Know-How – Valvole di sfogo della pressione

Nella ricerca di metodi adeguati per mitigare o addirittura prevenire i colpi d‘ariete, ci sono alcune cose da considerare in anticipo. Ci avviciniamo a questo tema con le seguenti domande:

Che cos'è un colpo d‘ariete e quando si produce un colpo d‘ariete?

Che cos’è un colpo d‘ariete?

I colpi d‘ariete sono variazioni di pressione dinamiche. Possono verificarsi quando la velocità del flusso del fluido cambia bruscamente. L'energia cinetica del fluido viene convertita in una variazione di pressione. Questo può assumere la forma di un aumento o di una diminuzione della pressione e può avvenire o nella direzione del flusso o contro la direzione del flusso dell’impianto. La variazione di pressione può essere tale da superare la pressione massima consentita nell‘impianto o da provocare la cavitazione nell’impianto a causa della riduzione della pressione.

Possibili danni a seconda del tipo di colpo d‘ariete

Nel funzionamento dei condotti, le variazioni di pressione dinamiche sono generalmente inevitabili, ma devono essere mantenute entro i limiti consentiti. I carichi di sovrapressione inammissibilmente elevati possono causare gravi danni: 

Quando si produce un colpo d‘ariete?

I colpi d’ariete in generale

• Durante l’avvio e l’arresto delle pompe nel funzionamento normale
• Se il flusso si interrompe improvvisamente come nel caso di incendi o di interruzioni della corrente
• Se una valvola di arresto viene chiusa improvvisamente

Questi sono tutti casi in cui possono verificarsi i colpi d‘ariete. E al riguardo, esistono delle valvole che rimediano a questo problema.

I colpi d’ariete nella pratica

• Durante l’avvio di pompe a causa dell’accelerazione della massa liquida
• Scollamento della colonna liquida quando le pompe vengono arrestate
• Arresto brusco di un liquido in movimento per mezzo di una valvola a chiusura rapida
• Cambio improvviso della direzione del flusso a causa di valvole a solenoide
• Cambiamento improvviso della sezione trasversale del condotto a causa di restringimenti e strozzature 
• Le fluttuazioni di pressione transitorie possono verificarsi anche in sistemi di tubazioni con pendenze o dislivelli ridotti

Valvole autoazionanti di controllo anti-colpo d‘ariete

Queste valvole funzionano indipendentemente dall'alimentazione ausiliaria esterna e non richiedono parti di controllo pneumatiche o elettriche aggiuntive. Questo le rende particolarmente adatte a sistemi di pompaggio, pompe di alimentazione, pozzi profondi e luoghi remoti di difficile manutenzione, nonché a sistemi più vecchi.

Le tipiche valvole industriali autoazionanti per applicazioni con problemi di sovrapressione sono le cosiddette valvole di sfogo della pressione SRV (surge relief valve) e le valvole di sfioro e anticipatrici del colpo d’ariete SAV (surge anticipation valve).

In alcuni casi, le valvole di sfogo della pressione possono essere un'alternativa economica al vaso di espansione o al serbatoio idropneumatico.

Il funzionamento delle valvole di controllo per le applicazioni con problemi di sovrapressione

Le valvole di sfogo della pressione SRV (surge relief valve) si aprono quando la pressione impostata viene raggiunta e superata per scaricare il fluido dall‘impianto e poi si chiudono lentamente in modo controllato per non creare un colpo d‘ariete. Dopo un'interruzione di corrente, che spesso può provocare un impulso di pressione rapido e irregolare, la SRV può essere troppo lenta ad aprirsi; per questo motivo la SRV viene solitamente utilizzata per alleviare gli aumenti di pressione graduali e fornire un controllo permanente della sovrapressione nei punti critici lungo la tubazione o nella linea di bypass delle pompe.

Le valvole di sfioro e anticipatrici del colpo d’ariete SAV (surge anticipation valve) si aprono quando la pressione raggiunge e scende al di sotto della pressione di taratura inferiore, in previsione di un successivo forte aumento della pressione (pressione di taratura superiore) verso l'atmosfera. La SAV rileva quindi innanzitutto l'onda di bassa pressione, tipica di un arresto di emergenza della pompa (o in caso di un‘interruzione di corrente), motivo per cui la SAV è solitamente installata in un bypass sulla pompa. Con la preapertura, la SAV è già aperta quando l'onda di alta pressione di ritorno raggiunge la SAV. Il rilevamento della sovrapressione della onda ad alta pressione è necessario per avviare l'apertura della SAV. La SAV si chiude lentamente, in modo controllato, per non generare un colpo d‘ariete. Rispetto alla SRV, la SAV è leggermente più adatta a brusche variazioni di pressione transitorie, in quanto può reagire e aprirsi più rapidamente.

Per compensare un'onda di pressione negativa (ad es. shock da cavitazione) e per interrompere il vuoto, è necessaria una soluzione completa con valvole di ventilazione e sfiato e valvole rompivuoto - in aggiunta alle SRV e SAV. 

Know-How valvole di ventilazione e sfiato     Know-How valvole rompivuoto

Selezione del tipo di valvola e del diametro nominale

Affinché le valvole di sfogo della pressione (SRV + SAV) funzionino correttamente, devono essere progettate per adattarsi esattamente alla vostra applicazione. La configurazione dell’impianto è determinante per la progettazione, ad esempio a seconda del numero di valvole e pompe in funzione, anche la portata varierà.

Di norma, le valvole di sfogo della pressione vengono azionate a circa il 25% della portata massima del condotto. Occorre prestare particolare attenzione alla portata (valore K_vs) e alle pressioni di risposta.

Un sovradimensionamento (SRV + SAV), un valore di K_vs troppo elevato o una pressione di taratura inferiore (SAV) selezionata in modo errato possono scaricare nell'atmosfera una quantità eccessiva di fluido operativo in caso di un colpo d‘ariete e quindi rendere impossibile il recupero della pressione dell‘impianto, poiché la valvola rimane aperta finché non c'è più differenza di pressione attraverso la valvola. Questa perdita di fluido operativo persisterà fino a quando il condotto non si esaurirà, oppure la colonna di liquido si scollerà e causerà un aumento della pressione quando le colonne di liquido si scontreranno di nuovo (macrocavitazione).

Prima di progettare le valvole, si consiglia pertanto di effettuare un'analisi completa dei colpi d’ariete (surge analysis) da parte di un fornitore di servizi di ingegneria qualificato. Se necessario, discuteremo l'analisi con voi e con il fornitore di servizi e saremo lieti di consigliarvi la scelta corretta della valvola (SRV + SAV).

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Selezione dei materiali

Le valvole Mankenberg sono disponibili in materiali come l'acciaio inossidabile o l'acciaio duplex. Gli elastomeri per O-ring e guarnizioni sono progettati per soddisfare i requisiti del fluido e della temperatura di servizio.

Tenuta stagna della sede della valvola

SRV e SAV non sono dispositivi di chiusura che garantiscono una chiusura ermetica della valvola. Possono avere un tasso di perdita in posizione chiusa secondo DIN EN 60534-4 e/o ANSI FCI 70-2 corrispondente alle classi di perdita III o V, opzionalmente IV.

Classe di tenuta III (otturatore a tenuta metallica) = 0.1 % del valore K_vs
Classe di tenuta IV (otturatore a tenuta PTFE) = 0.01 % del valore K_vs
Classe di tenuta V (otturatore a tenuta morbida) = 1.8 x 10^-5 x Δp x D* [l/h]
*D = diametro della sede