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Giuseppe Langella » 30.Le valvole


Le valvole di regolazione

Le principali tipologie costruttive di valvole di regolazione per impianti termici, sono valvole a otturatore e valvole a settore.

Le valvole sono caratterizzate:

  • dal DN diametro nominale (in mm o pollici), che rappresenta la dimensione del passaggio della o delle vie dei corpi delle valvole.
  • dalla pressione massima (PN) del corpo valvola (kPa o bar), che è la pressione massima ammessa dal corpo della valvola, dipendente in larga misura dal materiale impiegato nella realizzazione dei componenti. I PN delle valvole usate negli impianti tecnologici sono: PN 6, 10, 16, 25 e 40 con netta prevalenza ai PN 6 e PN 10. Il PN della valvola deve essere maggiore o uguale alla somma della pressione statica e dinamica dell’impianto.

Il Dpv è invece la pressione differenziale ammessa dal corpo (kPa o bar), cioè la massima pressione differenziale (o perdita di carico) ammessa a valvola completamente aperta, in pratica la differenza di pressione tra monte e valle della valvola sull’impianto. Il Dpv può essere sensibilmente inferiore a quello del PN e della forza a disposizione dai servomotori.

Le valvole di regolazione

Un parametro fondamentale è il Kvs (m3/h): valore di portata caratteristico di un diametro di valvola di una certa serie a 2 o 3 vie a settore, ad otturatore, ecc.

Il valore indica la portata in m3 di acqua alla temperatura da 5° a 30 °C che passa in 1 ora a valvola totalmente aperta con perdita di carico costante di 100 kPa (1 bar).

Il valore di Kvs viene ricavato ed indicato dai costruttori e serve per dimensionare la valvola e per paragonare valvole di costruttori diversi.

Kvr è il minimo valore regolabile (m3/h), cioè la minima portata che rispetta ancora la caratteristica definita dal costruttore al disotto del quale si comporta come ON-OFF.

Valori compresi tra 1% e 3% del Kvs totale sono nella norma per la valvola a otturatore destinate agli impianti tecnologici.

Il Kvo è il valore per la caratteristica (0,01…0,02): valore per definire matematicamente la caratteristica di base delle valvole (lineare, equipercentuale, ecc.).

Valvole di regolazione

La caratteristica (o curva) della valvola è la relazione tra il Kvs e la corsa della valvola, cioè la variazione della portata in funzione dell’apertura della valvola. Le valvole che interessano gli impianti termici si dividono in:

  • valvole a caratteristica lineare
  • valvole a caratteristica equipercentuale
  • valvole a caratteristica lineare/equipercentuale.

Le valvole a caratteristica lineare sono a settore, a sfera, a farfalla, etc.

Le valvole a caratteristica equipercentuale sono a due vie ad otturatore.

Le valvole a caratteristica equipercentuale/lineare sono a tre vie ad otturatore caratterizzate dalla via diritta equipercentuale e dalla via ad angolo (by-pass) lineare.

Valvole a caratteristica lineare

Le valvole a caratteristica lineare sono valvole in cui ad uguali valori assoluti di corsa rispetto alla totale corrispondono uguali percentuali di modifica del Kvs.

Infatti una modifica della corsa della valvola dal 30% al 50% (= 20% in valore assoluto) da luogo ad una variazione del Kvs identica a quella causata dalla modifica della corsa della valvola dal 70% al 90% (= 20% in valore assoluto).

Caratteristica lineare di una valvola di regolazione

Caratteristica lineare di una valvola di regolazione


Valvole a caratteristica equipercentuale

Le valvole a caratteristica equipercentuale sono quelle in cui ad uguali in valore assoluto della corsa rispetto alla totale corrisponde sempre la stessa percentuale assoluta di variazione del Kvs sul valore del Kvs precedente.

Per esempio una modifica della corsa della valvola dal 30% al 50% (= 20% in valore assoluto) dà luogo ad una variazione nel Kvs del 85% di quello corrispondente alla corsa del 30%. Analogamente la modifica della corsa della valvola dal 70% al 90% (= 20% in valore assoluto) varia il Kvs del 85% rispetto a quello relativo alla corsa 70% della valvola.

La curva della caratteristica equipercentuale viene ricavata da un’equazione matematica Ngl = logaritmo Kvs/Kvo.

La percentuale indicata nell’esempio (85%) si riferisce ad un Ngl = 3,3; i valori di Ngl considerati dai costruttori sono compresi tra 3…3,91 che danno origine a curve diverse più o meno incurvate.

Caratteristica equipercentuale di una valvola di regolazione

Caratteristica equipercentuale di una valvola di regolazione


Valvole a caratteristica equipercentuale

L’analisi della curva equipercentuale Ngl = 3,3 evidenzia che la corsa della valvola da 0…60% circa dà luogo ad una modifica della portata (Kvs = portata) da 0…30%, cioè all’inizio dell’apertura della valvola a grandi corse corrispondono piccole modifiche della portata e che la rimanente portata (dal 30% al 100%) si ottiene con la rimanente corsa della valvola dal 60% al 100% (= 40% in valore assoluto), cioè a piccole corse corrispondono grandi modifiche della portata.

Caratteristica equipercentuale/lineare:

L’abbinamento delle due caratteristiche viene utilizzato nelle valvole ad otturatore a 3 vie affinché la portata della via di miscela (sempre aperta) risulti il più possibile costante su tutta la corsa.

La caratteristica delle valvole è determinante nella regolazione degli impianti, anche se con gli attuali regolatori digitali a microprocessore si sono raggiunti livelli tali da compensare in buona misura eventuali errori nella scelta e nel dimensionamento delle valvole sugli impianti.

Autorità della valvola

L’autorità della valvola (a) è costituita dal rapporto tra la perdita di carico a valvola completamente aperta con la portata nominale e la differenza di pressione tra monte e valle a valvola chiusa Dpv/Dpvc (questo valore varia tra 0,1 e 1).

Con la valvola di regolazione inserita in un circuito idraulico la pressione che la interessa varia in funzione della posizione da aperto a chiuso. Ciò è dovuto alle resistenze dei componenti dell’impianto, come saracinesche, pompe, apparecchi utilizzatori, etc., che provocano perdite di carico che aumentano al quadrato all’aumentare della portata. Di conseguenza ad ogni modifica della corsa della valvola di regolazione corrisponde una modifica della portata e quindi della pressione sulla stessa che deforma le curve caratteristiche di base (lineare o equipercentuale).

L’entità delle deformazioni delle caratteristiche dipende inoltre dalla autorità Pv:

  • con 0,1 la curva equipercentuale tende ad una retta (in pratica diventa lineare), mentre la curva lineare si incurva però in modo contrario a quella equipercentuale (in pratica non è utilizzabile).
  • con 1 sia la curva equipercentuale che quella lineare tendono alla forma di quella di base stabilita dal costruttore delle valvole.

Autorità della valvola

L’autorità delle valvole sull’impianto varia anche in funzione al dimensionamento delle stesse:

  • diametro superiore a quello “accettabile” = α < 0,5
  • diametro uguale a quello “accettabile” = α = 0,5
  • diametro minore di quello “accettabile” = α > 0,5

Dove per diametro “accettabile” si intende quello che determina una perdita di carico a valvola completamente aperta almeno uguale a quella della sezione di circuito a portata variabile che interessa la via di regolazione della valvola, condizione in cui il Pv risulta uguale a 0,5.

Esempio di curve (caratteristiche) di base delle valvole modificate sugli impianti dall’autorità ?, definite anche curve dinamiche.

Esempio di curve (caratteristiche) di base delle valvole modificate sugli impianti dall'autorità ?, definite anche curve dinamiche.


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