Riduttore di pressione Principio di funzionamento

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1 Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches Société Suisse de l Industrie du Gaz et des Eaux Società Svizzera dell Industria del Gas e delle Acque Swiss Gas and Water Industry Association SVGW SSIGE SSIGA SGWA W i Edizione arile 2015 INFORMAZIONE Nota tecnica Riduttore di ressione Princiio di funzionamento SSIGA, Grütlistrasse 44, Casella ostale 2110, 8027 Zurigo Telefono , Fax ,

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3 Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches Société Suisse de l Industrie du Gaz et des Eaux Società Svizzera dell Industria del Gas e delle Acque Swiss Gas and Water Industry Association SVGW SSIGE SSIGA SGWA W i Edizione arile 2015 INFORMAZIONE Nota tecnica Riduttore di ressione Princiio di funzionamento Coyright by SVGW, Zürich Comosizione: Multicolor Print AG, Baar Edizione arile 2015 Riroduzione vietata Ordinazione resso l ufficio della SSIGA (suort@svgw.ch) SSIGA, Grütlistrasse 44, Casella ostale 2110, 8027 Zurigo Telefono , Fax ,

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5 SOMMARIO 1 Introduzione 3 2 Scoo e camo di alicazione 3 3 Forza elastica e costante elastica 3 4 Funzionamento del riduttore a ortata zero 4 5 Funzionamento del riduttore con erogazione 4 6 Errore del regolatore P 5 7 Pressione in uscita costante 6 8 Pressione di taratura 6 9 Controlli e manutenzione 6 W i, Edizione arile /8

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7 1 Introduzione Ai sensi della Direttiva W3 della SSIGA, la ressione statica in corrisondenza del unto di relievo non deve eccedere il valore massimo di 500 kpa. Qualora la rete di distribuzione dell acqua resenti condizioni di ressione sueriori, occorre installare un riduttore di ressione. Un riduttore o regolatore di ressione consiste in un cosiddetto regolatore roorzionale: quanto iù viene recaricata la molla in fase di taratura, tanto maggiore sarà la ressione in uscita a valle della valvola. La forza di aertura della molla è in costante contrasto con la forza di chiusura che equivale al rodotto della ressione in uscita er la suerficie della membrana. 2 Scoo e camo di alicazione La resente Nota tecnica intende illustrare il rinciio di funzionamento dei riduttori di ressione e si rivolge in articolare ai rofessionisti del settore idrico-sanitario. 3 Forza elastica e costante elastica Una grandezza caratteristica essenziale er la scelta di una molla di trazione o di comressione è la costante elastica. Essa si determina alicando diverse forze di trazione o comressione a una molla in acciaio e misurando le variazioni di lunghezza che si verificano nei singoli casi. Riortati in un diagramma, i dati relativi alla forza e all allungamento o contrazione della molla danno una retta. Quanto maggiore è la forza della molla, tanto maggiori sono la forza necessaria a rodurre una stessa variazione di lunghezza e, quindi, la endenza della retta. Il raorto tra la forza e la variazione di lunghezza è detto costante elastica (Fig. 1). Costante elastica (k) = Forza elastica (F Molla ) Variazione di lunghezza (ΔL) Forza elastica (F Molla ) = Variazione di lunghezza (ΔL) x Costante elastica (k) Kraft Forza in Newton Federkonstante Costante elastica (k) Feder Molla 11 Feder Molla Variazione Längenänderung di lunghezza in in mm Fig. 1 Diagramma della costante elastica W i, Edizione arile /8

8 4 Funzionamento del riduttore a ortata zero Durante la messa in funzione e il riemimento del riduttore di ressione, l acqua fluisce nella zona di uscita fino a quando il rodotto della ressione in uscita er la suerficie della membrana arriva ad essere ari alla forza di aertura della molla. Raggiunto tale stato, a ortata zero e in condizioni di imermeabilità il riduttore resta chiuso (Fig. 2). A 2 F Molla F Molla 1 2 A 1 A 2 ΔL Forza di aertura della molla, risultante dal rodotto della corsa di recarico er la costante elastica Pressione in entrata Pressione in uscita Suerficie della valvola Suerficie della membrana Corsa della valvola 1 A 1 2 ΔL Pressione di aertura F Molla = Pressione di chiusura 2 x A 2 Fig. 2 Riduttore di ressione chiuso a ortata zero 5 Funzionamento del riduttore durante l erogazione Quando un rubinetto di relievo a valle del riduttore di ressione viene aerto, la ressione in uscita 2 diminuisce e la valvola si are. All aumento della ortata sul lato in uscita corrisonde un aumento dell aertura (corsa) della valvola. Affinché ciò sia ossibile, la ressione in uscita 2 in condizione di flusso dell acqua deve essere inferiore alla ressione in uscita 2 regolata a ortata zero. Più la valvola si are, iù la molla si scarica, e si viene a creare una situazione in cui la forza elastica (il recarico) della molla meno il rodotto della corsa della valvola er la costante elastica è in equilibrio con la ressione di chiusura. F Molla (ΔL x k) = 2 x A 2 Druckminderung Riduzione Druckminderung durch di ressione durch dovuta al recarico della molla Federvorsannung Federvorsannung Druckverlust Perdita Druckverlust durch di carico Regelabweichung dovuta durch a Regelabweichung errore des del regolatore P-Reglers des P P-Reglers Betriebsdruckkurve Curva della Betriebsdruckkurve ressione di esercizio Fig. 3 Andamento della ressione dall entrata all uscita del riduttore 6/8 W i, Edizione arile 2015

9 Questa situazione di equilibrio è detta errore del regolatore P. Quanto iù bassa è la costante elastica, tanto minore è l errore di regolazione della ressione in uscita er una data ortata. Nel momento in cui la valvola è comletamente aerta e la ortata continua ad aumentare, la ressione in uscita 2 si abbassa ulteriormente come conseguenza delle erdite di carico in coincidenza della valvola stessa. Tali erdite, dal canto rorio, sono causate da forze di attrito interne (attrito tra le singole molecole dell acqua) e da forze di attrito esterne (attrito dell acqua con le areti interne della valvola). La figura 3 illustra l andamento comlessivo della ressione dall entrata all uscita del riduttore. 6 Errore del regolatore P Le misurazioni comiute resso i laboratori della SSIGA secondo la norma di rodotto SN EN 1567 mostrano come, a arità di ressione in entrata, la ressione in uscita diminuisca mano a mano che la ortata aumenta (Fig. 4). La differenza tra la ressione in uscita a ortata zero e la ressione in uscita in condizioni di flusso costituisce l errore del regolatore P. In una situazione ideale, tale errore è ridotto al minimo, ossia la curva ha una endenza minima. Ad incidere sull entità dell errore è, tra l altro, la struttura del riduttore. I regolatori P non sono rogettati in modo tale da riuscire a mantenere costante la ressione in uscita. Se si volesse raggiungere tale obiettivo, occorrerebbe rogettare la valvola quale regolatore PI o regolatore PID. Nella documentazione tecnica dei fabbricanti, la erdita di ressione è raresentata sotto forma di diagramma delle erdite di carico, nel quale la regolazione della valvola è chiaramente riconoscibile nella linea curva del diagramma doio logaritmico (Fig. 5). Solo quando la valvola è comletamente aerta la curva si converte in una retta. Pressione in uscita con ressione a monte di 8 bar Errore del regolatore P Pressione in uscita in bar Portata in l/s Fig. 4 Caduta di ressione nella zona di uscita con ortata in aumento W i, Edizione arile /8

10 m 3 /h h Perdita Druckverlust di carico [ bar] in bar Perdita Druckverlust di carico [ kpa] in kpa l/s s l/min n Durchfluss Portata Fig. 5 Diagramma delle erdite di carico ad oera del fabbricante 7 Pressione in uscita costante Quella che nella documentazione tecnica dei fabbricanti è sesso indicata come «ressione in uscita costante» è da intendersi, dunque, non come ressione in uscita dal riduttore in condizioni di flusso dell acqua (erché altrimenti la valvola dovrebbe essere un regolatore PI o PID) bensì in assenza di erogazione, dunque a ortata zero. Tale «ressione in uscita costante» imedisce eventuali aumenti della ressione in uscita 2 come effetto, ad esemio, dell attivazione di una oma di alimentazione. Dal unto di vista costruttivo, nella figura 2 si osserva come la «ressione in uscita costante» a ortata zero sia ottenuta mediante l azione della ressione in entrata 1 su un uguale suerficie A 1 sia della guarnizione sueriore che della guarnizione inferiore della valvola, in modo che le forze si neutralizzino recirocamente. 8 Pressione di taratura Ai fini di un funzionamento ottimale del riduttore di ressione, la differenza tra la ressione di servizio e la ressione a valle imostata sul regolatore dovrebbe avere un valore minimo di 50 kpa. Infatti, se la ressione di servizio è inferiore alla ressione di aertura della molla, la valvola si are e il riduttore erde qualunque caacità di regolazione della ressione. Per garantire una chiusura imeccabile delle valvole di sicurezza, i riduttori di ressione vengono tarati di fabbrica su una ressione in uscita tra i 400 e i 450 kpa. 9 Controlli e manutenzione Le articelle di sorcizia e i deositi che si accumulano nella sede della valvola tendono a comromettere il funzionamento del riduttore di ressione. L effetto è un incremento della ressione in uscita, che uò arrivare a raggiungere la ressione della rete di distribuzione dell acqua. I controlli e la manutenzione devono avvenire in conformità alla Direttiva W3 / Comlemento 2 della SSIGA. 8/8 W i, Edizione arile 2015