Le valvole a farfalla sono valvole caratterizzate da un otturatore a disco che ruota attorno ad un asse perpendicolare a quello del tubo sul quale sono installate e agiscono. Sono utilizzate in molti ambiti:
- Acquedotti: sono usate per l’intercettazione sfruttando le caratteristiche principali di questo tipo di valvola. Infatti, essendo di dimensioni ridotte consentono di ridurre gli ingombri rispetto alle classiche saracinesche che vengono normalmente utilizzate in questo campo;
- Motori ad accensione comandata: è usata sia nel carburatore per la regolazione della portata di aria che nel gruppo di iniezione per regolare la portata della miscela. Hanno però lo svantaggio di generare perdite di carico importanti e sono, talvolta, preferiti altri sistemi.
Le valvole wafer sono una particolare configurazione delle valvole a farfalla con quattro orecchie di centraggio ottenute dalla fusione del corpo della valvola.
I componenti delle valvole wafer
Le
valvole wafer presentano una serie di componenti necessari per il corretto funzionamento:
- Corpo della valvola: rappresenta la parte più ingombrante e il sostegno di tutto il componente. Solitamente realizzato in ghisa sferoidale, acciaio al carbonio o acciaio inossidabile sfruttando sia le caratteristiche resistenziali che la resistenza a corrosione.
- Sede: realizzata in materiale elastomerico ed è necessaria per la tenuta per evitare perdite di carico o di flusso.
- Disco: è l’elemento rotante che funge da otturatore quando la valvola viene chiusa ed è anche questo realizzato con gli stessi materiali del corpo della valvola.
Questi sono i componenti principali della valvola ma ci sono anche una flangia sottostante e l’albero che vengono realizzati con gli stessi materiali del disco e del corpo valvola. E’ importante notare che la resistenza a corrosione è il requisito principale e per la protezione si utilizzano vari metodi come le vernici a base di polveri epossidiche. Tutti i materiali devono avere caratteristiche organolettiche, chimiche, fisiche e biologiche tali da rispettare le normative in termini di salute perché entrano in contatto con fluidi per il consumo umano.
Le caratteristiche delle valvole wafer
Le valvole wafer sono valvole che, come visto, agiscono mediante la rotazione del disco. Posizioni intermedie, però, generano perdite di carico e inefficienze e, per questo motivo, si preferisce non utilizzarle per la regolazione del flusso ma solamente nelle due configurazioni principali. Solitamente si sceglie una chiusura oraria per motivi progettuali ma può essere presente anche una chiusura antioraria se opportunamente specificato sulla fornitura.
Per la chiusura, possono essere previste numerose possibilità costruttive:
1. Manuale: se il diametro è piccolo è possibile usare un volantino o una leva per forzare la chiusura;
2. Demoltiplicatori: con diametri più elevati o pressioni importanti, è necessario usare dei dispositivi;
3. Bypass: serve per forzare la chiusura programmando la pressione che va ad instaurarsi sulle due facce differenti del disco di chiusura.
Normative e marcature delle valvole wafer
Le valvole wafer, per essere introdotte sul mercato, devono rispettare alcune importanti certificazioni:
- UNI EN 10204 3.1: è una tipologia di certificazione che attesta che il produttore ha realizzato il prodotto secondo le specifiche del cliente. Infatti, tale attestato riepiloga le caratteristiche dei materiali utilizzati, i risultati dei test effettuati da un reparto indipendente dalla fabbrica, i trattamenti termici e altre proprietà.
- UNI EN 12266-1: riguarda le specifiche e le caratteristiche delle prove di pressione, oltre ai criteri di accettazione delle stesse.
- UNI EN 1074-1, 1074-2: stabilisce i criteri da seguire in fase di progettazione, prova e messa in opera di componenti che trasportano acqua destinata all’utilizzo umano.
Il rispetto di tali norme rappresenta un requisito fondamentale per la certificazione del prodotto e, in questo caso specifico, di componenti importanti come le valvole wafer o a farfalla.
La marcatura, ovvero il codice identificativo di ogni singolo prodotto, deve presentare alcune caratteristiche standard per le valvole wafer: infatti, devono essere presenti il diametro nominale, la pressione nominale, il materiale del corpo valvola, nome del produttore e anno di produzione (non l’anno di messa in opera) e, infine, le normative di riferimento che sono quelle descritte in precedenza. Tale codice permette di individuare univocamente ciascun componente qualora si verifico danneggiamenti o guasti, velocizzando le operazioni di risoluzione dei problemi.
Valvole wafer: i materiali di costruzione
Le valvole di tipo wafer, il cui funzionamento è stato descritto nei paragrafi precedenti, sono composte da diversi componenti e presentano materiali di natura diversa, ma fondamentali per ottenere le caratteristiche che rendono tali valvole così importanti all’interno degli impianti in cui vengono installati:
- acciaio inossidabile AISI 316: formabilità e resistenza alla corrosione sono le due caratteristiche principali di questa tipologia di acciaio consentendone l’utilizzo anche in ambienti particolarmente aggressivi. La saldabilità e il trattamento termico di solubilizzazione consentono sia di ottenere conformazioni particolari in esercizio sia di migliorare ulteriormente le caratteristiche viste. Tale acciaio è utilizzato nelle valvole wafer per il corpo, il battente, l’asta, la molla, il fermo e il grano.
- PTFE: è un polimero con caratteristiche eccezionali per la resistenza chimica, l’antiaderenza (usato per questo per le pentole antiaderenti), la resistenza termica e la resistenza all’attrito. È utilizzato per la realizzazione delle rondelle all’interno delle valvole wafer.
- FKM: sono elastomeri fluorurati appartenenti alla classe dei tecnopolimeri. La resistenza chimica elevata li distingue rispetto alle altre tipologie di gomme, mentre la resistenza termica dipende dal grado di vulcanizzazione. Tale materiale risulta idoneo per realizzare i tappi e le guarnizioni.
La combinazione di questi materiali, in unione con una progettazione sapiente, aiuta a creare prodotti qualitativamente ottimi migliorando la sicurezza e l’efficienza degli impianti.
Altre informazioni da tenere in considerazione per le valvole di tipo wafer
Oltre a tutte le caratteristiche precedentemente analizzate, è necessario andare a valutare altre proprietà che possono influire sia sulla scelta che sull’utilizzo di queste valvole:
- curve pressione temperature: sono curve che presentano in ascissa (asse X) la temperatura e in ordinata (asse Y) la pressione. Inoltre, vi è una dipendenza dal diametro nominale del passaggio;
- la coppia di serraggio: ovvero la coppia (N*m) da applicare per riuscire ad effettuare un bloccaggio corretto in presenza del collegamento filettato. In particolare, si parte da una coppia di 4 o 5 Nm per il DN15 fino a 85 o 95 Nm per il DN100;
- valore di KV: quantità di metri cubi di acqua che passa attraverso la valvola generando una perdita di carico in bar.
- diagramma delle perdite di carico: presenta in ascissa la portata in metri cubi all’ora mentre in ascissa sono presenti le perdite di carico. Inoltre, tali curve sono dipendenti dalla dimensione.
- pressione minima di apertura: è la pressione necessaria per consentire l’apertura della valvola e dipende dalla presenza o meno della molla di apertura.
La scelta di tutti questi parametri è fondamentale per valutare consapevolmente in relazione allo specifico impianto di interesse. Trascurare anche solo uno di questi aspetti può portare a criticità in esercizio che vanno a compromettere il funzionamento dell’impianto stesso, con conseguenze più o meno gravi per i locali o le persone connesse.
Valvole wafer o a farfalla: motori diesel e a benzina
Nei paragrafi precedenti sono state descritte in modo esaustivo le normative, le marcature, i materiali e le metodologie di funzionamento delle valvole wafer o a farfalla. Inoltre, è stata introdotta l’importanza di questi componenti per il funzionamento dei motori.
Il mondo dei motori è molto vario e complesso e richiede uno studio particolare per riuscire a comprenderne i meccanismi e le metodologie di funzionamento.
Le valvole wafer, o valvole a farfalla, costituiscono solamente uno dei componenti principali dei motori, anche se hanno un ruolo centrale nel funzionamento e nell’interazione tra carburante e aria.
La principale differenza che si può riscontrare è tra motori a benzina e motori diesel.
- motori a benzina: la valvola a farfalla serve per consentire la regolazione del flusso di aria all’interno del motore, sfruttando le caratteristiche costruttive della valvola stessa.
- motori diesel: la valvola a farfalla serve solamente per consentire al motore di avere uno spegnimento corretto evitando che bruschi movimenti possano generare conseguenze non previste.
Seppur queste siano le principali differenze a livello macroscopico, si potrebbe approfondire ulteriormente i concetti entrando nel discorso dei motori con sistema di iniezione mono (sostanzialmente non più utilizzato al giorno d’oggi) e multipoint.
I sistemi moderni lavorano con un motorino di regolazione della valvola a farfalla controllo il posizionamento della valvola stessa sulla base dei dati dei sistemi di rilevamento interni all’automobile stessa, quali i potenziometri.
