Università degli Studi di Salerno P.O.R. Campania misura 3.22 Percorsi di formazione a distanza e-learning

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1 Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Chimica Insegnamento: Dinamica e Controllo dei Processi Chimici Learning Object N. 2: Tecnologia delle valvole Unità didattica N. 2: Classificazioni e tipologie costruttive delle Valvole Progettista dei contenuti: prof. Michele MICCIO Document editor: ing. Michela FRAGANZA Rev. 4.3 del 27 maggio 2015 Unione Europea Fondo Sociale Europeo Ministero del Lavoro e delle Politiche Sociali Regione Campania Università degli Studi di Salerno Tutto il materiale contenuto in questo Learning Object è stato sviluppato nell ambito del progetto e-learning dell ed è tutelato da licenza Creative Commons secondo le seguenti specifiche In base alla specifica attribuzione di questa licenza L'utente ha il diritto di: riprodurre, distribuire, comunicare al pubblico, esporre in pubblico, rappresentare, eseguire e recitare l'opera. modificare l'opera L'utente ha il dovere di: attribuire la paternità dell'opera nei modi indicati da chi ha dato l'opera in licenza, ovvero all'università, in caso di alterazione o trasformazione dell'opera, o di uso per crearne un'altra, l'utente deve distribuire l'opera risultante con una licenza identica a questa L'utente ha il divieto di: usare l'opera per fini commerciali. Ogni volta che usa o distribuisce l'opera, l'utente deve farlo secondo i termini di questa licenza, che va comunicata con chiarezza In ogni caso, è possibile concordare col titolare dei diritti d'autore utilizzi dell'opera non consentiti da questa licenza. Nessun elemento di questa licenza può limitare i diritti morali dell'autore. 2

2 INTRODUZIONE L esigenza di modulare i flussi di fluidi in circuiti idraulici è presente diffusamente nei processi industriali Ricorre in problemi di produzione di energia e vapore, di controllo del livello e della pressione in serbatoi contenenti liquidi e gas, della temperatura in ambienti o in tubazioni, della composizione chimica di un prodotto Gli attuatori dell azione di controllo utilizzati per la modulazione delle portate di fluidi sono le valvole di regolazione e le pompe La scelta del tipo di valvola di regolazione, delle sue proprietà ed il suo corretto dimensionamento possono influire notevolmente sulle prestazioni di un sistema di controllo v. anche "Dispensa (testo esteso e figure) su Valvole e Rubinetti" 3 INTRODUZIONE VALVE DEFINITION A mechanical device that is used in a fluid power system, which is used to provide some change of state of the fluid. from SIMBOLO GENERICO per la VALVOLA CONTROL VALVE DEFINITION A valve that modulates the flow of fluid in a conduit in response to a signal from a process measurement control system. From Instrumentation and Control of Chemical Processes - Prof. M. Miccio 4

3 VALVOLA: COMPONENTI O PARTI 1. Corpo (body) 2. Organo di azione, ad es. otturatore (closure member) 3. Organo di manovra (actuator), esterno rispetto al corpo, destinato a muovere l otturatore 4. Giunzioni o Giunti (joints) 5 VALVOLA di REGOLAZIONE (disegno schematico) tratta da Magnani, Ferretti e Rocco (2007) ORGANO DI MANOVRA ORGANO DI AZIONE GIUNZIONI 6

4 1 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base alla funzione) Le valvole hanno funzione di : 1. INTERCETTAZIONE o SEZIONAMENTO (ON/OFF or ISOLATING): per impedire il passaggio di fluido a valvola chiusa con tenuta perfetta e garantire il passaggio del fluido con piccola perdita di carico a valvola aperta 2. VALVOLE DEVIATRICI (DIVERT SERVICE): non bloccano mai il flusso, ma effettuano una commutazione fra tre o più vie, ad es. del tipo a "T" o del tipo a "L" 3. REGOLAZIONE (THROTTLING): per modulare la portata di fluido al variare del grado di apertura dell organo di azione 4. RIDUZIONE (PRESSURE -REGULATING): per regolare pressioni di gas o vapore 5. SICUREZZA o SFIATO (SAFETY/PRESSURE RELEASE): per impedire il superamento di valori di pressione pericolosi per l integrità della tubazione o delle apparecchiature ad essa collegate 6. RITEGNO (CHECK VALVE): per consentire il passaggio del fluido in un solo verso 7 FUNZIONE DELLE VALVOLE: PRIMI ESEMPI Esempio di valvola di intercettazione Esempio di valvola di non ritorno Esempio di valvola di sicurezza simboli normalizzati disegno costruttivo in sezione Esempio di valvola deviatrice (divert valve) 8

5 2 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base alla forma esterna e/o dimensione) RUBINETTI (Bib Cock) per DN <= 1 SARACINESCA (Gate) VALVOLE/RUBINETTI A GLOBO (Globe) VALVOLE PER USI PARTICOLARI/SPECIALI 9 2 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base alla forma esterna e/o dimensione) RUBINETTI (DN <= 1") SARACINESCA VALVOLE/RUBINETTI A GLOBO VALVOLE PER USI PARTICOLARI/SPECIALI 10

6 ESEMPIO di RUBINETTO (Bib Cock) con funzione di INTERCETTAZIONE e REGOLAZIONE 11 RUBINETTO A SFERA (Ball Valve) con funzione di INTERCETTAZIONE DISEGNO SCHEMATICO o SCHEMA DI PRINCIPIO VISTA LATERALE VISTA DALL ALTO DISEGNO IN «SPACCATO» La valvola a sfera è il tipo più comune ed utilizzato di dispositivo di intercettazione di un flusso in condotte idrauliche. Il suo funzionamento si basa sulla rotazione di 90 di un otturatore sferico dotato di una cavità cilindrica coassiale al flusso. La valvola consente la totale chiusura/apertura del flusso ma anche, in una certa misura, la sua riduzione. 12

7 RUBINETTO / VALVOLA a SFERA MODULANTE con funzione di REGOLAZIONE DISEGNO SCHEMATICO DISEGNO IN «SPACCATO» 13 VALVOLA A SFERA MODULANTE ESEMPIO IMMAGINE IN «SPACCATO» 14

8 RUBINETTI a MASCHIO (plug valves) DN 1 Possono essere: a maschio cilindrico a maschio tronco-conico i quarter turn valves VISTA LATERALE VISTA DALL ALTO DISEGNO SCHEMATICO Instrumentation and Control of Chemical Processes - Prof. M. Miccio 15 RUBINETTI a PIU VIE DN 1 3 VIE 4 VIE VISTA DALL ALTO VISTA DALL ALTO FOTO DISEGNO SCHEMATICO Instrumentation and Control of Chemical Processes - Prof. M. Miccio 16

9 RUBINETTI a FARFALLA DN 1 DISEGNO SCHEMATICO DISEGNO ANIMATO FOTO VISTA: LATERALE FRONTALE DALL'ALTO Instrumentation and Control of Chemical Processes - Prof. M. Miccio 17 Foto VALVOLA A FARFALLA (Butterfly valve) Disegno fotografico 18

10 VALVOLA A FARFALLA Esempio con DN WAFER TYPE DISEGNO IN «SPACCATO» 19 2 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base alla forma esterna e/o dimensione) RUBINETTI (DN <= 1") SARACINESCA VALVOLE/RUBINETTI A GLOBO VALVOLE PER USI PARTICOLARI/SPECIALI 20

11 VALVOLE a SARACINESCA (gate valves) Disegno fotografico Hanno funzione di INTERCETTAZIONE Il diametro dell'apertura per il passaggio del fluido è pressoché lo stesso del piping La direzione del flusso non cambia durante l'attraversamento Una valvola a saracinesca completamente aperta introduce solo una piccola perdita di carico 21 VALVOLE a SARACINESCA (per INTERCETTAZIONE) ESEMPI Schemi di principio Disegno costruttivo 22

12 2 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base alla forma esterna e/o dimensione) RUBINETTI (DN <= 1") SARACINESCA VALVOLE/RUBINETTI A GLOBO VALVOLE PER USI PARTICOLARI/SPECIALI 23 RUBINETTO / VALVOLA A GLOBO (Globe Valve) S STEM T PLUG V PORT B BODY F JOINTS P -GASKET Disegno Animato Disegno costruttivo Disegno 3D NB: Hanno funzione di REGOLAZIONE Sono denominati così perché all inizio il corpo era sferico 24

13 VALVOLE A GLOBO (DN>1 ) Guided-flow valve or Z-body globe valve Free-flow valve or Y-body globe valve Automatic globe valve with float 25 3 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base a posizione/accoppiamento nell impianto con il piping) VALVOLE AD ANGOLO (Angle Valve) VALVOLE DI FONDO (Bottom Valve) VALVOLE A VIA DIRITTA (Straight through valve) NB: I corpi delle valvole hanno una freccia che indica il verso del flusso. Nel caso di valvole bidirezionali come le valvole a farfalla, a sfera o a saracinesca, l'indicazione non è riportata. 26

14 VALVOLA A GLOBO AD ANGOLO Foto Disegno Costruttivo 27 VALVOLA A GLOBO DI FONDO 28

15 VALVOLE A DIAFRAMMA o A MEMBRANA (diaphragm or membrane or pinch valve) Disegno: Schematico Animato In sezione valvole a diaframma valvola a diaframma a flusso avviato (weir valve) valvola a diaframma a flusso libero (straightway or straight-thru valve) i P.K.Saunders ha inventato e brevettato weir valve diaphragm valves più di 60 anni fa La regolazione o la tenuta sono effettuate mediante la compressione di una membrana in elastomero o plastomero direttamente sul corpo della valvola 29 VALVOLE A DIAFRAMMA o A MEMBRANA (diaphragm or membrane or pinch valve) valvole a manicotto o cannotto (hose valve) 30

16 4 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base alla forma dell otturatore) Valvole a globo A PIATTELLO A TAPPO A PISTONE A SPILLO A GABBIA V-PORT A SARACINESCA o GHIGLIOTTINA A FARFALLA DISK VALVE CAP VALVE PISTON VALVE NEEDLE VALVE CAGE VALVE V-PORT GATE VALVE BUTTERFLY VALVE A MASCHIO (sferico, cilindrico, tronco-conico) PLUG VALVE (spherical, cylindrical, conically-tapered) 31 OTTURATORI OTTURATORE A PIATTELLO L incremento della portata avviene quasi esclusivamente nella prima porzione di apertura, dopo di che ulteriori incrementi della corsa incrementano aumenti di portata quasi trascurabili. Per questo motivo l otturatore a piattello viene anche chiamato otturatore ad apertura rapida. Viene generalmente usato per controlli on-off e per servizi di intercettazione. OTTURATORE LINEARE Con questo otturatore si ottiene la linearità tra la corsa dell otturatore e la portata, che risulta quasi direttamente proporzionale al grado di apertura della valvola. Il profilo dell otturatore è normalmente parabolico. Gli otturatori a caratteristica lineare si usano quando la pressione differenziale in esercizio non subisce apprezzabili variazioni, oppure in processi con limitate variazioni di portata. OTTURATORE EQUIPERCENTUALE Con questo otturatore a uguali incrementi della corsa di apertura corrisponde una percentuale costante di aumento della portata, a parita di pressione differenziale, Per un incremento del 10% della corsa, la portata aumenta di circa il 50% rispetto alla portata precedente alla variazione. Ne deriva che la valvola eroga la maggior parte della portata massima nell ultima frazione di apertura. Gli otturatori equipercentuali 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 anche consigliati quando la portata è fortemente variabile o la pressione differenziale nella valvola subisce ampie variazioni. see also: Stephanopoulos, Chemical process control: an Introduction to theory and practice, Prentice Hall,

17 RUBINETTI / VALVOLE A SPILLO (needle valve) Immagine 33 VALVOLA A GABBIA (cage valve) 34

18 VALVOLA A GLOBO V-PORT 35 5 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base al tipo di movimento dell organo di azione) VALVOLE LINEARI VALVOLE ROTATIVE 36

19 5 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base al tipo di movimento dell organo di azione) 37 6 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base al servizio prestato rispetto al fluido) General Corrosive High Pressure Severe (Noise, Flashing, Cavitating, Abrasive ) Cryogenic Erosive Toxic Slurry Oxygen 38

20 2 CLASSIFICAZIONE DELLE VALVOLE (in base alla forma esterna e/o dimensione) RUBINETTI (DN <= 1") SARACINESCA VALVOLE/RUBINETTI A GLOBO VALVOLE PER USI PARTICOLARI/SPECIALI 39 VALVOLE DI SICUREZZA o DI SFIATO (venting valves) P Forza di sollevamento: F = P S 40

21 DISCO DI ROTTURA Immagini Disegno Costruttivo 41 VALVOLE DI RITEGNO (check valves) 42

22 VALVOLE ROTATIVE per solidi 43 VALVOLE ROTATIVE per solidi 44

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