Il dimensionamento accurato dell'attuatore per valvole è fondamentale per garantire il corretto funzionamento delle valvole automatizzate nelle condizioni di processo dell'industria. Nella scelta di un attuatore elettrico per valvole, è necessario considerare diversi fattori al fine di selezionare l'attuatore più adatto all'applicazione di processo.
Gli attuatori sono responsabili del movimento e del mantenimento di una posizione nell'elemento di chiusura di una valvola. Se l'attuatore non soddisfa i requisiti di processo e di progettazione, può influire negativamente sul funzionamento della valvola. La valutazione dei requisiti degli attuatori è importante nelle fasi iniziali della selezione di un attuatore per valvole adatto a una specifica applicazione di processo.
L'alto costo di un dimensionamento errato: rischi per la sicurezza e usura dei componenti.
Gli attuatori vengono spesso trascurati nella progettazione dei sistemi di valvole, eppure controllano direttamente il movimento e la posizione finale di sfere, dischi o otturatori. Il corretto dimensionamento dell'attuatore garantisce che quest'ultimo possa erogare la coppia necessaria per muovere e chiudere la valvola in tutte le condizioni operative.
Se la scelta dell'attuatore non corrisponde ai requisiti del sistema, le valvole potrebbero non aprirsi o chiudersi completamente. Ciò può creare rischi per la sicurezza, come perdite dovute a una tenuta incompleta, sovrapressioni o flussi incontrollati. Attuatori sottodimensionati possono bloccarsi sotto carico, mentre unità sovradimensionate possono sottoporre i componenti della valvola a sollecitazioni eccessive.
Un dimensionamento errato accelera anche l'usura delle parti interne. Gli ingranaggi possono essere soggetti a carichi anomali, con conseguente usura dei denti o disallineamento. Condizioni di sovraccarico ripetute possono aumentare l'attrito, incrementare la richiesta di coppia e ridurre la durata dei componenti.
La scelta deve considerare l'intero sistema, non solo la valvola. Una valutazione adeguata garantisce un funzionamento affidabile, riduce i rischi per la sicurezza e limita l'usura precoce, assicurando che l'attuatore eroghi una coppia controllata e adeguata in tutto il campo di funzionamento della valvola.
Fase 1: Abbinamento dell'azione dell'attuatore al tipo di valvola (sfumazioni tra rotazione di un quarto di giro e rotazione multipla)
Il processo di selezione degli attuatori inizia con una valutazione delle esigenze applicative del sistema. Le valvole industriali vengono impiegate per diverse funzioni all'interno di un sistema, ad esempio per il controllo del flusso, l'isolamento delle tubazioni o la protezione delle apparecchiature.
Affinché le funzioni delle valvole industriali possano essere realizzate, gli attuatori, compresi attuatori elettrici multigiro Utilizzati per valvole a saracinesca o a globo, devono essere in grado di controllare il movimento degli elementi di chiusura delle valvole. Questo perché gli elementi di chiusura, siano essi a sfera, a otturatore o a disco, devono rispondere al movimento degli attuatori per un corretto controllo del flusso nel sistema.
Le condizioni di processo, ad esempio pressione, temperatura e portata, influenzano le prestazioni delle valvole industriali presenti nel sistema. Tali condizioni incidono anche sulle forze che agiscono sugli elementi di chiusura delle valvole.
Fase 2: Calcolo della coppia richiesta con un fattore di sicurezza (coppia di rottura rispetto alla coppia di funzionamento)
Le condizioni di processo hanno un impatto significativo sulle prestazioni degli attuatori. Pressione, temperatura e portata possono influenzare la forza necessaria per muovere e mantenere in posizione l'elemento di chiusura della valvola, aspetto che deve essere considerato durante il calcolo della coppia dell'attuatore elettrico.
Se le condizioni di processo non vengono prese in considerazione nella scelta dell'attuatore, quest'ultimo potrebbe non fornire una coppia sufficiente per muovere la valvola.
Nella selezione degli attuatori si utilizzano normalmente due condizioni di coppia.
La coppia di spunto è definita come la quantità di coppia necessaria per spostare una valvola da una posizione completamente chiusa o di riposo. In questa posizione, è normalmente più difficile spostare una valvola a causa dell'attrito tra le superfici e le parti mobili interne.
La coppia di funzionamento è definita come la quantità di coppia necessaria per continuare a muovere una valvola dopo che ha iniziato a muoversi da una posizione completamente chiusa o di riposo.
Questi due valori di coppia possono variare a seconda delle condizioni di processo. In alcuni casi, l'alta pressione e l'alta temperatura possono influenzare la quantità di coppia necessaria per muovere una valvola.
Le seguenti condizioni possono influenzare la coppia richiesta da una valvola:
| Fattore di valutazione | Descrizione | Importanza della selezione dell'attuatore |
| Pressione di processo | Pressione esercitata sulla valvola all'interno del sistema | Può aumentare la forza necessaria per muovere la valvola |
| Temperatura di esercizio | Condizioni di temperatura all'interno del processo | Può influire sui componenti dell'attuatore e sull'attrito della valvola. |
| Portata | Movimento del fluido attraverso la valvola | Può influenzare le forze di posizionamento della valvola |
| Funzione della valvola | Ruolo della valvola (controllo del flusso, isolamento, protezione) | Determina le esigenze operative dell'attuatore |
Queste condizioni devono essere valutate per garantire che l'attuatore scelto sia in grado di fornire una coppia adeguata per muovere e posizionare la valvola all'interno dell'ambiente operativo mantenendo un attuatore appropriato fattore di sicurezza.
Fase 3: Determinazione del ciclo di lavoro e dei requisiti di potenza (per evitare il surriscaldamento del motore)
Nella scelta dell'attuatore è necessario considerare i segnali di controllo, l'alimentazione e il ciclo di lavoro della valvola. L'attuatore deve supportare protocolli a relè, analogici e digitali come Modbus, HART e Profibus, con feedback di posizione per un controllo preciso.
Il ciclo di lavoro della valvola definisce l'utilizzo in termini di operazioni all'ora o al giorno. Ad esempio, 12 operazioni di apertura/chiusura all'ora corrispondono a un'applicazione ad alto carico. Un carico maggiore aumenta la frequenza di avvio/arresto, l'assorbimento di corrente e la generazione di calore.
Il ciclo di lavoro influenza direttamente la scelta del motore. Un utilizzo intensivo richiede motori con maggiore capacità termica, classe di isolamento adeguata e frequenze di avviamento nominali per evitare il surriscaldamento. Un utilizzo a basso carico può utilizzare configurazioni di motori standard.
La maggior parte degli attuatori elettrici include una protezione termica che si attiva a 120 °C ± 5 °C e si ripristina dopo il raffreddamento. I modelli comuni utilizzano motori asincroni a gabbia di scoiattolo con isolamento di classe H e opzioni di alimentazione quali 110/220 V CA monofase e 380/440 V CA trifase.
Il corretto adattamento del ciclo di lavoro della valvola al motore previene il surriscaldamento, prolunga la durata dei componenti e garantisce un funzionamento affidabile degli attuatori elettrici multigiro.
Fase 4: Valutazione delle condizioni ambientali (applicazioni industriali, marine o ad alta temperatura)
Un altro fattore da considerare nella scelta degli attuatori è l'affidabilità dei componenti. L'affidabilità è un fattore cruciale, soprattutto per le valvole che svolgono funzioni critiche in un sistema.
Quando si ritiene che il guasto di un attuatore possa compromettere la stabilità di un sistema, l'affidabilità dell'attuatore stesso diventa un fattore chiave da considerare nella scelta. Anche l'importanza della valvola all'interno del sistema rappresenta un elemento da valutare attentamente.
Conclusione: Evitare costosi errori di selezione con una checklist professionale
Il dimensionamento corretto di un attuatore per valvole richiede la valutazione delle esigenze applicative, della compatibilità del sistema, dell'affidabilità e dei costi. Tenendo conto di questi fattori, si garantisce che l'attuatore funzioni efficacemente all'interno di un sistema di automazione.
È necessario esaminare le esigenze del processo, la compatibilità del sistema e l'affidabilità prima di selezione di un attuatore per valvole per evitare errori di taglia.
