Valvole a clapet: l'importanza delle guarnizioni

Cosa sono le valvole a clapet?

Le valvole a clapet sono valvole di ritegno che, mediante l’azione di un organo meccanico, blocca il reflusso dei fluidi condotti all’interno dell’impianto.
Tali valvole, realizzate solitamente in acciaio inossidabile austenitico della serie AISI 316L, sono molto utilizzate quando si vuole un passaggio quasi totale del fluido.
Come detto, assume particolare importanza l’organo meccanico che blocca il retro-flusso ma anche l’utilizzo di guarnizioni in materiale plastico non è secondario né per queste particolari valvole a clapet né tantomeno in tutte le applicazioni dove è richiesta una certa tenuta.

Le guarnizioni: valvole ma non solo!

“Una guarnizione è un elemento che viene interposto tra due superfici per evitare il passaggio di un fluido (liquido o gas) tra di esse”
Quando si parla di guarnizioni, si entra a contatto con un mondo vario e in continua espansione. Nella vita di tutti i giorni è facile trovarsi ad interagire con questi componenti: non è usuale sostituire valvole a clapet ma, può esserlo, dover sostituire tali elementi per far funzionare propriamente, ad esempio, gli elettrodomestici!
Generalmente, le guarnizioni vengono suddivise tra “statiche” e “dinamiche” in base al fatto che le superfici con cui entrano in contatto siano ferme o si trovino in movimento relativo tra loro. Scegliere correttamente il materiale con cui realizzare le guarnizioni necessarie per un componente o un impianto è fondamentale per evitare qualsiasi problema di tenuta e garantire un elevato livello di sicurezza. Infatti, è famoso il caso dello shuttle Challenger: la scelta sbagliata delle condizioni di decollo portarono alla rottura di una guarnizione O-Ring e all’esplosione della navicella, causando la morte di sette persone.

La scelta del materiale per le guarnizioni

Come si evince dall‘esempio sopra citato, la scelta dei materiali con cui realizzare le guarnizioni può essere anche complessa. Le indicazioni da seguire sono principalmente le seguenti:
- Avere un certo grado di morbidezza per adattarsi alle superfici;
- Deve resistere chimicamente al fluido veicolato e non attaccare le superfici in contatto;
- Possedere una certa resistenza alle temperature (alte o basse che siano) o le pressioni in gioco;
- In applicazioni dinamiche, deve resistere all’attrito e all’usura.

Tra i materiali più utilizzati ci sono sicuramente:
- PTFE: politetrafluoroetilene, più comunemente conosciuto come teflon. Non è l’unico materiale polimerico utilizzabile ma è il più comune e può essere usato da solo o con particolari additivi che ne migliorano le proprietà;
- Materiali elastomerici: ad esempio mescole come NBR molto usate per gli O-ring;
- Materiali metallici: in acciaio inossidabile, alluminio, rame e altri;
- Prodotti naturali: come, ad esempio, carta e canapa.
Per le valvole a clapet il materiale più adatto e utilizzato è sicuramente il PTFE: tale materiale polimerico garantisce un buon compromesso tra proprietà meccaniche resistenziali in temperatura (fino a circa 260°C) e proprietà chimiche, mostrandosi adatto per tali applicazioni. Inoltre, è anche un materiale isolante.

Il PTFE: un polimero di straordinaria importanza

Come già descritto precedentemente parlando dei vari materiali con cui possono essere realizzate le guarnizioni, il PTFE rappresenta l’alternativa migliore per le proprie caratteristiche e per le applicazioni di interesse.
Quali sono le caratteristiche che lo rendono idoneo per le guarnizioni delle valvole a clapet?
-    Inerzia chimica: questa proprietà ha una doppia funzione. Innanzitutto, la guarnizione non viene alterata dai fluidi con i quali entra in contatto ma mantiene le sue caratteristiche funzionali nel tempo. Inoltre, non altera in alcun modo i fluidi con cui viene in contatto, evitando malfunzionamenti all’impianto e garantendo la durabilità nel tempo.
-    Insolubilità: altra caratteristica fondamentali per impianti idrici o in presenza di sostanze organiche.
-    Coefficiente d’attrito molto basso: questo consente di avere una migliore scorrevolezza e, quindi, un’efficienza maggiore dell’impianto, riducendo le perdite di carico.
-    Invariabilità delle caratteristiche in temperatura: infatti, le guarnizioni in PTFE possono funzionare a temperature molto basse (-80°C), ma anche a temperature elevate (fino a 250°C), garantendo un range di applicabilità notevole che amplia il campo di applicazione delle guarnizioni e, quindi, delle valvole stesse.
I rischi maggiori di questo materiale riguardano le decomposizioni che presenta a temperature ancora più elevate: infatti, intorno a 500°C non fonde ma si decompone generando gas tossici. Questa è una delle limitazioni maggiori di questo materiale, anche se esistono vari copolimeri o composizioni che riducono gli effetti mantenendo, comunque, ottime caratteristiche applicative.

Funzionamento delle valvole a clapet

Le valvole a clapet sono dispositivi che consentono il passaggio del flusso da monte a valle ma che bloccano il reflusso dei fluidi mediante un’azione di tipo meccanico. Il motore che sta alla base del funzionamento di queste valvole è la velocità del fluido che regola l’apertura del dispositivo “a tampone” favorendo il passaggio o bloccando il flusso. Ci sono tre casistiche principali:
-    Disparità di livello tra canale di ingresso e di uscita a favore del primo: c’è flusso e la valvola è aperta garantendo un passaggio completo;
-    Parità di livello tra i due canali: la valvola si chiude poiché non vi è flusso;
-    Disparità di livello tra canale di ingresso e di uscita a favore del secondo: clapet chiuso in modo ottimale e non permette il passaggio del flusso.
Per garantire il corretto funzionamento della valvola, oltre ad un processo produttivo certificato e di alta qualità, è richiesta una preparazione delle pareti di attacco dei canali che vanno rifiniti in maniera tale da creare una tenuta idraulica perfetta e senza perdite. Per tali motivi, oltre a ragioni legislative e di sicurezza, è di fondamentale importanza la manutenzione dei tubi e delle valvole.

Le guarnizioni: un componente essenziale

Parlando di tenuta idraulica, non si può non fare riferimento alle guarnizioni. Esse svolgono un ruolo centrale in tantissimi componenti con cui entriamo in contatto nella vita di tutti i giorni e, in particolare, nelle valvole a clapet di nostro interesse. Per questo sono necessarie alcune caratteristiche:
-    Adattabilità alle superfici: devono riuscire a conformarsi correttamente con le superfici a contatto al fine di evitare vuoti che possono causare perdite;
-    Resistenza chimica: entrando in contatto con fluidi con caratteristiche chimiche differenti, tale proprietà ricopre un ruolo centrale;
-    Resistenza all’abrasione: i movimenti e il flusso possono, con il tempo, portare a danneggiamenti che compromettono le corrette funzionalità.
La scelta del materiale consente di “giocare” su queste caratteristiche preferendone una oppure l’altra a seconda delle applicazioni. In generale, il materiale maggiormente utilizzato è il PTFE (ovvero il Teflon) che combina caratteristiche resistenziali, chimiche, di resistenza in temperatura e di resistenza meccanica favorendo il funzionamento del componente.
Una norma di notevole importanza per quanto riguarda la tenuta delle guarnizioni per le valvole a clapet è la norma DIN 19569-4 (e le successive) che regola il funzionamento degli impianti con acque reflue.
Come avviene solitamente per questa tipologia di componenti, la scelta e la corretta installazione rappresentano delle fasi fondamentali. Anche un solo errore può andare a compromettere tutte le ottime caratteristiche fornite dagli altri aspetti. Intertubi, grazie alla sue competenza ed esperienza, rappresenta un punto di riferimento nel settore, fornendo le soluzioni migliori per diversi ambiti applicativi.

La sostituzione delle guarnizioni nelle valvole a clapet

La manutenzione è una fase centrale della vita di qualsiasi componente, sia esso una valvola oppure un altro componente meccanico, idraulico, elettronico e così via. Molto spesso, però, il concetto di manutenzione resta solamente teorico, soprattutto quando si parla di manutenzione predittiva, e si ricorre esclusivamente all’intervento quando si verificano rotture o malfunzionamenti con effetti visibili e facilmente riscontrabili.
Molte volte le guarnizioni possono andare incontro a rotture o a funzionamenti non corretti dovuti ad utilizzi e condizioni che vanno a modificarne l’efficienza e la stabilità comportamentale nel tempo. Infatti, la gomma può deteriorarsi più o meno velocemente portando alla progressiva perdita di tenuta e consentendo il passaggio di liquidi che a loro volta possono instaurare fenomeni di usura e corrosione che possono compromettere parzialmente o completamente la valvola e, nei casi peggiori, l’impianto su cui è installata.
Per procedere in maniera preventiva alla sostituzione bisogna conoscere le metodologie corrette consigliate dal produttore per la sostituzione della tenuta, evitando in questo modo uno smontaggio e un montaggio non coerenti con la costruzione, inficiando ulteriormente il componente. Prestare attenzione a tutti i passaggi indicati rappresenta l’unico modo per restaurare la guarnizione e consentire alla valvola a clapet di continuare la propria azione allungandone così la vita utile.