P N E U M AT I C A
SENSORI
MICROFLUIDICA
R E G O L ATO R I D I P O R TATA M A S S I C A
01
VA LV O L E D I P R O C E S S O
E L E T T R O VA LV O L E
Product Overview
Elettrovalvole Proporzionali
02
03
04
05
06
07
2
Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Indice
3
Introduzione
4
Il fascino di Bürkert
6
Panoramica prodotti
10
Selezione valvole
15
Impostazione e funzionamento delle elettrovalvole proporzionali
22
Dimensionamento dell’orifizio
25
Applicazioni tipiche
29
Progettazione di sistema
30
Presenza nel Mondo
Introduzione
La tecnologia delle elettrovalvole
proporzionali
Dopo più di sessant’anni in cui ha profuso quotidianamente tutto il suo impegno
nella misura e nel controllo dei fluidi, oggi Bürkert non può non essere uno dei
massimi esperti nel settore dei fluidi e delle loro caratteristiche. Gli ingegneri e i
tecnici Bürkert sperimentano in continuazione con i fluidi, interpretando i risultati
in modo estremamente pratico, fedeli al principio che "non si finisce mai di
imparare". Sono quindi in grado di integrare le informazioni di ritorno su tali effetti,
i risultati delle ricerche interne, le richieste del mercato e la specificità degli ordini
dei clienti in vista dello sviluppo di prodotti sempre più efficienti.
Ad oggi abbiamo sviluppato più di 30.000 prodotti che vanno a costituire un
catalogo completo e molto ricco. Questo opuscolo sulle elettrovalvole
proporzionali illustra solo una parte della nostra eccezionale gamma di prodotti,
che ci rende un'Azienda leader in questo segmento di mercato. Possiamo ora
opportunamente passare ad esaminare la tecnologia alla base delle
elettrovalvole di controllo, spesso chiamate anche elettrovalvole proporzionali, e
le applicazioni cui sono destinate.
Le elettrovalvole proporzionali sono valvole nelle quali lo spostamento del nucleo
è comandato da un segnale elettrico per mezzo di un campo magnetico creato
all’interno di un solenoide. Servono a regolare la portata di liquidi o gas grazie
allo spostamento del nucleo in funzione del segnale di comando. All’interno
della valvola agiscono due forze contrastanti: quella della molla e quella del
campo magnetico. In assenza di alimentazione elettrica, la molla spinge
l’otturatore direttamente sulla sede della valvola, chiudendone l’uscita. Non
appena il solenoide è eccitato, l’otturatore si solleva, la valvola si apre e il fluido
può passare.
Le elettrovalvole proporzionali sono installate nei dispositivi elettronici per
tecnologie analitiche o medicali, per il controllo di bruciatori, nei circuiti di
raffreddamento, nei sistemi di dosaggio del combustibile, nella tecnologia delle
celle a combustibile e nei regolatori di portata compatti. Qualunque sia l'utilizzo,
queste valvole convincono per la loro affidabilità e precisione.
Le elettrovalvole proporzionali Bürkert sono piccole, compatte e ottimizzate nei
costi; la semplicità dell'azionamento diretto, le rende perfette per i circuiti di
controllo ad anello chiuso. Ma c’è di più: l’ultima generazione delle nostre
elettrovalvole proporzionali è caratterizzata da grande precisione, sensibilità,
minima rumorosità e lunga durata.
Questo breve catalogo che illustra i nostri prodotti, le loro caratteristiche di
funzionalità e le relative aree di applicazione, è quasi un’istantanea dello stato
attuale della tecnologia delle elettrovalvole poiché Bürkert è sempre attenta allo
sviluppo delle metodologie di controllo e misura dei fluidi.
3
4
Il fascino di Bürkert
Benvenuti nell’affascinante mondo
dei sistemi di controllo dei fluidi
Quando si parla di misura e controllo di liquidi e gas, noi siamo al vostro fianco come consulenti di prodotti sofisticati
e affidabili come risolutori di problemi senza perdere di vista il panorama globale. Dal 1946, anno in cui abbiamo
cominciato la nostra attività, ci siamo sviluppati fino a divenire uno dei maggiori fornitori di sistemi di controllo dei fluidi
del mondo, mantenendoci nel contempo un'Azienda famigliare saldamente fondata sui valori di base, che improntano il
modo in cui pensiamo e agiamo.
ESPERIENZA
Ci sono cose che non ci appartengono di natura. Dobbiamo raccoglierle passo dopo passo, accogliendole dagli altri,
in un processo continuo e ininterrotto che le rende preziose. L’esperienza è una di queste realtà. Proprio in virtù dei
molti anni dedicati a studiare soluzioni basate sulla tecnologia delle valvole proporzionali, possiamo proporre un’ampia
gamma di servizi “ad hoc”: dalle fasi di consulenza, sviluppo e simulazione CAD in 3D fino al collaudo e all’assistenza
post-vendita sia in relazione a prodotti singoli, sia nel caso di un sistema rivoluzionario che copra l’intero processo di
controllo. Approfittatevi della nostra esperienza!
cORAGGIO
Chi lavora solo in vista dell’ottimizzazione di cose che già esistono, alla fine si scontra con un limite: tecnico, finanziario
o personale. Per superare questi limiti, ci vuole coraggio. Coraggio di essere diversi e credere nelle proprie idee, di
avventurarsi nell’ignoto cercando nuovi modi per sviluppare prodotti fino ad allora inconcepibili. Noi abbiamo questo
coraggio. Integrando al meglio le nostre competenze in tutti i settori, rendiamo disponibile i molti vantaggi della nostra
conoscenza a 360° nel controllo dei gas e dei liquidi.
VICINANZA
Ci sono cose che semplicemente si danno per scontate e solo quando non ci sono più, ci si rende conto di quanto
fossero davvero importanti. Questo vale in particolar modo per la vicinanza, senza la quale è molto difficile costruire
delle buone relazioni e instaurare una valida comprensione reciproca. Noi che siamo un'Azienda di medie dimensioni
saldamente radicata, lo sappiamo bene ed è questa la ragione per cui facciamo in modo di essere sempre vicino ai
nostri clienti, per lavorare al loro fianco e sviluppare soluzioni ottimali per i loro progetti riguardanti il controllo di gas
o liquidi. La nostra presenza globale in ben trentacinque paesi, ci consente di poter proporre tempestivamente le più
recenti innovazioni tecniche ai nostri clienti di tutto il mondo.
5
Gamma dei Prodotti Bürkert
Noi siamo tra i pochi fornitori sul mercato in grado di ricoprire ogni aspetto del controllo di processo. Infatti, la nostra
gamma di prodotti attuale, spazia dalle elettrovalvole agli attuatori pneumatici e ai sensori passando dalle valvole
analitiche e di processo.
Product Overview
Product Overview
Bürkert propone un’ampia gamma
di elettrovalvole servo-assistite e
ad azione diretta. Maggiori dettagli
all’interno del catalogo.
01
02
03
04
S O L E N O I D C O N T R O L VA LV E S
07
MAS S FLOW CONTROLLE RS
06
MICROFLUIDICS
05
P N E U M AT I C S
S O L E N O I D C O N T R O L VA LV E S
04
P R O C E S S VA LV E S
M A S S F LO W C O N T R O L L E R S
03
Sensors, Transmitters and Controllers
S O L E N O I D VA LV E S
MICROFLUIDICS
02
SENSORS
01
P N E U M AT I C S
S O L E N O I D VA LV E S
Process and Control Valves
05
06
07
Bürkert offre una modularità
illimitata per il controllo di
processo mediante l’uso di valvole
a sede inclinata, a sfera e a
membrana in una vasta gamma di
configurazioni.
Qui potete esaminare la nostra
gamma di valvole pneumatiche,
isole di valvole e sistemi di
automazione nonché informazioni
sulla costruzione dei nostri cabinet
di controllo.
Qui potete trovare i nostri sensori,
trasmettitori e regolatori per
misurare e controllare portata,
temperatura, pressione, livello,
pH/ORP e conducibilità.
Questo catalogo presenta
una panoramica delle valvole
miniaturizzate e delle micro-pompe
Bürkert per la movimentazione
precisa e sicura di piccoli volumi
di liquidi.
Questo catalogo fornisce
informazioni tecniche unitamente
a una dettagliata panoramica dei
nostri regolatori e misuratori di
portata massica.
Questo catalogo illustra le nostre
elettrovalvole proporzionali con le
relative caratteristiche, funzioni e
applicazioni tipiche.
6
Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Panoramica prodotti
Le elettrovalvole proporzionali della gamma STANDARD (Modelli 2822, 2871, 2873, 2875) differiscono dalle
valvole BASIC soprattutto nella dinamica di regolazione (1:200 invece di 1:25). Le valvole della gamma BASIC
(Modelli 2861, 2863, 2865) non sono illustrate in questa pubblicazione.
Modello
2822
2871
2873
Principio
Otturatore direttamente sulla
Otturatore direttamente sulla
Otturatore direttamente sulla
funzionamento
sede della valvola (NC)
sede della valvola (NC)
sede della valvola (NC)
Caratteristiche
Guida dell’otturatore senza
Guida dell’otturatore senza
Guida dell’otturatore senza
attrito
attrito
attrito
20 mm
20 mm
32 mm
Consumo
1-5 W
(secondo l’applicazione)
2-5 W
(secondo l’applicazione)
9W
Dimensioni orifizio 1)
0,05-1 mm
0,8-2 mm
0,8-4 mm
Ripetibilità
0,25 % del fondo scala
0,25 % del fondo scala
0,5 % del fondo scala
Sensibilità
0,1 % del fondo scala
0,25 % del fondo scala
0,25 % del fondo scala
Dinamica di
0,2-100 %
0,5-100 %
0,5-100 %
Tempo di risposta
<10 ms
<15 ms
<20 ms
Materiale valvola
Ottone, acciaio inox
Ottone, acciaio inox
Ottone, acciaio inox
Materiale tenuta (tipo)
FKM, EPDM
FKM, EPDM
FKM, EPDM
Connessione al
1/8", sottobase
1/8", sottobase
1/8", 1/4", sottobase
– Apparecchiature mediche
e analitiche
– Trattamento gas di scarico
–A
pparecchiature mediche e
analitiche
– Controllo bruciatori
– Tecnologia celle
combustibile
– Controllo plasma
– Verniciatura a polvere
– Controllo bruciatori
– Trattamento gas
di scarico
– Dosaggio gas inerti
– Controllo plasma
– Controllo del vuoto
– Dosaggio combustibile
Larghezza del
solenoide
regolazione
processo
Applicazioni tipiche
7
¹) Prestazioni di portata alle pagine 10-13
²) Solo liquidi
Il mod. 2871 è uno sviluppo del mod. 2824,
Il mod. 2873 è uno sviluppo del mod. 2833,
Il mod. 2875 è uno sviluppo del mod. 2835.
2875
2836
6024 Basso-∆p
6223 AltaPortata ²)
Otturatore direttamente sulla
Otturatore direttamente sulla
Otturatore direttamente sulla
sede della valvola (NC)
sede della valvola (NC)
sede della valvola (NC)
Otturatore direttamente sul
servopistone (NC)
Guida dell’otturatore senza
Anello di scorrimento
Anello di scorrimento
Servo-assistita
49 mm
72 mm
49 mm
32-43 mm
16 W
24 W
18 W
8-15 W
2-8 mm
3-12 mm
8-12 mm
10-20 mm
0,5 % del fondo scala
1 % del fondo scala
0,5 % del fondo scala
1 % del fondo scala
0,25 % del fondo scala
0,5 % del fondo scala
0,5 % del fondo scala
1 % del fondo scala
0,5-100 %
4-100 %
4-100 %
10-100 %
<25 ms
<100 ms
<50 ms
<200 ms
Ottone, acciaio inox
Ottone, acciaio inox
Ottone, acciaio inox
Ottone, acciaio inox
FKM, EPDM
FKM, EPDM
FKM
FKM
3/8", 1/2", sottobase
1/2", 3/4"
1/2", 3/4"
3/8", 1/2", 3/4", 1"
– Tecnologia celle
a combustibile
– Tecnologia di banco prova
– Controllo bruciatori
– Controllo del vuoto
– Controllo livello
riempimento
– Raffreddamento
– Dosaggio gas inerti
– Dosaggio gas combustibile
– Riduzione della
portata dell'aria
– Circuiti riscaldamento /
raffreddamento
– Dosaggio acqua
attrito
8
Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Elettronica di controllo per le
elettrovalvole proporzionali
Modello
8605
8611
Funzione
Controllo digitale PWM
Controller digitale PI,
Regolatore a 2 e a 3 stati
Controllo On/Off
Versioni
Montaggio su guida o sulla valvola
Montaggio su raccordo, a parete, su guida, in
armadio o su valvola
Segnali
–S
et point
(0-5 V, 0-10 V, 0-20 mA, 4-20 mA)
–U
scita PWM
(80 Hz-6 kHz)
– Set-point (0-10V o 4-20mA)
– Valore di processo reale (4-20mA)
– Ingresso sensore (4-20mA, 0-10V,
Pt100 o frequenza) es. pressione,
temperatura o portata
– Segnale di controllo (4-20mA, 0-10V
o PWM)
– Ingresso binario
– Uscita binaria
Tensione di esercizio
12, 24 VDC
24 VDC
Massimo consumo
1 W (senza valvola)
2 W (senza valvola)
Uscita valvola
Massimo 2 A (PWM)
Massimo 2 A (PWM)
Funzioni software
– Impostazione valvola
(frequenza, apertura min/max)
– Esclusione del punto zero
– Compensazione della temperatura
– Funzione di rampa
– Parametrizzazione del
download/upload
– Impostazione regolatore
– Impostazione valvola (sono memorizzate
tutte le elettrovalvole proporzionali Bürkert)
– Impostazione sensore (sono memorizzati
tutti i sensori di portata Bürkert)
– Configurazione dei segnali di commutazione
(binaria)
– Scalatura dei segnali di set-point e
del valore di processo
– Impostazione sensore
– Codice di sicurezza
Product Overview
Risultati precisi e ripetibili
dalle elettrovalvole proporzionali
Caratteristiche
Vantaggi
Semplice, compatta e ad azione diretta,
senza feedback di posizione
Progetto efficiente ed economico
Reazione rapida
Guida dell’otturatore con molla piatta
Ottima ripetibilità che consente una
impostazione affidabile dei processi
più e più volte. Alta sensibilità e ampia
dinamica di regolazione
Bobina in resina epossidica stampata,
sistema valvola incapsulato ermeticamente
Elevata classe di protezione (IP 65)
Sicurezza
Controllo PWM
Bassa isteresi
Prevenzione dall'attrito statico
Ottima sensibilità di risposta
Guarnizione di tenuta integrata nell’otturatore
Funzionalità ermetica
Non è richiesta la valvola
d’intercettazione aggiuntiva
9
10
Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Selezione valvole
kVs [m³/h]/ cV [US Gal/min] 1)
DN
Massima pressione di esercizio [bar/psi]
[mm]
0
0,2 /
2,9
0,4 /
5,8
0,5
7,2
0,00006 / 0,00007
0,05
0,00025 / 0,00029
0,1
0,0010 / 0,0011
0,2
0,0020 / 0,0023
0,3
0,0040 / 0,0046
0,4
0,010 / 0,011
0,6
0,018 / 0,021
0,8
0,027 / 0,031
1,0
0,018 / 0,021
0,8
0,027 / 0,031
1,0
0,038 / 0,044
1,2
0,055 / 0,064
1,6
0,090 / 0,105
2,0
kVs [m³/h]/ cV [US Gal/min] 1)
DN
Massima pressione di esercizio [bar/psi]
[mm]
0
0,018 / 0,021
0,8
0,04 / 0,047
1,2
0,06 / 0,07
1,5
0,10 / 0,12
2,0
0,15 / 0,18
2,5
0,22 / 0,26
3,0
0,32 / 0,37
4,0
0,12 / 0,14
2,0
0,25 / 0,29
3,0
0,45 / 0,52
4,0
0,80 / 0,93
6,0
1,10 / 1,28
8,0
0,2 /
2,9
0,4 /
5,8
0,5
7,2
0,7 /
10,1
1/
14,5
1,5 /
21,7
2/
29,0
0,7 /
10,1
1/
14,5
1,5 /
21,7
2/
29,0
11
¹) Maggiori dettagli sul valore kVs/cV
e sulla scelta delle dimensioni a pag. 22
Modello
3/
43,5
3,5 /
50,7
4/
58,0
5/
72,5
6/
87,0
8/
116,0
10 /
145,0
12 /
174,0
16 /
232,0
25 /
362,6
2822
2871
Modello
3/
43,5
3,5 /
50,7
4/
58,0
5/
72,5
6/
87,0
8/
116,0
10 /
145,0
12 /
174,0
16 /
232,0
25 /
362,6
2873
2875
12
Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Selezione valvole
kVs [m³/h]/ cV [US Gal/min] 1)
DN
Massima pressione di esercizio [bar/psi]
[mm]
0
0,25 / 0,29
3,0
0,40 / 0,46
4,0
0,90 / 1,05
6,0
1,5 / 1,7
8,0
2,0 / 2,3
10,0
2,5 / 2,9
12,0
1,4 / 1,6
8,0
2,0 / 2,3
10,0
2,8 / 3,2
12,0
1,4 / 1,6
10,0
2,5 / 2,9
13,0
5 / 5,8
20,0
0,2 /
2,9
0,4 /
5,8
0,5
7,2
0,7 /
10,1
1/
14,5
1,5 /
21,7
Nota:
-Tutte le valvole sono adatte per temperatura del fluido da -10 a +90°C.
-Alimentazione tipica: 24Vcc
-Tutte le valvole possiedono classe di protezione IP 65.
In generale:
Più grande è l’orifizio della valvola, minore è la massima pressione di esercizio alla quale la valvola si chiude ermeticamente.
2/
29,0
13
¹) M
aggiori dettagli sul valore kVs/cV e sulla scelta delle
dimensioni a pag. 22
²) Massima pressione differenziale ammessa: 3 bar
Modello
3/
43,5
3,5 /
50,7
4/
58,0
5/
72,5
6/
87,0
8/
116,0
10 /
145,0
12 /
174,0
16 /
232,0
25 /
362,6
2836
6024
2)
2)
2)
6223
14
Bürkert
| Elettrovalvole
proporzionali
Aufbau und
Funktion eines
Solenoid controlMagnetventils
15
Impostazione e funzionamento
delle elettrovalvole proporzionali
Valvola proporzionale, valvola modulante, valvola dosatrice: termini diversi che in realtà indicano
sempre lo stesso prodotto. Nell’uso quotidiano correlato ai processi di lavorazione, questi
componenti vengono comunemente chiamati valvole proporzionali con chiaro riferimento alla
loro funzione, che è quella di controllare e regolare la portata di fluidi in scorrimento. Le valvole
proporzionali possono essere azionate in modi diversi tra cui pneumaticamente, elettricamente,
piezo-elettronicamente ed elettromagneticamente.
I vari principi di azionamento differiscono fondamentalmente in termini di prezzo, dimensioni, tipo di
separazione dei fluidi, dinamica e proprietà delle forze in gioco.
Le valvole proporzionali azionate elettromagneticamente sono definite "elettrovalvole di comando"
o "valvole proporzionali " e hanno una dimensione dell’orifizio inferiore a 12 mm (valvole ad azione
diretta) o di 8-25 mm (valvole servoassistite). Le elettrovalvole proporzionali sono utilizzate come
valvole dosatrici nei circuiti di controllo ad anello chiuso, in cui la valvola elimina la differenza tra il
valore di riferimento e il valore reale del processo mappato (vedi fig. 1). Tuttavia, le elettrovalvole
proporzionali, in funzione del tipo di valvola e di applicazione, sono utilizzate anche nei circuiti di
comando ad anello aperti, nei quali la valvola opera senza alcun feedback sul valore di processo reale .
Segnale valvola
proporzionale
Impostazione
w
set-point
xd = w-x
Valore reale x
xout
Feedback valore
reale
y
Elettronica di
controllo
Ingresso
linea
Uscita
linea
Sensore di portata
Fig. 1: Schema di un circuito di controllo ad anello chiuso
Elettrovalvola di
comando
Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Le elettrovalvole proporzionali di Bürkert sono sviluppate sulla base delle elettrovalvole d’intercettazione.
In assenza di alimentazione elettrica, la molla costringe l’otturatore direttamente sulla sede nella valvola
che resta chiusa. Quando la corrente elettrica attraversa il solenoide (bobina), si origina un magnetismo
che fa sollevare l’otturatore contrastando l’azione della molla e la valvola si apre. Grazie alle modifiche
costruttive applicate alle elettrovalvole d’intercettazione, è possibile bilanciare l’azione della molla e
la forza magnetica per qualsiasi valore di corrente che attraversi la bobina. L’intensità della corrente
nella bobina e la forza magnetica influenzano sia la corsa dell’otturatore, sia la percentuale di apertura
della valvola, per cui l’apertura della valvola (portata) e la corrente nella bobina (segnale di comando)
idealmente dipendono linearmente l’una dall’altra (vedi fig. 2).
Tipico delle elettrovalvole proporzionali ad azione diretta è la direzione del fluido sotto sede. Il fluido che
scorre all’interno provenendo dal basso esercita una pressione che si unisce alla forza magnetica nel
contrastare l’azione della molla, la quale agisce dall’alto. Per questa sola ragione ha senso impostare i limiti
di esercizio minimo e massimo della portata (corrente nella bobina) in condizioni operative. In assenza di
alimentazione elettrica, le elettrovalvole proporzionali Bürkert sono chiuse (NC = normalmente chiuse)
Sinistra: Caratteristica di
una valvola d’intercettazione
elettromagnetica
Portata
Portata
16
Destra: Caratteristica di
una valvola proporzionale
elettromagnetica
Segnale
di comando
Chiusa
Segnale
di comando
Posizione intermedia controllata
Aperta
Fig. 2: Principio di funzionamento delle elettrovalvole proporzionali ad azione diretta
Impostazione e funzionamento delle elettrovalvole proporzionali
Con una geometria regolare dell’otturatore e del contro-otturatore/stopper (geometria a stopper
piatto), la forza magnetica cala eccessivamente al crescere dello spazio vuoto, rendendo impossibile
l’uso della valvola come valvola proporzionale. Uno stato di perfetto bilanciamento tra la molla e la forza
magnetica a valori diversi di corrente elettrica può essere raggiunto solo grazie al design specifico di
entrambi i componenti, che prevede un’area conica all’esterno dello stopper e una curvatura speculare
nella parte superiore dell’otturatore (vedi geometria a stopper conico in fig. 3).
Con il solenoide diseccitato, basta l’azione della molla a chiudere la valvola. Una tenuta incorporata
nella base dell’otturatore garantisce che il fluido non trafili dalla valvola chiusa.
L’otturatore è guidato con precisione all’interno del corpo valvola da un apposito perno (in alto) e
da una molla piatta (sul fondo). Più facilmente scorre l’otturatore attraverso la bobina, maggiore è
la sensibilità di risposta e meglio riproducibili sono le posizioni di controllo. Infatti, oltre alla forza
magnetica e all’azione della molla, inevitabilmente entra in gioco una terza forza, indesiderata per
le sue conseguenze: si tratta dell’attrito che disturba le caratteristiche di regolazione. Tuttavia, è
possibile ridurlo in modo significativo mediante un’accurata azione di guida dell’otturatore e un
controllo elettronico particolare.
Contro-otturatore/
stopper
Stopper
piatto
Stopper
conico
Otturatore
Geometria a stopper piatto
(valvola d’intercettazione)
Geometria a stopper conico
(elettrovalvola proporzionale)
Fig. 3: Confronto tra il progetto a stopper piatto e quello a stopper conico
17
18
Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Il controllo delle elettrovalvole
proporzionali
In teoria, il magnete proporzionale è controllabile mediante una tensione in c.c. variabile, ma l’eventuale
presenza di attrito statico nei punti di guida dell’otturatore compromette la sensibilità della valvola con
aumento dell’isteresi. Si può evitare questo inconveniente utilizzando un'elettronica di controllo speciale
che converte il segnale d’ingresso normale in un segnale di tensione modulata in funzione dell’ampiezza
dell’impulso (il cosiddetto “controllo PWM”, vedi fig. 4). L’otturatore è indotto a oscillazioni di debole
ampiezza e veloci. A causa di tali oscilazioni la condizione di equilibrio dell’otturatore è mantenuta e
l’attrito di scorrimento resta costante. Il movimento oscillatorio dell’otturatore non produce alcun effetto
sul comportamento del fluido in scorrimento.
Con controllo PWM e alimentazione in tensione costante, la corrente effettiva nella bobina è funzione
del "duty cycle" dell'onda quadra. In questo caso, la frequenza PWM è armonizzata da un lato con
la sua frequenza di risonanza e lo smorzamento del sistema molla/otturatore, dall’altro lato con
l’induttanza del circuito magnetico. Se il "duty cycle" t1/T (t1: periodo attivo, T: durata ciclo, f=1/T:
frequenza) aumenta, aumenta anche la corrente effettiva "I" nella bobina, perché è aumentata anche
la parte attiva dell'onda quadra. Parimenti, se il "duty cycle" diminuisce, si riduce anche la corrente
effettiva nella bobina.
In linea generale, le bobine piccole (quali i mod. 2822, 2871) con bassa forza magnetica reagiscono
sensibilmente alle frequenze più elevate, mentre a quelle basse generano forti ampiezze di movimento
e un livello di rumorosità non necessario. Le bobine grandi con un’elevata forza magnetica (quali il mod.
2875) alle basse frequenze danno solo origine a vibrazioni che producono attrito di scorrimento.
U
24V
Corrente bobina
effettiva (I)
La variazione
dell’ampiezza
dell’impulso causa
correnti diverse
nella bobina
Corrente bobina
media
t1
Fig. 4: Segnale di controllo PWM
T
t
Impostazione e funzionamento delle elettrovalvole proporzionali
Funzioni tipiche
dell’elettronica di controllo
Controllo della corrente per compensare il riscaldamento della bobina
Poiché il riscaldamento della bobina modifica l’efficienza della resistenza elettrica nel tempo, è
opportuno poter controllare la corrente nella bobina elettronicamente. Il controllo della corrente è
particolarmente importante nei circuiti di controllo aperti mentre è irrilevante nei circuiti di controllo di
processo ad anello chiuso.
Regolazione della corrente minima e massima nella bobina secondo le condizioni di
pressione specifiche dell'applicazione
I valori di corrente devono essere impostati in condizioni operative mentre la valvola comincia
ad aprirsi e quando è completamente aperta. I limiti di esercizio dei vari modelli dipendono dalla
dimensione dell’orifizio e dalle diverse condizioni di pressione nel sistema (pressione primaria e
contropressione). Per tutte le elettrovalvole proporzionali ad azione diretta che ricevono il fluido
sotto sede, il valore di corrente per l’apertura diminuisce man mano che la pressione d’ingresso
aumenta. Quindi, con una riduzione via via maggiore della pressione nella valvola, diminuisce anche
il valore di corrente al quale viene raggiunta la portata massima.
Impostazione del punto zero per la chiusura ermetica della valvola
Impostando il valore del punto zero al 5% del segnale massimo d’ingresso si garantisce l’ermeticità
della valvola. Infatti, qualora i segnali d’ingresso siano inferiori al valore impostato all’origine, la
corrente nella bobina viene immediatamente ridotta a zero e la valvola si chiude. Se non è stato
specificato un punto zero, la valvola è regolata con il "duty cycle" più basso, anche con set-point
impostato a 0%.
Funzione di rampa
Le modifiche del set-point (con fronte di salita o di discesa) possono essere eseguite in modo che
diventino effettive con un arco di tempo fino a10 secondi; in tal modo si compensano gli effetti
delle variazioni dovute a instabilità del set-point che in alcuni sistemi sono causa di fluttuazioni.
19
20
16
| Proportionalventile
Solenoid
Parameters
Bürkert control
21
Dati caratteristici delle
elettrovalvole proporzionali
Valore kVs/ Valore QNn
È possibile fare un confronto tra le valvole utilizzando il valore kVs (m³/h) che si misura con una
portata d’acqua a 20 °C e 1 bar di pressione relativa all’ingresso della valvola rispetto a 0 bar
all’uscita della valvola. Spesso per i gas è dato un secondo valore di portata. Si tratta del valore
QNn , che corrisponde alla portata nominale in lN/min con aria (20 °C) a 6 bar(g) all’ingresso della
valvola con 1 bar di perdita di pressione attraverso la valvola. Le condizioni normali per i gas sono
1013,25 mbar assoluti e una temperatura di 273,15 K (0 °C).
Isteresi
Differenza massima tra i segnali di uscita della portata misurati con ciclo crescente e decrescente
su tutta la gamma dei segnali elettrici in ingresso, data in % del massimo segnale di uscita della
portata. L’isteresi è la conseguenza dell’attrito e del magnetismo.
Sensibilità
Differenza dal set-point minimo che dà luogo a una variazione misurabile del segnale della portata,
dato in % del massimo segnale di uscita della portata.
Linearità
Dimensione dello scostamento massimo dalle caratteristiche lineari (ideali), data in % del segnale
massimo della portata.
Ripetibilità
Range in cui il valore della portata si disperde nell'istante in cui lo stesso segnale elettrico in
ingresso, proveniente dalla stessa direzione è ripetutamente impostato; è dato in % dal segnale
massimo di uscita.
Dinamica di regolazione (Turn-down ratio)
Rapporto tra il valore kVs e il coefficiente minimo kV, al quale l’altezza e la pendenza delle
caratteristiche restano entro i limiti di tolleranza nella curva caratteristica ideale.
Nelle applicazioni pratiche, una corretta configurazione della valvola è condizione preliminare
essenziale per un buon funzionamento (vedi "Dimensionamento dell’orifizio della valvola”).
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Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Utilizzo come valvola proporzionale:
dimensionamento dell’orifizio
Per funzionare come elementi di controllo in modo corretto e preciso, è necessario configurare e
selezionare le elettrovalvole proporzionali in vista dello scopo specifico. I parametri più importanti
per selezionare un’elettrovalvola proporzionale sono il valore kV (quantificato in metri cubi/ora)
e il range di pressione richiesto dall’applicazione. Più stretto è l’orifizio della valvola o più robusta
è la bobina, più alta è la pressione che la valvola può intercettare. Il valore kV maggiore richiesto
è calcolato in base ai seguenti parametri: pressione d’ingresso della valvola, pressione di uscita
della valvola, densità del fluido, massima portata richiesta e temperatura del fluido. Nelle formule
di dimensionamento (vedi uno dei fogli dati di Bürkert per le elettrovalvole proporzionali) si fa
distinzione tra portate super-critiche o sub-critiche e tra gli stati di aggregazione (gas, liquido o
vapore).
In base al valore calcolato di kV e al range di pressione dell’applicazione prevista, si può determinare
il modello di valvola più appropriato e la dimensione dell’orifizio richiesto. Allo scopo di identificare
la valvola corretta, si potranno utilmente consultare le tabelle con i dati prestazionali delle
valvole riportati alle pagine da 10 a 13 di questo catalogo, tenendo ben presente che il valore kV
dell’applicazione deve essere inferiore al valore kVs della valvola raggiunto alla sua massima apertura.
Maggiori dettagli sul valore kVs sono riportati a pag. 21.
In alcuni paesi è in uso il valore cV invece del valore kVs , che si riferisce a una portata misurata in
galloni USA/minuto (1 GPM = 0,227 m3/h) determinata con acqua a 60° Fahrenheit e con un
differenziale di pressione all’interno della valvola di 1 psi (pari a 0,069 bar). Il fattore di conversione
tra kV e cV è 0.857 (kV è inferiore a cV).
Una configurazione corretta (che consiste nel dimensionamento dell’orifizio) è estremamente
importante per il buon funzionamento delle elettrovalvole proporzionali. Con un’orifizio
sovradimensionato, la valvola può già raggiungere la portata completa con un’apertura minima
(corsa) e la corsa residua risulta inutile, anzi compromette la risoluzione e la qualità in generale
del componente. D’altronde, se l’orifizio è troppo piccolo, la valvola non raggiungerà mai la portata
completa. Quindi, al fine di soddisfare le caratteristiche di portata del sistema, la perdita di carico
attraverso la valvola deve essere la più alta nel circuito. Ciò significa che il 30-50% della perdita di
pressione del sistema, deve poter essere a cavallo della valvola di controllo.
Il software "Easy Valve Sizer" di Bürkert è uno strumento di calcolo per il corretto dimensionamento
delle valvole proporzionali, che consente di identificare agevolmente l’orifizio ottimale della valvola.
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Alcuni consigli per scegliere
l’elettrovalvola proporzionale più
adeguata
1. Quale fluido s’intende controllare?
Bisogna verificare se le parti della valvola in contatto con il fluido sono compatibili con il fluido
stesso, in base alle sue caratteristiche fisiche e alle possibili reazioni chimiche.
2. Qual'è la massima pressione di esercizio?
La valvola deve essere in grado di intercettare la pressione più elevata presente nell’applicazione.
3. Quali sono i dati di processo?
Per definire la dimensione ottimale dell’orifizio, è necessario chiarire alcuni punti. In primo luogo,
il valore della portata massima richiesta Qnom, che tipicamente deve essere controllata. Tuttavia,
considerando che la portata massima della valvola può, in realtà, essere superiore, le letture dei
valori di pressione in corrispondenza di Qnom devono essere prese a monte e a valle della valvola
stessa (p1, p2). Spesso queste letture non sono identiche alle pressioni di entrata e di uscita
dell’intero sistema, poiché altre resistenze al flusso agiscono sia a monte, sia a valle della valvola
(tubazioni, valvole di intercettazione, ugelli, ecc.). Se la pressione d’ingresso (p1) e la pressione
di uscita (p2) non possono essere determinate, è necessario stimarle entrambe prendendo in
considerazione tutti i cali di pressione. Nel calcolare l’orifizio della valvola, è utile anche tener conto
dei dati sulla temperatura del fluido (T1) e sulla sua densità normale (pN) a 273 Kelvin (0 °C) e
1013 mbar (1 bar). Anche se non fosse possibile regolare la portata minima, il valore (Qmin) può
essere verificato mediante la dinamica di regolazione (turn-down ratio) raggiungibile, della valvola in
questione.
In breve, i principali criteri di dimensionamento sono:
– Il valore kVs della valvola deve essere superiore al valore kV; dell’applicazione, idealmente di circa
il 10 %;
– La pressione che la valvola può sopportare deve essere superiore alla pressione massima di
esercizio a monte della valvola.
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Bürkert | Proportionalventile
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Applicazioni tipiche
Controllo degli attuatori
(Controllo della pressione statica)
Due elettrovalvole proporzionali
regolano l’aria per l’azionamento
pneumatico (valvola a pistone,
cilindro, ecc.). Il controller PID
Elettronica di controllo
determina quale delle due valvole
deve aprirsi. L’elettronica di controllo
PID
Impostazione
set-point
Elettrovalvola proporzionale
Sfiato in entrata
Feedback del valore di
processo
che il valore di processo corrisponda
al set-point fornito.
Sfiato in uscita
Ingresso
linea
imposta l’azionamento mediante le
elettrovalvole proporzionali in modo
Uscita linea
Misura
Valvola proporzionale ad
azionamento pneumatico
Controllo di livello con pressurizzazione
(Controllo della pressione della portata)
Il controllo della pressione in
contenitori è uno dei possibili tipi
di applicazione. Mediante due
elettrovalvole proporzionali, un
controller PID fornisce abbastanza
Elettronica di controllo
Impostazione
set-point
aria o azoto affinché ci sia sempre
PID
la stessa pressione che agisca in
contropressione sul fluido; essa
Elettrovalvola
proporzionale
Azoto
cambia quando la pressione del fluido
Valore di pressione
dell'azoto nel contenitore
p
cala a seguito della rimozioni di una
Uscita
parte dello stesso.
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Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Un’elettrovalvola proporzionale può
Controllo della portata
essere usata direttamente come una
valvola di controllo, per esempio
Regolatore di portata
come regolatore di portata.
PID
Impostazione
set-point
Elettrovalvola proporzionale
Feedback del valore di
processo della portata
Ingresso
linea
Uscita linea
Misura
Controllo dei bruciatori/della fiamma
Regolatore
del bruciatore
PID
Impostazione
set-point
Feedback del valore
di processo
Nel controllo di bruciatori, il gas
combustibile e il gas ossidante (aria o
ossigeno) vanno regolati per mantenerli
nel rapporto desiderato, che dipende
dalla fiamma richiesta dal processo.
Elettrovalvola proporzionale
Valvola di ritegno
Gas combustibile
Ugello di miscelazione
Feedback del valore
di processo
Gas ossidante
Misura
Uscita
Valvola di ritegno
Applicazioni tipiche
L’elettrovalvola proporzionale regola
Eiettori / Controllo della pressione
la portata di gas propellente. Una
Elettronica di
controllo
maggior quantità di gas propellente
crea più potenza di aspirazione,
PID
Impostazione
set-point
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quindi un vuoto più spinto nella
linea di aspirazione.
Il controller imposta la valvola in
funzione della depressione.
Elettrovalvola
proporzionale
Eiettori
Ingresso gas
propellente
Uscita
p
Misura della
depressione
Lato vuoto
Come prima, la potenza
Elettronica di
controllo
Impostazione
set-point
di aspirazione è regolata
dall’elettrovalvola proporzionale. Qui
PID
p
la pressione d’ingresso sul lato del
Misura della
depressione
gas propellente è tenuta costante a
un valore di riferimento.
Lato aspirazione
Ingresso gas
propellente
Uscita
Elettrovalvola
proporzionale
Eiettori
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Bürkert | Elettrovalvole proporzionali
Miscelazione
di acqua calda e fredda
Un sensore di temperatura Pt100
misura la temperatura dell’acqua
miscelata. Agendo sulle due
elettrovalvole proporzionali, il
regolatore adegua la temperatura al
Regolatore della
temperatura
valore di riferimento fornito.
PID
Elettrovalvola
proporzionale
Acqua calda
T
Misura della
temperatura Pt100
Acqua miscelata
Acqua fredda
Elettrovalvola
proporzionale
L’elettrovalvola proporzionale imposta
Controllo della temperatura
l’erogazione di acqua fredda allo
scambiatore di calore in funzione della
temperatura dell’acqua di processo. Se
questa lettura è più alta del riferimento,
eroga più acqua fredda; se inferiore,
Regolatore della
Temperatura
rispetto al valore di riferimento, ci vuole
PID
meno raffreddamento. Un circuito di
riscaldamento lavora in modo analogo.
Elettrovalvola
proporzionale
T
Misura della
temperatura Pt100
Acqua fredda
Scambiatore
di calore
Acqua calda
Lato processo
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Progettazione di sistema
La sua rete globale di progettazione specializzata e la lunga esperienza nel settore dell’impiantistica,
consentono Bürkert di sviluppare e di attuare rapidamente soluzioni fortemente personalizzate in
funzione dei requisiti dei clienti, mettendo a loro disposizione ingegneri ed esperti in grado di fornire
consulenze di alto livello nei campi più disparati. La nostra gamma di soluzioni personalizzate è
altamente diversificata e spazia dalle piastre di connessione ai componenti per l’iniezione di materie
plastiche, dall’integrazione di componenti aggiuntivi, all’elettronica, al software e alle connessioni
con interfacce speciali fino alla tecnologia in bus di campo personalizzati.
Possiamo quindi assicurarvi che avrete il prodotto perfetto per la vostra applicazione. Nel nostro
lavoro, ci concentriamo sia sull’ottimizzazione dei costi di approvvigionamento e d’installazione, sia
sullo sviluppo di un più alto livello di funzioni d’integrazione nel sistema. Inoltre, i sistemi risultano
ottimizzati ai fini dell’inserimento nell’ambiente operativo cui sono destinati, anche grazie alle
dimensioni geometriche e alle interfacce meccaniche ed elettriche che mettiamo in campo.
Sistema per regolare l’acqua di
Sistema di elettrovalvole
raffreddamento in funzione della
proporzionali con base in plastica
temperatura dell’acqua di processo
stampata, di dimensioni compatte
e ottimizzate
Regolatore di gas a cinque canali
Regolatore di pressione a tre canali
con un’unica scheda madre
controllato mediante bus di campo
Sistema per regolare l’acqua di
raffreddamento in vari circuiti di
trasmissione
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Bürkert | Presenza nel Mondo
Bürkert – Vicino a voi
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Finlandia
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Brasile
Uniti
Sud Africa
Singapore
Taiwan
Australia
Nuova Zelanda
Crediti: © e il concetto di: Christian Bürkert GmbH & Co. KG | Realizzazione: WOLF, Berlino | Fotografia: Münch Lichtbildnerei, Stoccarda; Studio Flamisch, Düsseldorf |
Disegni 3D: 3D Sales Technologies GmbH. Tutte le persone fotografate sono dipendenti Bürkert. Si ringrazia per il vostro supporto ed entusiasmo.
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Bürkert Contromatic Italiana S.p.A.
Centro Direzionale “Colombirolo”
Via Roma, 74
20060 Cassina de’ Pecchi (MI)
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