sulla variazione delle sezioni di passaggio interne, ottenuta tramite lo spostamento di un otturatore (spool, sfera, piattello, ecc.) azionato da diverse forze (manuali, meccaniche, elettriche, pneumatiche o idrauliche stesse).

Tipologie di Valvole Idrauliche

Le valvole idrauliche si suddividono in diverse categorie, ciascuna con una funzione specifica e un campo di applicazione ben definito.

Valvole Direzionali

Queste valvole sono responsabili della direzione del flusso dell’olio verso i diversi attuatori (cilindri, motori idraulici) o di interromperlo completamente.

Valvole a 4 vie/2 o 3 posizioni: Le più comuni per controllare cilindri a doppio effetto, permettendo l’estensione e la retrazione.

Valvole di Pressione

  • Valvole di massima pressione (o di sicurezza): Proteggono il sistema da sovrappressioni.

Valvole di Flusso

  • Valvole a strozzo (o a farfalla): Semplici dispositivi che creano una restrizione al flusso, rallentando l’olio.

Valvole di Ritegno

Queste valvole consentono il flusso dell’olio in una sola direzione, bloccandolo completamente nella direzione opposta.

Esistono tipologie diverse di valvole a ritegno che si differenziano sia per la conformazione che per il funzionamento di base.

  1. Valvole a clapet (o a battente): sono caratterizzate dalla presenza di un battente che si solleva al passaggio del fluido consentendo una sola direzione di flusso.
  2. Valvole a ugello di Venturi: sono studiate appositamente per evitare i colpi di ariete.
  3. Valvole a farfalla: sono caratterizzate da un otturatore circolare con asse perpendicolare a quello del tubo su cui sono installate.
  4. Valvole a membrana: la chiusura è garantita tramite la pressione esercitata sulla membrana che va a chiudersi sul corpo valvola.

A prescindere dal modello, le normative che stanno alla base della progettazione, costruzione e messa in opera delle valvole di ritegno sono le normative riguardanti le valvole per la fornitura di acqua, ovvero la UNI-EN 1074-1, che indica i principi generali, e la UNI-EN 1074-3, che entra maggiormente nello specifico.

Criteri di Scelta delle Valvole

Per scegliere una valvola adatta alle vostre esigenze dovrete per prima cosa tenere in considerazione l’uso che intendete farne.

Più precisamente, dovrete valutare se tale valvola servirà a regolare il flusso di un fluido o se invece verrà usata per arrestarne la circolazione.

La scelta del dispositivo da acquistare dipenderà anche dal tipo di fluido che transiterà nel circuito in questione, ad esempio dal fatto che si tratti di un gas o di un liquido, che sia corrosivo o chimicamente neutro, che si tratti di un prodotto alimentare o ad uso medico o di altro tipo.

Un altro criterio di scelta importante è il sistema di azionamento della valvola, il quale può essere manuale o automatico.

Pressione e Temperatura

  • La pressione: La pressione è un fattore di primordiale importanza per evitare di sovradimensionare o sottodimensionare una valvola.
  • La temperatura di servizio: La temperatura di servizio, ossia la temperatura del fluido in circolazione, e la temperatura ambiente sono altri due fattori di cui è necessario tener conto. In particolare, dovrete considerare quali saranno le temperature massime e minime a cui la valvola verrà sottoposta.

Portata e Diametro Nominale

  • La portata del fluido e la velocità nominale: La portata e la velocità nominale sono due criteri essenziali per poter scegliere una valvola, soprattutto qualora sia destinata a regolare la pressione di un fluido.
  • Il diametro nominale (DN) del circuito ad altezza della valvola: Per dimensionare correttamente una valvola è fondamentale tenere in considerazione il diametro nominale.

Tipi di Valvole e Loro Applicazioni

Esistono diversi tipi di valvole, i quali possono essere più o meno adatti alle vostre esigenze.

Se invece desiderate regolare la portata di un fluido, sarà più opportuno optare per una valvola di controllo a spillo, a globo, a pistone o a farfalla.

La vostra scelta dipenderà anche dalla portata, dalla pressione e dal tipo di fluido.

Valvole a Farfalla

Le valvole a farfalla trovano impiego principalmente nella regolazione della portata dei fluidi.

A seconda del materiale in cui sono fabbricate, possono regolare il flusso di fluidi di diverso tipo.

Se la maggior parte di esse è destinata a fluidi chimicamente neutri, come acqua, olio, fanghi, fluidi alimentari o farmaceutici, altre sono compatibili anche con i fluidi corrosivi.

Le valvole a farfalla sono valvole “a quarto di giro” perché il loro azionamento richiede una rotazione di 90° tra la posizione di apertura e quella di chiusura.

Le valvole a farfalla garantiscono peraltro una buona tenuta stagna.

I modelli di grande diametro, in linea generale, si caratterizzano per un montaggio a flangia, ma alcuni modelli, ad esempio quelli che vengono usati nei circuiti di riscaldamento, vengono montati tramite avvitamento.

Valvole a Sfera

Le valvole a sfera vengono utilizzate per arrestare la circolazione di un fluido.

Queste valvole si presentano sotto forma di una sfera attraversata da un foro, solitamente dello stesso diametro del tubo.

Anche le valvole a sfera sono del tipo “a quarto di giro” e, in posizione aperta, presentano il vantaggio di non frapporre ostacoli alla circolazione del fluido.

Se il diametro dell’orifizio è lo stesso del tubo a cui è la valvola è collegata, si parla di valvola a passaggio pieno.

Esistono inoltre valvole a sfera a 3 e a 4 vie.

Il funzionamento delle valvole a sfera è particolarmente semplice.

Per aprire la valvola, la maniglia viene ruotata di un quarto di giro (90°). In questo modo l’otturatore viene ruotato, allineando il foro con il flusso del fluido e aprendo dunque la connessione.

Per chiudere la valvola è sufficiente ruotare la maniglia nuovamente di un quarto di giro (90°). L’otturatore verrà dunque nuovamente ruotato bloccando completamente il passaggio del fluido.

Valvole a Globo o a Pistone

Il principio di funzionamento delle valvole a globo e delle valvole a pistone è lo stesso.

Un’asta, alla cui estremità si trova un pezzo a forma di piattello o un pistone, scende nella valvola per interrompere la circolazione del fluido.

Queste valvole sono particolarmente adatte alla regolazione di un fluido in funzione della pressione del circuito.

Il principale svantaggio di questo tipo di valvola risiede nella notevole perdita di carico.

Inoltre, la loro chiusura può rivelarsi difficile in condizioni di pressione molto elevata.

Per finire, le valvole a globo possono chiudersi molto rapidamente e scatenare quindi un colpo d’ariete.

Valvole a Spillo

Queste valvole, destinate ad applicazioni a bassa pressione, si caratterizzano per il loro piccolo diametro.

Nella maggior parte dei casi, le valvole a spillo, che vengono chiamate anche “rubinetti”, sono azionate a mano.

Questi organi meccanici trovano impiego in applicazioni domestiche e in operazioni di prelievo di fluidi.

Valvole a Membrana

Le valvole a membrana trovano impiego soprattutto nelle operazioni igieniche e asettiche, ossia in quelle applicazioni in cui il fluido in circolo deve essere protetto da qualsiasi tipo di contaminazione.

Queste valvole funzionano principalmente in modo aperto/chiuso, sebbene in certi casi possano servire anche per la regolazione di un fluido.

In posizione aperta, le valvole a membrana sono dette a pieno passaggio e non generano quasi alcuna perdita di carico perché la membrana di chiusura, liberando completamente il passaggio, evita che il fluido incontri degli ostacoli.

Se da un lato la tenuta stagna di queste valvole è eccellente, perché fluido e asta non entrano in contatto diretto, dall’altro la loro manutenzione deve essere regolare.

Lo stato della membrana, infatti, dovrà essere controllato regolarmente, soprattutto se il fluido che transita per la valvola è carico di particelle solide.

Queste valvole trovano impiego principalmente nell’industria agroalimentare e nell’industria farmaceutica, ma vengono utilizzate spesso anche nell’industria chimica e nelle applicazioni ultra-pure (a seconda del materiale in cui sono costruite, e soprattutto a seconda del materiale costitutivo della membrana).

Per i circuiti di diametro maggiore sarà invece opportuno scegliere un altro tipo di organo meccanico.

Valvole a Ghigliottina

Le valvole a ghigliottina trovano largo impiego nell’industria della carta, nell’industria chimica, nello sfruttamento delle miniere, nelle centrali energetiche e nell’industria agroalimentare.

Il movimento lineare della saracinesca, ossia dell’otturatore che, in posizione chiusa, blocca il passaggio del fluido, fa sì che queste valvole siano particolarmente compatte.

Questi dispositivi sono compatibili con i fluidi carichi di particelle solide, come le acque reflue o i fanghi.

In linea generale, le valvole a ghigliottina garantiscono la tenuta stagna a monte del circuito, ossia là dove il arriva il fluido.

Alcuni modelli, però, garantiscono la tenuta stagna da entrambi i lati e, di conseguenza, possono essere utilizzati indipendentemente dal senso di circolazione del fluido.

Valvole Multivia

Le valvole multivia sono valvole che hanno più di un ingresso e/o di un’uscita.

In questa categoria, che comprende anche valvole a 4, 5 e 6 vie, quelle più comunemente usate sono però le valvole a 3 vie, che nella maggior parte dei casi sono valvole a sfera.

Questo tipo di valvole trova impiego soprattutto nella regolazione della circolazione dei fluidi in installazioni tra due circuiti diversi, ma può servire anche a miscelare due fluidi.

Componenti delle Valvole

  • Stelo Valvola: trasmette il moto tra attuatore e otturatore.

Otturatori

Il primo parametro da considerare nella scelta di una valvola è la tipologia di otturatore perché questo determina la curva caratteristica della valvola, ovvero la variazione di portata in funzione della corsa dell’otturatore.

  • Otturatore a piattello: l’incremento della portata avviene quasi esclusivamente nella prima porzione di apertura dell’otturatore, dopo di che ulteriori incrementi della corsa determinano aumenti di portata quasi trascurabili. Per questo motivo l’otturatore a piattello viene anche detto “otturatore ad apertura rapida”.
  • Otturatore a caratteristica lineare: si ottiene la linearità tra la corsa dell’otturatore e la portata, che quindi risulta proporzionale al grado di apertura della valvola.
  • Otturatore a caratteristica equi-percentuale: ad uguali incrementi della corsa di apertura corrisponde una percentuale costante di aumento della portata a parità di pressione differenziale. Gli otturatori equi-percentuali vengono usati nelle applicazioni in cui la perdita di pressione del fluido viene prevalentemente assorbita dall’impianto e solo una piccola percentuale di essa rimane disponibile nella valvola; sono consigliati anche quando la portata è fortemente variabile o la pressione differenziale nella valvola subisce ampie fluttuazioni.

Ulteriori Considerazioni

Il secondo parametro di progetto è il diametro nominale del seggio; questo viene individuato attraverso tabelle tecniche, noti il tipo di otturatore e il coefficiente di portata (CV).

Ultimo parametro da considerare per la scelta di tipologia di valvola è il materiale, che dovrà essere adatto all’ambiente di esercizio.

Valvole di Intercettazione e Regolazione

  • Valvole di intercettazione: consentono solo il completo passaggio del fluido oppure il suo arresto, senza possibilità di regolazioni intermedie. Sono utilizzate, per esempio, per isolare componenti che vengono attivati solo in determinate circostanze o sono in manutenzione.
  • Valvole di regolazione: consentono, invece, la regolazione della portata o della pressione del fluido grazie ad otturatori che possono assumere qualsiasi posizione intermedia.

Valvole Speciali

  • Valvole di non ritorno o unidirezionali: Il dispositivo viene progettato in modo tale da interrompere meccanicamente il fluido quando esso percorre le condotte nella direzione opposta a quella desiderata. Solitamente vengono utilizzate per prevenire all’interno del sistema i ritorni di fluido che potrebbero danneggiare componenti degli impianti.
  • Valvole di sicurezza: sono usate soprattutto per evitare sovrapressioni negli impianti, ma anche per proteggere le membrane delle pompe.

Colpo d'Ariete

Il colpo d’ariete è un fenomeno di sovrapressione di un fluido che si verifica soprattutto qualora la valvola venga chiusa rapidamente. Questo fenomeno si manifesta con un rumore tipico che si propaga lungo le tubature.

Le valvole idrauliche sono componenti cruciali per la sicurezza, l’efficienza e la precisione di qualsiasi sistema oleodinamico. La progettazione e la scelta corretta dei materiali sono fondamentali per evitare guasti e malfunzionamenti.

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