1. Introduzione
Valvola di ritegno vs valvola a globo rappresenta una decisione fondamentale nella progettazione del sistema di fluidi, poiché entrambe le valvole sono ampiamente utilizzate ma servono a scopi distinti.
Mentre una valvola di ritegno fornisce protezione automatica contro il flusso inverso, una valvola a globo è progettata per un controllo preciso del flusso e una chiusura affidabile.
La scelta della valvola appropriata influisce sull’efficienza del sistema, sicurezza, consumo di energia, e requisiti di manutenzione.
Questo articolo presenta un confronto autorevole tra valvola di ritegno e valvola a globo, esplorandone i principi di funzionamento, tipi, selezione del materiale, vantaggi e svantaggi, e applicazioni pratiche.
2. Cos'è una valvola di ritegno
UN Valvola di controllo, indicato anche come a valvola non ritorno, è un passivo, dispositivo di controllo del flusso unidirezionale progettato per consentire al fluido di muoversi in una direzione predeterminata prevenendo automaticamente il riflusso.
A differenza delle valvole ad azionamento attivo, una valvola di ritegno non richiede alimentazione esterna, operando esclusivamente su dinamica dei fluidi, gravità, o forze assistite da molle.
Questa semplicità lo rende un componente fondamentale nella protezione delle pompe, compressori, e altre apparecchiature sensibili dai danni dovuti al flusso inverso, e nel mantenere la stabilità del sistema attraverso i processi industriali.
Il design e le prestazioni delle valvole di ritegno sono standardizzati in linee guida come API 594, che copre flangiato, aletta, wafer, e valvole di ritegno a saldatura di testa, garantendo coerenza e affidabilità tra diverse applicazioni.
Funzioni primarie
Le valvole di ritegno svolgono diverse funzioni critiche che influiscono direttamente sulla sicurezza del sistema, efficienza, e affidabilità:
- Prevenzione del backflow: Protegge le apparecchiature a monte, come pompe e compressori, dai danni causati dal flusso inverso, compresa l'inversione della girante della pompa e la cavitazione.
- Controllo della contaminazione: Impedisce la miscelazione dei flussi di processo, ad esempio, l'acqua trattata si mescola inavvertitamente con l'acqua non depurata negli impianti di trattamento dell'acqua.
- Mantenimento della pressione: Mantiene la pressione del sistema bloccando il flusso inverso che potrebbe causare cadute di pressione, picchi, o instabilità del sistema.
Principio di funzionamento
Il funzionamento di una valvola di ritegno è azionato automaticamente dai differenziali di pressione:
- Flusso in avanti: La pressione a monte spinge l’elemento di chiusura della valvola (disco, tappo, o palla) lontano dalla sua sede, superare la gravità o la resistenza della molla, consentendo il passaggio del fluido.
- Flusso inverso: Quando la pressione a monte scende sotto la pressione a valle, l'elemento di chiusura è forzato contro la sede, formando una tenuta ermetica per impedire il riflusso.
Cracking pressione, La pressione minima a monte richiesta per aprire la valvola, è un parametro di progettazione critico. Per esempio:
- Valvole di ritegno a battente: 1–5 psi, ideale per bassa pressione, sistemi ad alto flusso.
- Valvole di ritegno a sollevamento assistite da molla: 5–15 psi, adatto per tubazioni ad alta pressione o soggette a picchi.
Tipi di valvole di ritegno
| Tipo | Caratteristiche del design | Punti salienti delle prestazioni | Applicazioni tipiche |
| Valvola di ritegno altalena | Il disco incernierato si apre; Chiusura assistita da gravità | Cv≈ 250 (2-pollice); ΔP <1 psi@ 100 GPM; ciclo di vita: 100k–500k | Distribuzione dell'acqua, HVAC, sistemi a bassa pressione |
| Valvola di ritegno di sollevamento | Il disco assiale si solleva verticalmente; Spegno stretto | Cv≈ 200 (2-pollice); ΔP <3 psi@ 100 GPM; Classe ANSI 300–4500 | Pipeline ad alta pressione, olio & gas, Acqua di alimentazione della caldaia |
| Wafer / Valvola di ritegno a doppia piastra | Design compatto a sandwich; si inserisce tra le flange | Cv≈ 220 (2-pollice); 50% Riduzione del peso; 70% ingombro minore | Prodotto chimico con vincoli di spazio, marino, o sistemi industriali |
| Valvola di ritegno a molla | Chiusura assistita da molla; Riduce lo sbattimento | Cv≈ 180 (2-pollice); pressione di rottura 5–15 psi; durata del ciclo 50k–200k | Condutture verticali, scarico della pompa, sistemi sensibili alle sovratensioni |
Selezione dei materiali per le valvole di ritegno
La selezione dei materiali appropriati per le valvole di ritegno è fondamentale garantire la durabilità, resistenza alla corrosione, Resistenza all'erosione, e affidabilità operativa sotto pressioni variabili, temperature, e chimica dei fluidi.
| Componente | Materiali comuni | Intervallo di temperatura (°C) | Compatibilità fluida | Considerazioni sulla selezione |
| Corpo | Acciaio al carbonio (ASTM A105), 316L in acciaio inossidabile (ASTM A351), Duplex 2205 (ASTM A890) | -29 A 425, -269 A 815, -40 A 315 | Vapore, olio, acqua, prodotti chimici, acqua di mare | Acciaio al carbonio per servizi generali; 316L per mezzi corrosivi; Duplex 2205 per applicazioni ad alta resistenza e offshore |
| Elemento di chiusura (Disco / Tappo / Lembo) | Acciaio al carbonio + Stelliti 6, 316L ss, 316L rivestito in PTFE | Fino a 815 (Stelliti), fino a 815 (316l), fino a 260 (PTFE) | Liquami abrasivi, Fluidi corrosivi, applicazioni sanitarie | Facce (Stelliti) per erosione; PTFE per alimenti, farmaceutico, e fluidi a bassa temperatura |
| Primavera | 302 Acciaio inossidabile, Inconing X-750 | -200 A 315 (302 SS), -269 A 650 (Inconing X-750) | Acqua, aria, vapore, turbine a gas | Materiale scelto per mantenere l'elasticità alla temperatura e alla pressione di esercizio; il servizio ad alta temperatura richiede Inconel |
| Posto a sedere / Foca | Metallo (Stelliti, Acciaio inossidabile), Morbido (PTFE, Elastomeri) | -200 A 450 | Fluidi ad alta temperatura, media corrosivi, servizio sanitario | Sedi morbide per applicazioni a tenuta stagna e a bassa pressione; sedi metalliche per fluidi ad alta temperatura o abrasivi |
Vantaggi
- Passivo, Funzionamento affidabile: Nessuna potenza esterna richiesta; MTBF tipicamente 5-10 anni.
- Caduta a bassa pressione: La maggior parte dei progetti mantiene ΔP <3 psi, riducendo l’energia di pompaggio e i costi operativi.
- Compatto ed economico: I design wafer e a doppia piastra consentono di risparmiare spazio e tempo di installazione; costo iniziale nettamente inferiore rispetto alle valvole a globo.
- Manutenzione semplificata: Poche parti mobili consentono una rapida ispezione e revisione (1–2 ore contro 4–6 ore per le valvole a globo).
Svantaggi
- Nessuna regolazione del flusso: Impossibile modulare il flusso; adatto solo per servizio on/off.
- Sensibile alla direzione del flusso: Un'installazione non corretta può portare a un guasto immediato.
- Rischio di martello da acqua: I controlli di oscillazione a chiusura rapida possono generare rumore >100 dB e accelera l'usura della sede/disco.
- Sensibilità alla turbolenza: Richiede una tubazione diritta a monte (5–10 diametri) per evitare sbattimenti e usura prematura.
Applicazioni delle valvole di ritegno
Le valvole di ritegno sono ampiamente utilizzate nei sistemi in cui prevenzione del riflusso, sicurezza, e mantenimento della pressione sono critici:
- Trattamento delle acque: Impedisce il riflusso dell'acqua trattata nei serbatoi dell'acqua non depurata, garantire la sicurezza del processo e la conformità agli standard EPA.
- Olio & Gas: Le valvole di ritegno bloccano il riflusso degli idrocarburi nelle teste dei pozzi e nelle condutture, riducendo il rischio di incendi o esplosioni (API 521 compiacente).
- Generazione di energia: Le valvole di ritegno caricate a molla nelle linee dell'acqua di alimentazione della caldaia e di ritorno della condensa impediscono il flusso inverso e la cavitazione della pompa, mantenimento dell'efficienza >99%.
- Farmaceutico & Processi sanitari: Valvole di ritegno wafer o doppia piastra (316l, elettrolucidato) prevenire la contaminazione incrociata nelle linee sterili o API.
- HVAC & Distribuzione dell'acqua: Le valvole di ritegno a battente garantiscono un flusso unidirezionale nelle pompe, sistemi di raffreddamento, e reti idriche comunali.
3. Cos'è una valvola a globo
UN Valvola globale è una valvola a movimento lineare progettata principalmente per regolazione del flusso e chiusura positiva.
La sua costruzione interna tipicamente include un mobile disco o spina e uno stazionario posto a sedere,
consentendo un controllo preciso del flusso del fluido attraverso il corpo della valvola.
A differenza delle valvole di ritegno, richiedono valvole a globo funzionamento manuale o attuato, fornendo agli operatori la possibilità di modulare la portata o isolare completamente sezioni di un sistema di tubazioni.
Le valvole a globo sono ampiamente citate in standard come API 602 (per valvole a globo in acciaio) E ASME B16.34, garantire prestazioni uniformi nelle applicazioni industriali.
Funzioni primarie
Le valvole a globo sono progettate per la precisione, ricoprendo tre ruoli chiave del processo:
- Limitazione del flusso: Mantiene le portate entro tolleranze strette (±1–2%) per processi che richiedono stabilità (per esempio., dosaggio chimico, fornitura di vapore alle turbine).
- Regolazione della pressione: Riduce la pressione di ingresso alta a un valore inferiore, Pressione di uscita stabile (per esempio., 1,000 psi a 100 psi per la protezione delle apparecchiature a valle).
- Isolamento acceso/spento: Fornisce una chiusura ermetica (ISO 5208 Classe VI per design con seduta morbida) per fluidi pericolosi o preziosi (per esempio., sostanze chimiche tossiche, prodotti farmaceutici ad elevata purezza).
Principio di funzionamento della valvola a globo
Funziona tramite active, Movimento lineare dello stelo, controllato da un attuatore:
- Completamente aperto: L'attuatore ritrae lo stelo, allontanando il disco dalla sede.
Il fluido scorre attraverso il canale interno della valvola (Z-, Y-, o ad angolo), con il flusso massimo raggiunto quando il disco è completamente retratto. - Limitazione: L'attuatore estende parzialmente lo stelo, posizionando il disco a metà tra aperto e chiuso.
Lo spazio tra il disco e la sede determina la portata: spazi più piccoli riducono il flusso e aumentano la caduta di pressione (una caratteristica di progettazione deliberata per la regolamentazione). - Completamente chiuso: L'attuatore estende completamente lo stelo, premendo saldamente il disco contro la sede.
I design con sede metallica raggiungono gli standard ISO 5208 Perdita di classe IV (<0.01 cm³/min), mentre i design con seduta morbida raggiungono la Classe VI (<0.0001 cm³/min).
Tipi di valvola a globo
Le valvole a globo sono classificate in base a geometria del percorso di flusso, orientamento dello stelo, e requisiti funzionali, consentendo agli ingegneri di selezionare il design ottimale per una pressione specifica, fluire, e vincoli di installazione.
| Tipo | Caratteristiche del design | Metriche chiave delle prestazioni | Applicazioni tipiche |
| Valvola a globo diretta | Valvola a globo standard con percorso del flusso a forma di S; stelo verticale | Cv ≈ 20–150 (2-pollice); ΔP fino a 30 psi | Strozzamento generale e isolamento in acqua, vapore, e condutture chimiche |
| Valvola globale angolare | Il flusso entra da un lato ed esce a 90°; design a deflettore singolo | Cv ≈ 18–140 (2-pollice); turbolenza ridotta, drenaggio più facile | Sistemi che richiedono un cambio di direzione, come linee chimiche o vapore |
| Valvola a globo di tipo Y | Stelo e disco montati ad angolo (in genere 45 °) al sedile; flusso diretto | CV ≈ 25–160 (2-pollice); ΔP ridotto del 20–30% rispetto a. globo dritto | Mezzi ad alta pressione o erosivi; riduce al minimo la resistenza al flusso e la perdita di energia |
| Valvola a globo Stop-Check | Combina la funzionalità globo e controllo; può fungere da arresto manuale o prevenzione automatica del riflusso | CV ≈ 20–120 (2-pollice); pressione di rottura regolabile | Linee di scarico delle pompe e sistemi di processo critici che richiedono sia l'isolamento che la protezione dal riflusso |
| Valvola a globo con innesto bilanciato | Disco o tappo progettato per bilanciare le forze idrauliche, riducendo la spinta dello stelo | CV ≈ 30–200 (2-pollice); adatto per differenziale ad alta pressione | Vapore ad alta pressione, Iniezione chimica, e tubazioni di grande diametro dove la coppia di attuazione è fondamentale |
| Valvola a globo con sede espandibile | La sede si espande o si muove per migliorare la tenuta sotto pressione | Chiusura ermetica Classe VI (ISO 5208) | Applicazioni che richiedono perdite zero, per esempio., linee chimiche e farmaceutiche ad elevata purezza |
Selezione dei materiali per le valvole a globo
La selezione dei materiali è un aspetto critico nella progettazione delle valvole a globo, poiché influisce direttamente resistenza alla corrosione, Resistenza all'erosione, tolleranza alla temperatura, resistenza meccanica, e affidabilità a lungo termine.
| Componente | Materiali comuni | Intervallo di temperatura (°C) | Compatibilità fluida | Considerazioni sulla selezione |
| Corpo / Cofano | Acciaio al carbonio (ASTM A216 WCB), 316 SS (ASTM A351), Lega 20, Duplex 2205 | -29 A 425, -269 A 815, -40 A 315 | Vapore, acqua, olio, acidi, prodotti chimici | Acciaio al carbonio per servizi generali; acciaio inossidabile per la corrosione; duplex/lega 20 per sostanze chimiche aggressive |
| Disco / Tappo | 316 SS, Acciaio al carbonio con rivestimento stellite 6, Monel, Hastelloy | Fino a 815 | Liquami abrasivi, fluidi corrosivi o ad alta temperatura | Stelliti 6 per la resistenza all'erosione; Monel/Hastelloy per fluidi altamente corrosivi |
| Gambo | 17-4 PH SS, 410 SS, Inconing X-750 | -200 A 650 | Funzionamento a ciclo elevato, vapore, fluidi chimici | Ad alta resistenza, materiale poco irritante; fondamentale per le valvole attuate |
| Posto a sedere / Foca | PTFE, Grafite, Grafite flessibile, Metallo-metallo | -200 A 450 | Vapore, prodotti chimici, Fluidi di alta purezza | Sedili morbidi (PTFE, grafite) per una chiusura ermetica alle basse temperature; sedi metalliche per fluidi ad alta temperatura e abrasivi |
| Imballaggio / Guarnizioni | PTFE, Grafite flessibile, Ferita a spirale | -200 A 450 | Vapore, chimico, fluidi ad alta temperatura | La scelta dipende dalla temperatura, pressione, e media; garantisce un funzionamento a tenuta stagna |
Vantaggi
- Controllo preciso del flusso: Offre un'eccellente capacità di limitazione con caratteristiche prevedibili.
- Spegnimento affidabile: Può ottenere una chiusura stretta (metallo su metallo o con sede morbida), adatto per isolamento e manutenzione.
- Attuazione flessibile: Compatibile con il manuale, elettrico, pneumatico, o attuatori idraulici.
- Durevole per l'alta pressione / Temperatura: La struttura robusta supporta condizioni estreme nelle applicazioni industriali.
Svantaggi
- Dropmi di pressione più elevata: La geometria del percorso del flusso provoca un Cv inferiore e un ΔP più elevato rispetto alle valvole dirette, aumento dell’energia di pompaggio.
- Più grande e più pesante: Le valvole a globo sono più ingombranti e pesanti delle valvole di ritegno comparabili, aumento dello spazio di installazione e dei requisiti di supporto strutturale.
- Manuale / Azionamento richiesto: Non possono funzionare automaticamente come le valvole di ritegno; richiede l'intervento dell'operatore o dell'attuatore.
- Costo iniziale più elevato: Più componenti, lavorazione, Inoltre, i materiali rendono le valvole a globo più costose del 50-70% rispetto alle valvole di ritegno di dimensioni simili.
Applicazioni delle valvole a globo
Le valvole a globo sono ampiamente utilizzate nei sistemi che richiedono controllo del flusso preciso, arresto affidabile, e gestione della pressione:
- Chimico & Petrolchimico: Limitazione e dosaggio di fluidi corrosivi o reattivi; design con sede morbida o rifiniti in lega per fluidi aggressivi.
- Vapore & Sistemi Termici: Acqua di alimentazione della caldaia, distribuzione del vapore, e scambiatori di calore;
Il design delle spine di tipo Y o bilanciate riduce la coppia di attuazione nel vapore ad alta pressione. - Generazione di energia: Acqua di alimentazione, Acqua di raffreddamento, e controllo del vapore ausiliario; garantisce una chiusura ermetica e la protezione della pompa.
- Acqua & Acque reflue: Regolazione del flusso, dosaggio chimico, e tubazioni direzionali (globi angolari) con perdite minime.
- Farmaceutico & Cibo: Linee sterili o ad elevata purezza; 316L acciaio inossidabile, elettrolucidato, sede morbida per CIP e prevenzione della contaminazione incrociata.
- Olio & Gas: Iniezione in pipeline, scarico del compressore, e linee di idrocarburi ad alta pressione; le varianti stop-check combinano il controllo del flusso e la prevenzione del riflusso.
4. Confronto completo: Valvola di ritegno vs valvola a globo
La scelta del tipo di valvola appropriato è fondamentale Efficienza del sistema, affidabilità, e costo del ciclo di vita.
La valvola di ritegno e la valvola a globo svolgono funzioni distinte e sono ottimizzate per diversi requisiti operativi. Il seguente confronto evidenzia le loro differenze principali:
| Caratteristica / Aspetto | Valvola di controllo | Valvola globale | Analisi / Implicazioni |
| Funzione primaria | Automatico prevenzione del riflusso | Regolazione e intercettazione del flusso | Le valvole di ritegno funzionano passivamente, mentre le valvole a globo forniscono il controllo manuale o attuato |
| Tipo di operazione | Passivo, automatico | Manuale o azionato | Le valvole di ritegno non richiedono alimentazione esterna; le valvole a globo necessitano di volantino o attuatore |
| Direzione del flusso | Solo andata | Flusso bidirezionale possibile ma progettato per un flusso controllato | Le valvole di ritegno non possono strozzare; le valvole a globo possono modulare il flusso con precisione |
| Controllo del flusso / Limitazione | Non è possibile | Eccellente capacità di strozzamento (lineare o equipercentuale) | Le valvole a globo sono preferite nelle applicazioni di controllo di processo |
| Caduta di pressione (ΔP) | Basso (tipicamente <3 psi) | Maggiore a causa del percorso del flusso a forma di S | Le valvole di ritegno riducono al minimo l'energia di pompaggio; le valvole a globo aumentano il ΔP, che potrebbero richiedere pompe più grandi |
| Prestazioni di spegnimento | Moderare (metallo o sedile morbido) | È possibile ottenere un arresto stretto (ISO 5208 Classe VI) | Le valvole a globo offrono un migliore isolamento, fondamentale per la manutenzione e i fluidi pericolosi |
| Risposta ai picchi di flusso / Colpo d'ariete | Sensibile; i controlli dell'oscillazione potrebbero sbattere | Meno sensibile; può essere modulato per evitare picchi | Le valvole di ritegno a molla riducono i colpi; le valvole a globo consentono una chiusura controllata per evitare picchi di pressione |
Complessità di manutenzione |
Semplice; Meno parti mobili (2–5 componenti) | Più complesso; componenti multipli (gambo, disco, posto a sedere, imballaggio) | Le valvole di ritegno sono più veloci da ispezionare e riparare; le valvole a globo richiedono tempi di fermo più lunghi |
| Considerazioni sull'installazione | Sensibile alla direzione; efficiente in termini di spazio (wafer/doppia piastra) | Ingombro maggiore; orientamento flessibile ma richiede supporto | Le valvole di ritegno devono seguire le indicazioni di flusso; le valvole a globo necessitano di spazio sufficiente per il funzionamento dello stelo |
| Flessibilità dei materiali | Acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, duplex, Rivestito in PTFE | Acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, leghe, sedili morbidi/metallici | Entrambi possono ospitare fluidi ad alta temperatura e corrosivi, ma le valvole a globo spesso richiedono materiali di rivestimento più precisi per la strozzatura |
| Applicazioni tipiche | Scarico della pompa, alimentazione della caldaia, trattamento dell'acqua, aria compressa, linee sanitarie | Controllo del processo, vapore, dosaggio chimico, farmaceutico, isolamento ad alta pressione | Le valvole di ritegno sono focalizzate sulla sicurezza; le valvole a globo sono focalizzate sul controllo |
| Costo | Costo iniziale inferiore (50–70% in meno rispetto alle valvole a globo) | Costo iniziale più elevato dovuto alla lavorazione e ai componenti | Il costo del ciclo di vita dipende dalla funzione; le valvole a globo possono ridurre le perdite operative nei processi controllati |
5. Conclusione
La valvola di ritegno e la valvola a globo sono complementari, non intercambiabile. Utilizzare un Valvola di controllo quando hai bisogno di automatico, protezione passiva contro il flusso inverso (protezione della pompa, servizio di non ritorno).
Utilizzare un Valvola globale quando ne hai bisogno controllare flusso o richiedono un arresto positivo con una buona capacità di modulazione.
La scelta corretta richiede attenzione alle prestazioni idrauliche (Cv e ΔP), comportamento transitorio (colpo d'ariete),
Caratteristiche dei media (erosione, solidi, temperatura), manutenibilità, e costo del ciclo di vita.
Dove i sistemi necessitano di entrambe le funzioni, è una pratica ingegneristica comune accoppiare una valvola a globo (per isolamento/controllo) con una valvola di ritegno (per la prevenzione del riflusso) a valle o a monte, a seconda dei casi.
Domande frequenti
È possibile utilizzare una valvola di ritegno per il controllo del flusso (limitazione)?
No, le valvole di ritegno sono dispositivi di accensione/spegnimento che non possono modulare il flusso.
Il tentativo di accelerare con una valvola di ritegno provoca lo sbattimento del disco (Indossare) e flusso incoerente. Utilizzare una valvola a globo per applicazioni di strozzamento.
Una valvola a globo può impedire il riflusso??
Sì, le valvole a globo possono essere chiuse per impedire il riflusso, ma non sono progettati per questo scopo.
Le valvole di ritegno sono più affidabili (passivo, nessuna attuazione richiesta) ed economicamente vantaggioso per la prevenzione del riflusso.
L'utilizzo di una valvola a globo come valvola di ritegno aumenta i costi energetici e le esigenze di manutenzione.
Quale valvola provoca una maggiore perdita di pressione: a globo o di ritegno?
Generalmente una valvola a globo provoca una maggiore perdita di pressione (i.e., CV inferiore) rispetto ad una valvola di ritegno a passaggio totale o assiale della stessa dimensione nominale.
I valori esatti dipendono dal design e dal trim della valvola; utilizzare sempre i dati Cv/ΔP del produttore.
Come posso ridurre il colpo d'ariete causato dalla chiusura di una valvola di ritegno?
Le opzioni includono la specifica di un controllo a chiusura lenta o smorzato a molla, aggiunta di un ammortizzatore/accumulatore idraulico, installazione di autoclavi, o controllare il profilo di arresto della pompa di azionamento.
