Valvole di ritegno in plastica: tipologie costruttive e campi d’impiego

Materiali e guarnizioni per valvole di ritegno in plastica

Come per tutte le valvole in plastica, la scelta del materiale determina la resistenza al fluido, alla temperatura e alla pressione – e quindi la durata di vita. Il materiale del corpo e quello della guarnizione vanno considerati separatamente e sempre verificati con una tabella di resistenza per il fluido concreto in combinazione di concentrazione e temperatura.

Materiali del corpo (termoplastici)

• PVC-U (PVC rigido): materiale standard economico per acqua fredda e molti acidi, basi e soluzioni saline; facilmente incollabile, temperatura d’esercizio solitamente fino a circa 60 °C.
• PVC-C (PVC post-clorurato): resistenza chimica simile al PVC-U, ma maggiore resistenza alla temperatura (spesso fino a circa 80 °C).
• PP (polipropilene): buona resistenza a basi e molti fluidi organici, saldabile, diffuso nella tecnica chimica e ambientale.
• PVDF (polivinilidenfluoruro): alta resistenza ad acidi aggressivi, alogeni e solventi, elevato grado di purezza, impiegabile fino a intervalli di temperatura più elevati – prima scelta per applicazioni chimiche impegnative e fluidi ultrapuri.
• ABS: tenace e resistente agli urti, diffuso in applicazioni di raffreddamento e acqua fredda.

Materiali di guarnizione e molla

Per guarnizioni di sede, O-ring e membrane si utilizzano, a seconda del fluido, elastomeri come EPDM (molti fluidi acquosi e alcalini), FPM/FKM (oli e determinate sostanze chimiche) o PTFE (ampia resistenza chimica, fluidi aggressivi e ad alta purezza). Nelle versioni a molla, anche il materiale della molla deve essere resistente al fluido – sono comuni molle in acciaio inossidabile resistente alla corrosione (ad es. Hastelloy per fluidi particolarmente aggressivi) o, se richiesto un uso privo di metallo, in plastica idonea. La guarnizione è, nelle valvole in plastica, la causa di guasto più frequente – l’elenco di resistenza ai fluidi del produttore è quindi indispensabile.

Dimensionamento: pressione di apertura, valore Kv, diametro nominale e classe di pressione

Affinché una valvola di ritegno si apra in modo affidabile, chiuda in sicurezza e non strozzi inutilmente l’impianto, alcune grandezze di dimensionamento devono essere coordinate tra loro.

Pressione di apertura e di chiusura

La pressione di apertura è la pressione differenziale a partire dalla quale la valvola si apre. Nelle tipologie costruttive a molla viene regolata tramite il precarico della molla; deve essere superata in sicurezza dalla pressione di esercizio disponibile, altrimenti la valvola non si apre completamente. Una pressione di apertura scelta troppo alta costa inutilmente pressione di mandata, una troppo bassa favorisce sfarfallio e riflusso. Per una chiusura pulita e priva di colpi, è vantaggiosa una pressione di chiusura definita e sufficientemente alta – qui le valvole a cono a molla sono avvantaggiate.

Valore Kv, diametro nominale e perdita di carico

Il valore Kv descrive la portata in m³/h di acqua che attraversa la valvola con 1 bar di perdita di carico e serve ad adattare la valvola al punto di esercizio. Principio: non è il diametro nominale della tubazione (DN) da solo a determinare la valvola, ma la portata richiesta con una perdita di carico accettabile. Una valvola di ritegno sovradimensionata viene fatta funzionare in apertura parziale – l’otturatore sfarfalla, si usura e chiude in modo imperfetto. Una valvola sottodimensionata genera un’elevata perdita di carico. L’obiettivo è un diametro nominale in cui la valvola si apra in modo affidabile e completo durante l’esercizio.

Classe di pressione e comportamento pressione-temperatura

Le materie plastiche perdono resistenza con l’aumentare della temperatura. La classe di pressione nominale (ad es. PN 10 o PN 16) vale per una temperatura di riferimento, solitamente 20 °C per l’acqua. Con fluidi più caldi, la pressione di esercizio ammessa deve essere ridotta tramite il diagramma pressione-temperatura del produttore (derating). Questa correlazione viene spesso trascurata nella pratica. La norma di prodotto di riferimento per le valvole antiriflusso in materiali termoplastici è la DIN EN ISO 16137 (Valvole industriali – Valvole di ritegno in materiali termoplastici), che disciplina tipologie costruttive, dimensioni di collegamento, assegnazione pressione-temperatura e collaudo. Per il collegamento sono inoltre rilevanti le norme di sistema della rispettiva tubazione, ad esempio le serie DIN EN ISO 1452 (PVC-U) e DIN EN ISO 15493 (sistemi di tubazioni in plastica per applicazioni industriali).

Criteri di selezione per la pratica

Per la selezione sistematica di una valvola di ritegno in plastica si raccomanda di verificare passo per passo i seguenti punti:

• Fluido e resistenza: tipo, concentrazione, temperatura e grado di contaminazione determinano il materiale di corpo, guarnizione e molla. Verificare sempre la resistenza per lo stato di esercizio concreto; fluidi carichi di solidi indicano tipologie costruttive tolleranti allo sporco (sfera, battente).
• Posizione di montaggio: essa limita la tipologia costruttiva – le valvole a sfera pure necessitano per lo più della posizione verticale con flusso ascendente, le valvole a cono a molla sono indipendenti dalla posizione. Se la posizione è predeterminata, la tipologia costruttiva si adegua di conseguenza, non viceversa.
• Pressione di apertura e punto di esercizio: scegliere pressione di apertura e valore Kv in modo che la valvola si apra in modo affidabile e completo durante l’esercizio e non sfarfalli.
• Comportamento al colpo d’ariete e al rumore: nei sistemi a chiusura rapida (ad es. guasto pompa), le valvole a cono a molla e a membrana chiudono con meno colpi rispetto a sfere pesanti o battenti lenti.
• Diametro nominale, classe di pressione, temperatura: dimensionare il diametro nominale in base al punto di esercizio, scegliere la classe di pressione tenendo conto del derating pressione-temperatura.
• Collegamento e manutenzione: adattare il tipo di collegamento (incollaggio, saldatura, flangia o raccordo filettato) al sistema di tubazioni e, per i componenti soggetti a usura, prestare attenzione all’accessibilità per la sostituzione.

Caso particolare: valvola di fondo

Una valvola di fondo è una valvola di ritegno all’estremità inferiore di una tubazione di aspirazione, solitamente con cestello filtrante integrato (raccoglitore di sporco). Mantiene piena la tubazione di aspirazione e la pompa a impianto fermo, impedisce lo svuotamento e facilita così il riavvio della pompa senza un nuovo adescamento. Per fluidi aggressivi o salini sono diffuse valvole di fondo in versione plastica (PVC-U, PP). Funzionalmente, la valvola di fondo corrisponde a una valvola di ritegno con filtro a monte – i criteri di tipologia costruttiva, materiale e dimensionamento sopra citati valgono per analogia.

Errori tipici nella selezione e nell’esercizio

• Posizione di montaggio errata: una valvola a sfera dipendente dalla gravità montata orizzontalmente non chiude in modo affidabile. Posizione di montaggio e tipologia costruttiva devono corrispondere – in caso di dubbio scegliere una valvola a molla indipendente dalla posizione.
• Valvola sovradimensionata: un diametro nominale troppo grande porta ad apertura parziale, sfarfallio e usura precoce. Dimensionare tramite il valore Kv e il punto di esercizio, non solo tramite il diametro nominale della tubazione.
• Colpo d’ariete sottovalutato: tipologie costruttive a chiusura lenta (sfera pesante, grande battente) possono innescare colpi d’ariete in caso di improvvisa interruzione del flusso. Per la protezione delle pompe, preferire valvole a chiusura rapida e morbida.
• Derating di temperatura ignorato: la classe di pressione nominale vale per una temperatura di riferimento. Con fluidi caldi la pressione ammessa scende sensibilmente – senza derating si rischia il sovraccarico.
• Guarnizione o molla incompatibile: elastomeri non adatti al fluido rigonfiano o induriscono; molle non resistenti corrodono. Rispettare tassativamente l’elenco di resistenza ai fluidi e verificare anche il materiale della molla.
• Sporcizia non considerata: i solidi possono danneggiare la sede o impedire la chiusura. Con fluidi carichi, prevedere tipologie costruttive tolleranti allo sporco ed eventualmente un raccoglitore di sporco.

Campi d’impiego nella tecnica di processo e dell’acqua

Le valvole di ritegno in plastica proteggono ovunque si debba evitare il riflusso: come protezione delle pompe contro contro-flusso e funzionamento a secco, nelle tubazioni di risalita e mandata per mantenerle piene, nella tecnica di dosaggio e chimica per la protezione dei componenti a monte dell’impianto nonché nel trattamento delle acque e nei circuiti di raffreddamento e ricircolo. In questo caso la tipologia costruttiva segue l’applicazione – la valvola a sfera nelle tubazioni di risalita verticali, la valvola a cono o a ugello come protezione pompa indipendente dalla posizione, il battente per grandi diametri nominali e la valvola a membrana in applicazioni di dosaggio e fluidi ultrapuri.

Conclusione

La scelta della tipologia costruttiva corretta non è un aspetto secondario nelle valvole di ritegno in plastica, ma determina la sicurezza di esercizio, la perdita di carico e la protezione dai colpi d’ariete. La valvola a sfera è la soluzione robusta per tubazioni verticali contaminate, la valvola a cono o a ugello a molla il tuttofare indipendente dalla posizione e a basso colpo, il battente la scelta a bassa perdita di carico per grandi diametri nominali e la valvola a membrana lo specialista silenzioso per fluidi di dosaggio e ultrapuri. Decisivi per l’affidabilità sono in tutti i casi la scelta del materiale adeguata al fluido e alla temperatura di corpo, guarnizione e molla, la tipologia costruttiva adatta alla posizione di montaggio nonché il corretto dimensionamento di pressione di apertura, valore Kv e classe di pressione secondo la DIN EN ISO 16137. Chi verifica sistematicamente questi criteri ottiene una valvola a bassa manutenzione, priva di corrosione, che controlla in modo duraturo e sicuro il riflusso.

Domande frequenti

Quali tipologie costruttive di valvole di ritegno in plastica esistono?

Nella tecnica di processo e dell’acqua sono diffuse quattro tipologie costruttive: la valvola di ritegno a sfera (sfera liberamente mobile, per lo più montaggio verticale), la valvola di ritegno a cono o a molla (cono a molla, indipendente dalla posizione), la valvola di ritegno a battente (disco girevole, bassa perdita di carico con grandi diametri nominali) e la valvola di ritegno a membrana (membrana flessibile, silenziosa per fluidi di dosaggio e ultrapuri). La tipologia costruttiva determina posizione di montaggio, pressione di apertura, perdita di carico e comportamento al colpo d’ariete.

Quale posizione di montaggio richiede una valvola di ritegno in plastica?

Ciò dipende dalla tipologia costruttiva. Le classiche valvole di ritegno a sfera funzionano in modo dipendente dalla gravità e vengono di regola montate verticalmente con flusso dal basso verso l’alto. Le valvole di ritegno a cono o a ugello a molla chiudono tramite la forza della molla e sono quindi indipendenti dalla posizione, quindi utilizzabili sia orizzontalmente che verticalmente. Se la posizione di montaggio è predeterminata strutturalmente, la tipologia costruttiva va scelta di conseguenza.

Quale plastica è adatta per una valvola di ritegno?

La scelta dipende dal fluido e dalla temperatura. Il PVC-U è lo standard per acqua fredda e molte sostanze chimiche, il PVC-C e il PP offrono maggiore resistenza alla temperatura, l’ABS è tenace e resistente agli urti per acqua fredda, e il PVDF è la prima scelta per acidi aggressivi, alogeni, solventi e fluidi ultrapuri. Le guarnizioni sono realizzate, a seconda del fluido, in EPDM, FPM/FKM o PTFE. Nelle valvole a molla, anche il materiale della molla deve essere resistente al fluido.

Quale norma vale per le valvole di ritegno in plastica?

Per le valvole antiriflusso in materiali termoplastici, la DIN EN ISO 16137 (Valvole industriali – Valvole di ritegno in materiali termoplastici) è la norma di prodotto di riferimento. Disciplina tipologie costruttive, dimensioni di collegamento, assegnazione pressione-temperatura e collaudo. Per il collegamento al sistema di tubazioni sono inoltre rilevanti le norme di sistema, ad esempio la DIN EN ISO 1452 per il PVC-U e la DIN EN ISO 15493 per i sistemi di tubazioni industriali in plastica.

Come si prevengono i colpi d’ariete nelle valvole di ritegno?

I colpi d’ariete (colpo d’ariete idraulico) si verificano quando una valvola di ritegno chiude troppo tardi in caso di improvvisa inversione del flusso e il liquido che rifluisce colpisce duramente la sede chiusa. Una chiusura rapida e morbida riduce il carico: le valvole di ritegno a cono o a ugello a molla e le valvole a membrana chiudono in modo definito e con meno colpi rispetto a sfere pesanti o battenti lenti. Aiutano inoltre il corretto dimensionamento del diametro nominale (nessuno sfarfallio in apertura parziale) e – sul lato impianto – misure contro lo spegnimento brusco della pompa.

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