Valvole di sicurezza: cosa sono e come sceglierle

Cosa sono le valvole di sicurezza?
Le valvole di sicurezza sono dei componenti meccanici che permettono la regolazione o l’intercettazione del flusso di un materiale che è in grado di spostarsi all’interno di una tubazione al fine di garantire specifici valori di pressione o di portata aumentando il livello di sicurezza di un impianto termoidraulico.

Le valvole di sicurezza sono dette anche valvole limitatrici di pressione sono dispositivi automatici con un ingresso ed uno scarico che vengono installate su impianti industriali contenenti gas o vapori e che necessitano di mantenere costante ed inalterata la pressione.

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1. Come sono fatte le valvole di sicurezza
2. Come funzionano le valvole di sicurezza
3. Le valvole e la loro classificazione
4. Quanti tipi di valvole di sicurezza esistono
5. Cosa possono trasportare o regolare le valvole di sicurezza
6. Valvole di sicurezza bilanciate
7. Manutenzione alle valvole di sicurezza

Come sono fatte le valvole di sicurezza?

Le valvole di sicurezza sono di norma caratterizzate da 3 elementi principali:

• il corpo che contiene l’organo mobile e che consente sia gli attacchi ai tubi nei quali scorre il fluido, sia il collegamento degli organi di controllo/comando
• l’otturatore che è l’elemento mobile, il quale consente di intercettare il fluido
• Gli organi di controllo/comando, che possono essere manuali, elettrici o addirittura magnetici, per mezzo dei quali si manovra l’elemento mobile

Come funzionano le valvole di sicurezza?

La connessione di ingresso è collegata al processo e sottoposta alla pressione ivi presente. La connessione di scarico può, secondo il tipo di impianto, essere aperta all’atmosfera oppure collegata a una tubazione di recupero o di sicurezza.
La valvola ha nella sua parte interna lato ingresso un boccaglio avente una certa lunghezza.

Il profilo del boccaglio forma una sezione che man mano si restringe, e che raggiunge il valore minimo nella sua parte terminale interna.

L’estremità del boccaglio forma un anello la cui superficie è rettificata e lucida. Al di sopra di tale anello poggia un otturatore spinto da una molla la cui compressione è regolabile dall’esterno tramite una vite con piattello posta nella parte superiore della valvola stessa. La superficie dell’otturatore che poggia sul boccaglio è rettificata, realizzando così una tenuta meccanica metallo su metallo. Per alcune applicazioni la superficie dell’otturatore è ricoperta con materiale morbido per garantire una tenuta perfetta.

Il processo esercita la sua pressione, tramite il boccaglio, su tutta l’area libera dell’otturatore. La forza così generata viene contrastata dalla forza esercitata dalla molla sull’otturatore. Quando la pressione cresce e la forza esercitata sull’otturatore supera quella esercitata dalla molla, l’otturatore inizia a sollevarsi. Il fluido di processo inizia a passare, ed è costretto ad uscire radialmente su tutta la superficie dell’otturatore. Questi ha, lungo tutta la sua circonferenza periferica, una sporgenza rivolta verso il basso. Il fluido quindi è costretto da questo anello sporgente a modificare la sua traiettoria, andando verso il basso ad alta velocità. L’effetto è quello di generare sull’otturatore una forza supplementare che provoca la totale apertura della valvola.

Quando la pressione scende al di sotto di un valore prestabilito, detto pressione di blow-down, si verifica l’effetto inverso e la valvola si chiude completamente in un tempo brevissimo.
La differenza tra le due pressioni di apertura e chiusura ha generalmente un valore compreso tra il 4% ed il 7% del valore di apertura.

Il valore di pressione di richiusura si può regolare in fase di taratura tramite il posizionamento di un anello avvitato all’esterno del boccaglio, dentro il corpo valvola. Variando la distanza tra questo anello e la parte inferiore dell’otturatore si influenza il valore di blow-down.
Spiegazione tecnica Valvola di Sicurezza a cura di Wikipedia

Le valvole e la loro classificazione

Quando si parla di valvole di sicurezza si parla inevitabilmente di oleodinamica.
Le valvole infatti non si limitano ad un unico modello o impiego ma ci sono tanti tipi di valvole in base al loro utilizzo, forma o predisposizione.
Di seguito alcune delle valvole impiegate nel campo dell’oleodinamica:

• Valvole a sfera
• Valvole a sfera per alte prestazioni
• Valvole a farfalla
• Valvole di sicurezza
• Valvole di ritegno
• Valvole di regolazione servoazionante
• Valvole di regolazione autoazionante
• Valvole a spillo
• Elettrovalvole
• Valvole a saracinesca
• Valvole a globo

Esiste poi una classificazione per tipo di azionamento, ovvero si distingue il tipo di elemento/organo che aziona il movimento relativo tra otturatore e sede:

a) con attuatori:

• a comando elettromagnetico (valvola a solenoide), in cui il movimento dell’otturatore è lineare, ed è causato da un campo elettromagnetico che fa appunto muovere un solenoide al proprio interno;
• a comando elettrico, in cui il movimento dell’otturatore, lineare o rotatorio, è causato da un motore elettrico;
• a comando pneumatico, in cui il movimento è causato da un pistone pneumatico (raramente da un pistone idraulico, e si parla di valvola idraulica);
• a comando idraulico, il cui movimento dell’otturatore è determinato dall’energia idraulica del fluido che scorre in condotta;
• valvola termostatica, in cui il movimento dell’otturatore è causato dalla dilatazione termica.

b) ad azionamento manuale:

• valvola a volantino, con azionamento manuale di un volantino, solitamente per più giri, che normalmente imbocca una vite, così da trasformare il moto rotatorio del volantino in assiale al volantino stesso;
• valvola a leva, in cui lo spostamento dell’otturatore è angolare appunto mediante azionamento di una leva rotante su un piano parallelo alla linea di flusso, tipicamente con una rotazione di un quarto di giro (90°). Sono tipicamente valvole a sfera, maschio, farfalla.
  per applicazione:
• di intercettazione: sono quelle valvole che vengono utilizzate solo per l’intercettazione del flusso, pertanto devono essere utilizzate solo aperte o chiuse e non in posizioni intermedie (in questo caso possono essere causa di cavitazione). Tra queste valvole rientrano le valvole a saracinesca, a farfalla ed a sfera;
• di regolazione: possono essere utilizzate anche con posizioni intermedie, pertanto permettono la regolazione della portata o la pressione del fluido. Tra queste ci sono le riduttrici di pressione, di sostegno della pressione e di regolazione della portata (es. valvola a fuso).
• di sfiato: permettono l’eliminazione dell’aria – valvole di sfiato, valvole d’aria
• di sicurezza: permettono la fuoruscita di fluido nel caso di sovrappresione del fluido.
• di ritegno: permettono il passaggio del fluido solo in un verso, indicato da una freccia sul corpo valvola esterno

Quanti tipi di valvole di sicurezza esistono?

Focalizzandoci sulle valvole di Sicurezza a sua volta possiamo trovare:

• Valvole di sicurezza con singolo anello di regolazione del blow down
• Valvola di sicurezza con scarico proporzionale (Ideale per applicazioni su fluidi molto viscosi (oli) e ciò le rende particolarmente adatte per i sistemi e le centraline di lubrificazione e l’industria petrolchimica)
• Valvola di sicurezza con comando elettropneumatico azionabile in modalità autoazionata o servoazionata. É una valvola adatta per la fase di avviamento degli impianti che può essere intercettata sulla linea (per manutenzione).
• Valvola di sicurezza per alte pressioni con singolo anello di regolazione del blow down particolarmente idonea per applicazioni su gas e olio.

Cosa possono trasportare o regolare le valvole di sicurezza?

L’utilizzo di tali valvole sono veramente molteplici, proprio perchè le valvole di sicurezza sono versatili e ne sono state realizzate di diverso tipo in base al loro utilizzo.
Troviamo infatti valvole di sicurezza per il trasporto o controllo di:

• ossigeno
• acqua
• gas
• petroliferi
• alcool
• gas criogenici
• soda
• ammoniaca
• solventi
• aria
• olio minerale
• vapore
• benzene
• olio vegetale
• biogas
• olio sintetico
• olio diatermico

Valvole di sicurezza bilanciate

Nelle installazioni dove la tubazione di scarico non è a pressione atmosferica, ma connessa a un sistema pressurizzato, il valore di pressione di apertura valvola viene influenzato da tale pressione. Questa infatti agisce sulla superficie dell’otturatore e genera una forza che si somma a quella generata dalla molla. La valvola scatterebbe quindi ad un valore di pressione più alto e verrebbe quindi a cessare la sua funzione di sicurezza.
In questi casi si usano le valvole di sicurezza bilanciate. L’otturatore è isolato dalla camera di scarico tramite un soffietto metallico avente la stessa sezione utile, e si trova quindi sottoposto solamente alla pressione atmosferica.

Manutenzione alle valvole di sicurezza

Le valvole di sicurezza devono essere periodicamente controllate per accertarsi che siano funzionanti come da specifiche. Molte valvole hanno a tale scopo all’esterno una leva ad azionamento manuale per permetterne l’apertura manuale o per effettuare un test sul corretto funzionamento. Questa manovra, nei casi in cui è possibile svolgerla, assicura che la valvola non sia bloccata, ma non garantisce il corretto valore di taratura.

Quindi, periodicamente (generalmente ad ogni fermata di impianto), tutte le valvole di sicurezza vengono smontate e portate in officina manutenzione. Qui vengono smontate e revisionate; in particolare le superfici otturatore e boccaglio vengono rettificate per ripristinare eventuali tenute imperfette. Ciascuna valvola quindi viene posta su un banco di taratura tramite il quale si applica una pressione crescente di aria, e si esegue la taratura al valore di specifica regolando la compressione della molla.