Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches
Société Suisse de l’Industrie du Gaz et des Eaux
Società Svizzera dell’Industria del Gas e delle Acque
Swiss Gas and Water Industry Association
W10 024 i
SVGW
SSIGE
SSIGA
SGWA
Edizione aprile 2015
IN FOR M A ZION E
Nota tecnica
Riduttore di pressione – Principio di funzionamento
SSIGA, Grütlistrasse 44, Casella postale 2110, 8027 Zurigo
Telefono 044 288 33 33, Fax 044 202 16 33, www.ssiga.ch
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Swiss Gas and Water Industry Association
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Edizione aprile 2015
IN FOR M A ZION E
Nota tecnica
Riduttore di pressione – Principio di funzionamento
Copyright by SVGW, Zürich
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Edizione aprile 2015
Riproduzione vietata
Ordinazione presso l’ufficio della SSIGA
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SOMMARIO
1Introduzione
3
2
Scopo e campo di applicazione
3
3
Forza elastica e costante elastica
3
4
Funzionamento del riduttore a portata zero
4
5
Funzionamento del riduttore con erogazione
4
6
Errore del regolatore P
5
7
Pressione in uscita costante
6
8
Pressione di taratura
6
9
Controlli e manutenzione
6
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1Introduzione
Ai sensi della Direttiva W3 della SSIGA, la pressione statica in corrispondenza del punto di
prelievo non deve eccedere il valore massimo di 500 kPa. Qualora la rete di distribuzione
dell’acqua presenti condizioni di pressione superiori, occorre installare un riduttore di pressione. Un riduttore – o regolatore – di pressione consiste in un cosiddetto regolatore proporzionale: quanto più viene precaricata la molla in fase di taratura, tanto maggiore sarà la pressione
in uscita a valle della valvola. La forza di apertura della molla è in costante contrasto con
la forza di chiusura che equivale al prodotto della pressione in uscita per la superficie della
membrana.
2
Scopo e campo di applicazione
La presente Nota tecnica intende illustrare il principio di funzionamento dei riduttori di pressione e si rivolge in particolare ai professionisti del settore idrico-sanitario.
3
Forza elastica e costante elastica
Una grandezza caratteristica essenziale per la scelta di una molla di trazione o di compressione è la costante elastica. Essa si determina applicando diverse forze di trazione o compressione a una molla in acciaio e misurando le variazioni di lunghezza che si verificano nei singoli
casi. Riportati in un diagramma, i dati relativi alla forza e all’allungamento o contrazione della
molla danno una retta. Quanto maggiore è la forza della molla, tanto maggiori sono la forza
necessaria a produrre una stessa variazione di lunghezza e, quindi, la pendenza della retta. Il
rapporto tra la forza e la variazione di lunghezza è detto costante elastica (Fig. 1).
Costante elastica (k)
=
Forza elastica (FMolla)
=
Forza elastica (FMolla)
Variazione di lunghezza (ΔL)
Variazione di lunghezza (ΔL) x Costante elastica (k)
Federkonstante
Costante elastica(k)
(k)
120
Molla 11
Feder
110
100
Molla 22
Feder
Forzain
in Newton
Newton
Kraft
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80
Längenänderung
in in
mm
Variazione
di lunghezza
mm
Fig. 1 Diagramma della costante elastica
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4
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Funzionamento del riduttore a portata zero
Durante la messa in funzione e il riempimento del riduttore di pressione, l’acqua fluisce nella
zona di uscita fino a quando il prodotto della pressione in uscita per la superficie della membrana arriva ad essere pari alla forza di apertura della molla. Raggiunto tale stato, a portata
zero e in condizioni di impermeabilità il riduttore resta chiuso (Fig. 2).
F
A
p
A
1
Molla
FMolla
p1
p2
A1
A2
ΔL
Forza di apertura della molla, risultante dal prodotto della corsa di precarico per la costante elastica
Pressione in entrata
Pressione in uscita
Superficie della valvola
Superficie della membrana
Corsa della valvola
2
p
1
2
ΔL
Pressione
di apertura
FMolla
=
Pressione di
chiusura
p xA
2
2
Fig. 2 Riduttore di pressione chiuso a portata zero
5
Funzionamento del riduttore durante l’erogazione
Quando un rubinetto di prelievo a valle del riduttore di pressione viene aperto, la pressione
in uscita p2 diminuisce e la valvola si apre. All’aumento della portata sul lato in uscita corrisponde un aumento dell’apertura (corsa) della valvola. Affinché ciò sia possibile, la pressione
in uscita p2 in condizione di flusso dell’acqua deve essere inferiore alla pressione in uscita p2
regolata a portata zero. Più la valvola si apre, più la molla si scarica, e si viene a creare una
situazione in cui la forza elastica (il precarico) della molla meno il prodotto della corsa della
valvola per la costante elastica è in equilibrio con la pressione di chiusura.
FMolla – (ΔL x k) = p2 x A2
Druckminderung
durch
Druckminderung
Riduzione
di pressione durch
dovuta al precarico della molla
Federvorspannung
Federvorspannung
Perdita
di carico
dovuta
errore des
del regolatore
Druckverlust
durch
Regelabweichung
P-Reglers
Druckverlust
durchaRegelabweichung
desPP-Reglers
p
p1
p
p2 p1
Betriebsdruckkurve
Curva dellaBetriebsdruckkurve
pressione di esercizio
p2
Fig. 3 Andamento della pressione dall’entrata all’uscita del riduttore
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Questa situazione di equilibrio è detta errore del regolatore P. Quanto più bassa è la costante
elastica, tanto minore è l’errore di regolazione della pressione in uscita per una data portata.
Nel momento in cui la valvola è completamente aperta e la portata continua ad aumentare, la
pressione in uscita p2 si abbassa ulteriormente come conseguenza delle perdite di carico in
coincidenza della valvola stessa. Tali perdite, dal canto proprio, sono causate da forze di attrito
interne (attrito tra le singole molecole dell’acqua) e da forze di attrito esterne (attrito dell’acqua
con le pareti interne della valvola). La figura 3 illustra l’andamento complessivo della pressione
dall’entrata all’uscita del riduttore.
6
Errore del regolatore P
Le misurazioni compiute presso i laboratori della SSIGA secondo la norma di prodotto SN EN
1567 mostrano come, a parità di pressione in entrata, la pressione in uscita diminuisca mano
a mano che la portata aumenta (Fig. 4). La differenza tra la pressione in uscita a portata zero
e la pressione in uscita in condizioni di flusso costituisce l’errore del regolatore P.
In una situazione ideale, tale errore è ridotto al minimo, ossia la curva ha una pendenza minima. Ad incidere sull’entità dell’errore è, tra l’altro, la struttura del riduttore.
I regolatori P non sono progettati in modo tale da riuscire a mantenere costante la pressione
in uscita. Se si volesse raggiungere tale obiettivo, occorrerebbe progettare la valvola quale
regolatore PI o regolatore PID.
Nella documentazione tecnica dei fabbricanti, la perdita di pressione è rappresentata sotto
forma di diagramma delle perdite di carico, nel quale la regolazione della valvola è chiaramente riconoscibile nella linea curva del diagramma doppio logaritmico (Fig. 5). Solo quando
la valvola è completamente aperta la curva si converte in una retta.
Errore del regolatore P
Pressione in uscita in bar
Pressione in uscita con pressione a monte di 8 bar
Portata in l/s
Fig. 4 Caduta di pressione nella zona di uscita con portata in aumento W10 024 i, Edizione aprile 2015
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m3/h
Perdita
di carico
Druckverlust
[ bar]in bar
Druckverlust
[ kPa]
Perdita
di carico
in kPa
h
l/s
l/
s
l/min
l/mi
n
Portata
Durchfluss
Fig. 5 Diagramma delle perdite di carico ad opera del fabbricante
7
Pressione in uscita costante
Quella che nella documentazione tecnica dei fabbricanti è spesso indicata come «pressione
in uscita costante» è da intendersi, dunque, non come pressione in uscita dal riduttore in
condizioni di flusso dell’acqua (perché altrimenti la valvola dovrebbe essere un regolatore PI
o PID) bensì in assenza di erogazione, dunque a portata zero. Tale «pressione in uscita costante» impedisce eventuali aumenti della pressione in uscita p2 come effetto, ad esempio,
dell’attivazione di una pompa di alimentazione. Dal punto di vista costruttivo, nella figura 2 si
osserva come la «pressione in uscita costante» a portata zero sia ottenuta mediante l’azione
della pressione in entrata p1 su un’uguale superficie A1 sia della guarnizione superiore che
della guarnizione inferiore della valvola, in modo che le forze si neutralizzino reciprocamente.
8
Pressione di taratura
Ai fini di un funzionamento ottimale del riduttore di pressione, la differenza tra la pressione di
servizio e la pressione a valle impostata sul regolatore dovrebbe avere un valore minimo di
50 kPa. Infatti, se la pressione di servizio è inferiore alla pressione di apertura della molla, la
valvola si apre e il riduttore perde qualunque capacità di regolazione della pressione.
Per garantire una chiusura impeccabile delle valvole di sicurezza, i riduttori di pressione vengono tarati di fabbrica su una pressione in uscita tra i 400 e i 450 kPa.
9
Controlli e manutenzione
Le particelle di sporcizia e i depositi che si accumulano nella sede della valvola tendono a
compromettere il funzionamento del riduttore di pressione. L’effetto è un incremento della
pressione in uscita, che può arrivare a raggiungere la pressione della rete di distribuzione
dell’acqua.
I controlli e la manutenzione devono avvenire in conformità alla Direttiva W3 / Complemento 2
della SSIGA.
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