ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE «G. MARCONI» FORLI’
Tecnologie chimiche industriali CLASSE 3ACH
TUBAZIONI, ELEMENTI DI LINEA,
VALVOLE
Prof. Roberto Riguzzi
TUBAZIONE: è la via lungo la quale scorrono i
fluidi, formata dall'insieme di più elementi
meccanici:
● Tubi e condutture;
● Giunti;
● Valvole;
● Elementi di compensazione;
● Accessori per i tubi.
Ogni elemento meccanico deve corrispondere
alla caratteristiche previste dalle norme tecniche
di riferimento (dimensioni, resistenza, ecc.): UNI
(Italia), ISO (validità mondiale).
TUBI O CONDUTTURE
Pressione massima di esercizio (sigla PN
pressione nominale kgf/cm-2): il tubo scelto deve
avere una PN superiore alla pressione massima
prevista. Se il fluido è a temperature superiori a
393 K o è presente un fluido aggressivo la PN
deve essere moltiplicata per dei fattori correttivi
(solitamente 0,8 o 0,64)
● Spessore delle pareti: collegato alla PN
●
GIUNTI
Sono i collegamenti realizzabili fra i vari
pezzi di tubo che formano le linee di
trasporto.
Devono garantire i medesimi requisiti di
resistenza meccanica dei tubi che
uniscono.
Non devono consentire la fuoriuscita di
liquido (o gas).
GIUNTI
●
●
Giunti a bicchiere: una estremità del tubo finisce con un
allargamento della sezione chiamato bicchiere, in cui si inserisce
l'estremità con il diametro normale del tubo successivo.
All'interno del bicchiere può essere presente una scanalatura per
alloggiare una guarnizione (anello circolare in materiale plastico)
per garantire la non fuoriuscita del liquido.
GIUNTI
●
●
●
Giunti a flangia: sono tubi che terminano in entrambi lati con una
flangia fissata al tubo con saldatura, avvitamento, chiodatura,
mandrinatura.
La flangia è una piastra a sezione circolare che presenta una
serie di fori di numero,dimensioni e posizioni standard.
L'accoppiamento fra due tubi avviene accoppiando le flange e
imbullonandole fra loro. Può essere inserita una guarnizione (in
materiale polimerico o in metallo) per migliorare la tenuta
idraulica.
FLANGIA
FLANGE ACCOPPIATE CON GURANIZIONE
GIUNTI
●
Giunti a manicotto: sono costituiti da un
cilindro corto, filettato al suo interno
(manicotto). Le parti terminali dei due tubi
che devono essere uniti sono filettate e si
avvitano all'interno del manicotto.
SALDATURA
È un procedimento che permette il collegamento permanente
di parti solide tra loro e che realizza la continuità del
materiale. La saldatura nella sua accezione più comune
prevede l'uso di calore localizzato tale da fondere il materiale.
Tale materiale può essere il componente delle parti stesse
che vengono unite, oppure un materiale estraneo ad esse,
detto materiale di apporto: nel primo caso si parla di saldatura
autogena nel secondo di saldatura eterogena o brasatura.
La saldatura realizza un collegamento permanente che si
differenzia da altri (ad esempio chiodatura o incollatura),
perchè non realizzano la continuità del materiale.
L'operazione è irreversibile (per separare i due pezzi devono
essere tagliati) e molto delicata, sia per la sicurezza degli
operatori, sia per le garanzia di resistenza meccanica e
chimica del materiale. I vari materiali metallici presentano
attitudine alla saldature molto diverse fra loro.
GUARNIZIONI
Sono elementi plastici o elastici, poste fra superfici
rigide, che permettono la perfetta tenuta
compensando la rugosità degli elementi rigidi. I
materiali utilizzati possono essere: un metallo più
tenero rispetto alle superfici da sigillare, polimeri
sintetici (gomme), materiali naturali (gomma, rafia,
sughero, ecc). La scelta del materiale dipende
dalla temperatura e pressione di esercizio, dalla
natura del fluido, dal materiale dei giunti.
ELEMENTI DI COMPENSAZIONE
Sono tutte quelle soluzioni adottate per contrastare la
dilatazione o restringimento delle tubazione a seguito di
variazione della temperatura.
La dilatazione non deve essere
sottovalutata. Anche senza
elementi di compensazione, i
tubi non devono essere
bloccatati troppo rigidamente,
per consentire di assorbire la
COMPENSATORE A SCATOLA A STOPPA
dilatazione.
COMPENSATORI A TUBO
ONDULATO O A SOFFIETTO
COMPENSATORI A GEOMETRIA DI LINEA
ACCESSORI PER TUBAZIONI
Sono tutti quei pezzi sagomati che servono per realizzare una rete
di tubazioni. Fanno parte le curve, i riduttori, i raccordi, i tappi.
.
VALVOLE
Sono tutti quegli organi presenti nelle tubazioni che interrompono,
regolano, deviano il flusso del liquido (o fluido) o ne impediscono il
riflusso. Le parti fondamentali di una valvola sono:
Il corpo: è la parte della valvola situata lungo la tubazione, attraversata
dal flusso del liquido.
L'otturatore: è l'elemento mobile che fa variare la sezione di passaggio
del fluido che attraversa la valvola, fino chiuderla. La riduzione della
sezione deve considerare i rischi della cavitazione e di eventuali
sovrappressioni.
Lo stelo: è collegato all'otturatore, esce dalla valvola e si collega alle
apparecchiature che regolano la stessa. Agendo sullo stelo, si muove
l'otturatore, modificando la sezione di passaggio della tubazione.
Castello o cappello: sorregge lo stelo e garantisce la tenuta della
valvola.
Dispositivi di manovra : determinano il movimento dello stelo possono
essere manuali (esempio volantino e leva) o automatici (esempio
motori elettrici o attuatori pneumatici ed elettromagnetici).
VALVOLE
Le valvole possono servire per:
●
●
●
●
Regolazione: controllano la portata del fluido. Esiste una
correlazione nota fra il grado di apertura della valvola e la portata del
fluido. Possono essere manuali o automatiche (elettriche,
oleodinamiche, pneumatiche).
Intercettazione: bloccano o deviano il flusso all'interno della
tubazione. Solitamente lavorano o tutte aperte o tutte chiuse.
Possono essere manuali o automatiche.
Sicurezza: aprono automaticamente o con strumenti passivi
(comunque senza l'intervento di un operatore) per evitare rotture o
malfunzionamento degli impianti quando si superano i parametri di
sicurezza della pressione.
Ritegno: impongono al liquido di muoversi in una sola direzione. Se il
liquido inverte il moto, la valvola chiude impedendone il movimento.
Evitano la svuotamento delle pompa centrifughe a battente negativo
e i reflussi nelle diverse sezioni dell'impianto.
Le valvole di regolazione consentono la graduale e misurata,
variazione della portata del flusso. La dipendenza fra il grado di
apertura della valvola e la portata con determinato salto di pressione
è una caratteristica intrinseca della valvola. Questa caratteristica è
espressa come portata % su quella totale in funzione dell'apertura %
della valvola.
Le valvole caratterizzate dalla
curva a sono dette ad apertura
rapida.
Con la curva b sono valvole ad
apertura lineare.
Con la curva c sono ad apertura
equipercentuale:
ad
uguali
variazioni in valore assoluto della
corsa corrisponde sempre la
stessa variazione percentuale
del coefficiente di flusso sul
valore precedente (l'andamento
della funzione è logaritmico).
VALVOLE A SARACINESCA: l'otturatore è a forma di
serranda scorrevole. La
saracinesca chiude la
valvola scorrendo dall'alto
verso il basso. La chiusura
è ermetica. A valvola aperta
le perdite di carico sono
molto basse. Sono le
valvole di intercettazione
più usate. Possono essere
usate anche come valvole
di regolazione.
VALVOLE A RUBINETTO A MASCHIO:
hanno un otturatore
tronco conico forato
che ruotando di 90°
chiudono il flusso.
L'otturatore è a
comando manuale.
L'otturatore
può
essere anche a
sfera. Sono valvole
di intercettazione,
ma possono essere
usate anche come
valvole
di
regolazione.
VALVOLA A DISCO E A PISTONE: il movimento
dell'otturatore verso l'alto o verso il basso spinto dallo
stelo determina l'apertura o la chiusura della valvola. È
una valvola di regolazione (valvola a globo).
VALVOLA A MEMBRANA
L'otturatore non è a diretto
contatto con il liquido, ma
agisce su una membrana che
apre o chiude al flusso.
Migliora la tenuta dello stelo
ed evita contatti delle parti
meccaniche
con
liquidi
aggressivi.
Valvole
di
regolazione
VALVOLE A FARFALLA: sono valvole di regolazione.
L'otturatore è un disco piatto posto dentro al flusso del
liquido che ruota attorno ad un asse diametrale. Sono
adatte anche per diametro elevati per le basse perdite di
carico. Devono avere sistemi di bloccaggio per resistere
alla spinta del liquido.
VALVOLE CALIBRATA A SPILLO:
Valvola di regolazione,
l'otturatore è tronco
conico molto affusolato.
Il suo movimento fa
variare la sezione di
passaggio.
La valvola di ritegno o di non ritorno (in inglese check
valve) è una valvola che permette una sola direzione
del flusso. Le più comuni sono a battente, a sfera a
disco oscillante.
VALVOLA DI RITEGNO A
DISCO OSCILLANTE
VALVOLA DI RITEGNO A BATTENTE
VALVOLA DI RITEGNO A SFERA
Valvole di sicurezza:
A contrappeso: sono valvole a disco in cui
lo stelo è collegato ad un contrappeso. Il
contrappeso mantiene chiusa la valvola fino
a quando la forza della pressione non
solleva l'otturatore, aprendola.
A molla:
aprono
quando la
pressione del
liquido supera
la forza della
molla
ATTUATORI
Il sistema di azionamento di una valvola
automatica si chiama attuatore. Trasforma il
segnale del sistema di controllo, nell'azione del
comando della valvola, determinando l'apertura o
chiusura dell'otturatore.
I più diffusi sono pneumatici (utilizzano l'aria
compressa) o elettromagnetici. Meno diffusi sono
gli idraulici (ad olio) e i servomotori elettrici.
Gli attuatori pneumatici sono i più diffusi per semplicità
e affidabilità. Inoltre non producono scintille come gli
attuatori elettrici e possono essere utilizzati anche con
fluidi combustibili. Sono comandati ad aria compressa,
ma possono utilizzare anche gas inerti (azoto).
Per le valvole che lavorano con traslazione
dell'otturatore, l'attuatore è costituito da una molla che
spinge sullo stelo e da un compartimento a membrana,
che spinta dalla pressione del sistema pneumatico (che
può variare tra 0,2 e 1,0 ate), contrasta la spinta della
molla.
Gli attuatori pneumatici sono i più diffusi per semplicità
e affidabilità. Inoltre non producono scintille come gli
attuatori elettrici e possono essere utilizzati anche con
fluidi combustibili. Sono comandati ad aria compressa,
ma possono utilizzare anche gas inerti (azoto).
Per le valvole che lavorano con traslazione
dell'otturatore, l'attuatore è costituito da una molla che
spinge sullo stelo e da un compartimento a membrana,
che spinta dalla pressione del sistema pneumatico (che
può variare tra 0,2 e 1,0 ate), contrasta la spinta della
molla.
Questi attuatori possono essere:
“aria apre”, se la pressione pneumatica
apre la valvola e in mancanza di aria la
valvola chiude automaticamente;
“aria chiude”, se la pressione pneumatica
chiude la valvola e in mancanza di aria la
valvola apre automaticamente.
VALVOLA CON TRASLAZIONE DELL'OTTURATORE
ARIA CHIUDE
ARIA APRE
ARIA APRE
ARIA CHIUDE
VALVOLA CON TRASLAZIONE DELL'OTTURATORE
VALVOLA CON ROTAZIONE DELL'OTTURATORE
ATTUATORI ELETTROMAGNETICI: sono costituiti da un
solenoide che, quando eccitato da una corrente elettrica,
attira lo stelo della valvola determinando la rotazione
dell'otturatore. Sono utilizzati principalmente in valvole di
intercettazione di piccole dimensioni con due sole posizioni
(tutto aperto – tutto chiuso). Un solenoide è una bobina di
forma cilindrica formata da una serie di spire circolari molto
vicine fra loro e realizzate con un unico filo di materiale
conduttore.
EIETTORE
FLUIDO PRIMARIO O MOTORE
ASPIRAZIONE – FLUIDO SECONDARIO
Funziona con il principio del tubo di
Venturi. Il fluido primario (vapore o
acqua) arriva all'eiettore con una
velocità certa. È costretto ad
attraversare un ugello, il cui
restringimento
determina
una
caduta di pressione che aspira il
fluido
secondario
(in
base
all'equazione di Bernoulli). Dopo il
restringimento la sezione si
riallarga facendo diminuire la
velocità dei fluidi. È usato per
creare il vuoto o per trasportare
fluidi al posto delle pompe.