Sebbenevalvole in plasticaSebbene a volte vengano considerate un prodotto speciale – la prima scelta per chi produce o progetta tubazioni in plastica per sistemi industriali o per chi necessita di apparecchiature ultra-pulite – è riduttivo supporre che queste valvole non abbiano molti usi generali. In realtà, le valvole in plastica odierne hanno una vasta gamma di applicazioni, poiché la tipologia di materiali continua ad ampliarsi e i progettisti più competenti, che necessitano di questi materiali, trovano sempre più modi per utilizzare questi strumenti multifunzionali.

PROPRIETÀ DELLA PLASTICA

I vantaggi delle valvole termoplastiche sono molteplici: resistenza alla corrosione, agli agenti chimici e all'abrasione; pareti interne lisce; leggerezza; facilità di installazione; lunga durata; e costi del ciclo di vita inferiori. Questi vantaggi hanno portato a un'ampia diffusione delle valvole in plastica in applicazioni commerciali e industriali come la distribuzione dell'acqua, il trattamento delle acque reflue, la lavorazione di metalli e prodotti chimici, l'industria alimentare e farmaceutica, le centrali elettriche, le raffinerie di petrolio e altro ancora. Le valvole in plastica possono essere realizzate con diversi materiali e in numerose configurazioni. Le valvole termoplastiche più comuni sono realizzate in cloruro di polivinile (PVC), cloruro di polivinile clorurato (CPVC), polipropilene (PP) e fluoruro di polivinilidene (PVDF). Le valvole in PVC e CPVC vengono comunemente collegate ai sistemi di tubazioni mediante incollaggio con solvente delle estremità a innesto o estremità filettate e flangiate; mentre le valvole in PP e PVDF richiedono il collegamento dei componenti del sistema di tubazioni mediante tecnologie di fusione termica, di testa o elettrolitica.

Le valvole termoplastiche eccellono negli ambienti corrosivi, ma sono altrettanto utili negli impianti idrici in generale perché sono prive di piombo¹, resistenti alla dezincificazione e non arrugginiscono. I sistemi di tubazioni e le valvole in PVC e CPVC devono essere testati e certificati secondo lo standard NSF [National Sanitation Foundation] 61 per gli effetti sulla salute, incluso il requisito di basso contenuto di piombo per l'Allegato G. La scelta del materiale appropriato per i fluidi corrosivi può essere effettuata consultando la guida alla resistenza chimica del produttore e comprendendo l'effetto che la temperatura avrà sulla resistenza dei materiali plastici.

Sebbene il polipropilene abbia la metà della resistenza del PVC e del CPVC, possiede la più ampia resistenza chimica poiché non presenta solventi noti. Il PP si comporta bene in acidi acetici e idrossidi concentrati ed è adatto anche a soluzioni più blande della maggior parte degli acidi, alcali, sali e molti composti organici.

Il PP è disponibile in versione pigmentata o non pigmentata (naturale). Il PP naturale si degrada gravemente a contatto con le radiazioni ultraviolette (UV), ma i composti che contengono più del 2,5% di pigmento di nerofumo sono adeguatamente stabilizzati ai raggi UV.

I sistemi di tubazioni in PVDF sono utilizzati in una varietà di applicazioni industriali, dal settore farmaceutico a quello minerario, grazie alla resistenza, alla temperatura di esercizio e alla resistenza chimica del PVDF a sali, acidi forti, basi diluite e molti solventi organici. A differenza del PP, il PVDF non si degrada alla luce solare; tuttavia, essendo trasparente alla luce solare, può esporre il fluido alle radiazioni UV. Sebbene una formulazione naturale e non pigmentata di PVDF sia eccellente per applicazioni interne ad alta purezza, l'aggiunta di un pigmento, come ad esempio un rosso per uso alimentare, consentirebbe l'esposizione alla luce solare senza effetti negativi sul fluido.

I sistemi in plastica presentano delle sfide progettuali, come la sensibilità alla temperatura e alla dilatazione e contrazione termica, ma gli ingegneri sono in grado di progettare, e di fatto hanno già progettato, sistemi di tubazioni durevoli ed economicamente vantaggiosi per ambienti generici e corrosivi. La principale considerazione progettuale è che il coefficiente di dilatazione termica delle materie plastiche è maggiore di quello dei metalli: quello dei termoplastici è da cinque a sei volte superiore a quello dell'acciaio, ad esempio.

Nella progettazione di sistemi di tubazioni e considerando l'impatto sul posizionamento e sui supporti delle valvole, un aspetto importante da valutare nei materiali termoplastici è la dilatazione termica. Le sollecitazioni e le forze derivanti dall'espansione e dalla contrazione termica possono essere ridotte o eliminate conferendo flessibilità ai sistemi di tubazioni attraverso frequenti cambi di direzione o l'introduzione di anelli di dilatazione. Grazie a questa flessibilità lungo il sistema di tubazioni, la valvola in plastica non dovrà assorbire una quantità di sollecitazioni così elevata (Figura 1).

Poiché i materiali termoplastici sono sensibili alla temperatura, la pressione nominale di una valvola diminuisce all'aumentare della temperatura. Diversi materiali plastici presentano una corrispondente riduzione di pressione con l'aumento della temperatura. La temperatura del fluido potrebbe non essere l'unica fonte di calore in grado di influenzare la pressione nominale di una valvola in plastica: la temperatura esterna massima deve essere considerata in fase di progettazione. In alcuni casi, non progettare tenendo conto della temperatura esterna della tubazione può causare un eccessivo cedimento dovuto alla mancanza di supporti per i tubi. Il PVC ha una temperatura massima di esercizio di 60 °C; il CPVC ha una temperatura massima di 104 °C; il PP ha una temperatura massima di 82 °C; e le valvole in PVDF possono mantenere una pressione fino a 138 °C (Figura 2).

All'altro estremo della scala delle temperature, la maggior parte dei sistemi di tubazioni in plastica funziona piuttosto bene a temperature sotto zero. Infatti, la resistenza alla trazione delle tubazioni termoplastiche aumenta al diminuire della temperatura. Tuttavia, la resistenza agli urti della maggior parte delle plastiche diminuisce con il calo della temperatura e nei materiali delle tubazioni interessati si manifesta la fragilità. Finché le valvole e il sistema di tubazioni adiacente non vengono manomessi, non vengono danneggiati da urti o colpi e le tubazioni non cadono durante la movimentazione, gli effetti negativi sulle tubazioni in plastica sono ridotti al minimo.

TIPI DI VALVOLE TERMOPLASTICHE

Valvole a sfera,valvole di ritegno,composizioni di farfalleLe valvole a membrana sono disponibili in diversi materiali termoplastici per sistemi di tubazioni in pressione Schedule 80, con una vasta gamma di opzioni di finitura e accessori. La valvola a sfera standard è generalmente caratterizzata da un design a raccordo per facilitare la rimozione del corpo valvola per la manutenzione, senza interrompere il collegamento con le tubazioni. Le valvole di ritegno termoplastiche sono disponibili nelle versioni a sfera, a battente, a Y e a cono. Le valvole a farfalla si accoppiano facilmente con le flange metalliche, poiché si adattano ai fori, ai cerchi di bulloni e alle dimensioni complessive della classe ANSI 150. La superficie interna liscia dei componenti termoplastici contribuisce ulteriormente alla precisione di controllo delle valvole a membrana.

Le valvole a sfera in PVC e CPVC sono prodotte da diverse aziende statunitensi ed estere in misure da 1/2 pollice a 6 pollici con connessioni a bussola, filettate o flangiate. Il design a unione reale delle moderne valvole a sfera prevede due dadi che si avvitano sul corpo, comprimendo le guarnizioni elastomeriche tra il corpo e i connettori terminali. Alcuni produttori hanno mantenuto la stessa lunghezza di posa e la stessa filettatura dei dadi per decenni, per consentire una facile sostituzione delle valvole più vecchie senza modifiche alle tubazioni adiacenti.

Le valvole a sfera con guarnizioni elastomeriche in etilene propilene diene monomero (EPDM) devono essere certificate NSF-61G per l'uso in acqua potabile. Le guarnizioni elastomeriche in fluorocarburo (FKM) possono essere utilizzate in alternativa per i sistemi in cui la compatibilità chimica rappresenta un problema. L'FKM può essere utilizzato anche nella maggior parte delle applicazioni che coinvolgono acidi minerali, ad eccezione di acido cloridrico, soluzioni saline, idrocarburi clorurati e oli di petrolio.

Figura 3. Una valvola a sfera flangiata collegata a un serbatoio. Figura 4. Una valvola di ritegno a sfera installata verticalmente. Le valvole a sfera in PVC e CPVC, da 1/2 pollice a 2 pollici, sono un'opzione valida per applicazioni con acqua calda e fredda, dove la pressione massima di esercizio senza shock può raggiungere i 250 psi a 73 °F. Le valvole a sfera più grandi, da 2-1/2 pollici a 6 pollici, avranno una pressione nominale inferiore di 150 psi a 73 °F. Comunemente utilizzate nel trasporto di prodotti chimici, le valvole a sfera in PP e PVDF (Figure 3 e 4), disponibili nelle dimensioni da 1/2 pollice a 4 pollici con connessioni a bussola, filettate o flangiate, sono generalmente classificate per una pressione massima di esercizio senza shock di 150 psi a temperatura ambiente.

Le valvole di ritegno a sfera in materiale termoplastico si basano su una sfera con una densità inferiore a quella dell'acqua, in modo che, in caso di perdita di pressione a monte, la sfera affondi nuovamente contro la superficie di tenuta. Queste valvole possono essere utilizzate negli stessi impianti di valvole a sfera in plastica simili, poiché non introducono nuovi materiali nel sistema. Altri tipi di valvole di ritegno possono includere molle metalliche che potrebbero non resistere in ambienti corrosivi.

Figura 5. Una valvola a farfalla con rivestimento elastomerico. La valvola a farfalla in plastica, disponibile nelle misure da 2 a 24 pollici, è molto diffusa per i sistemi di tubazioni di diametro maggiore. I produttori di valvole a farfalla in plastica adottano approcci diversi per quanto riguarda la costruzione e le superfici di tenuta. Alcuni utilizzano un rivestimento elastomerico (Figura 5) o un O-ring, mentre altri utilizzano un disco rivestito in elastomero. Alcuni realizzano il corpo con un unico materiale, ma i componenti interni a contatto con il fluido costituiscono i materiali del sistema; ciò significa che un corpo di valvola a farfalla in polipropilene può contenere un rivestimento in EPDM e un disco in PVC o diverse altre configurazioni con termoplastici e guarnizioni elastomeriche comunemente utilizzati.

L'installazione di una valvola a farfalla in plastica è semplice, poiché queste valvole sono realizzate con un design a disco e guarnizioni elastomeriche integrate nel corpo. Non richiedono l'aggiunta di una guarnizione. Posizionata tra due flange di accoppiamento, la valvola a farfalla in plastica deve essere fissata con cura, aumentando gradualmente la coppia di serraggio fino al raggiungimento della coppia raccomandata, in tre fasi. Questo accorgimento garantisce una tenuta uniforme su tutta la superficie ed evita l'applicazione di sollecitazioni meccaniche irregolari sulla valvola.

Figura 6. Una valvola a membrana. I professionisti delle valvole metalliche troveranno familiari le valvole a membrana in plastica con la ruota e gli indicatori di posizione (Figura 6); tuttavia, la valvola a membrana in plastica può offrire alcuni vantaggi distinti, tra cui le pareti interne lisce del corpo termoplastico. Analogamente alla valvola a sfera in plastica, gli utilizzatori di queste valvole hanno la possibilità di installare un raccordo a unione, particolarmente utile per le operazioni di manutenzione. In alternativa, è possibile optare per connessioni flangiate. Grazie alla varietà di materiali disponibili per corpo e membrana, questa valvola può essere utilizzata in diverse applicazioni chimiche.

Come per qualsiasi valvola, la chiave per azionare le valvole in plastica è determinare i requisiti operativi, come ad esempio se si preferisce un sistema pneumatico o elettrico e un'alimentazione in corrente continua o alternata. Nel caso della plastica, però, progettista e utilizzatore devono anche considerare il tipo di ambiente in cui opererà l'attuatore. Come accennato in precedenza, le valvole in plastica rappresentano un'ottima soluzione per ambienti corrosivi, compresi quelli esterni. Per questo motivo, il materiale dell'involucro degli attuatori per valvole in plastica è un fattore importante da valutare. I produttori di valvole in plastica offrono diverse opzioni per soddisfare le esigenze di questi ambienti corrosivi, come attuatori rivestiti in plastica o involucri metallici con rivestimento epossidico.

Come dimostra questo articolo, le valvole in plastica oggi offrono una vasta gamma di opzioni per nuove applicazioni e situazioni.