Sebbenevalvole di plasticasono talvolta considerate un prodotto speciale, la prima scelta per le persone che producono o progettano tubazioni in plastica per sistemi industriali o che devono disporre di attrezzature ultra pulite, è breve presupporre che queste valvole non abbiano molti usi generali. In effetti, le attuali valvole in plastica hanno una vasta gamma di usi, perché i tipi di materiali continuano ad espandersi e i bravi progettisti che necessitano di questi materiali fanno sì che ci siano sempre più modi per utilizzare questi strumenti multifunzionali.

PROPRIETÀ DELLA PLASTICA

I vantaggi delle valvole termoplastiche sono ampi: resistenza alla corrosione, agli agenti chimici e all'abrasione; pareti interne lisce; leggero; facilità di installazione; aspettativa di vita lunga; e minori costi del ciclo di vita. Questi vantaggi hanno portato ad un'ampia accettazione delle valvole in plastica in applicazioni commerciali e industriali come la distribuzione dell'acqua, il trattamento delle acque reflue, la lavorazione dei metalli e dei prodotti chimici, prodotti alimentari e farmaceutici, centrali elettriche, raffinerie di petrolio e altro ancora. Le valvole in plastica possono essere prodotte con diversi materiali utilizzati in una serie di configurazioni. Le valvole termoplastiche più comuni sono realizzate in polivinilcloruro (PVC), polivinilcloruro clorurato (CPVC), polipropilene (PP) e polivinilidene fluoruro (PVDF). Le valvole in PVC e CPVC sono comunemente unite ai sistemi di tubazioni mediante incollaggio con solvente delle estremità delle prese o estremità filettate e flangiate; mentre PP e PVDF richiedono l'unione dei componenti del sistema di tubazioni, mediante tecnologie di fusione a caldo, testa a testa o elettrofusione.

Le valvole termoplastiche eccellono negli ambienti corrosivi, ma sono altrettanto utili nel servizio idrico 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 61 della NSF [National Sanitation Foundation] per gli effetti sulla salute, incluso il requisito di basso contenuto di piombo per l'Allegato G. La scelta del materiale adeguato per i fluidi corrosivi può essere gestita consultando la resistenza chimica del produttore guidare e comprendere l'effetto che la temperatura avrà sulla resistenza dei materiali plastici.

Sebbene il polipropilene abbia la metà della resistenza del PVC e del CPVC, ha la resistenza chimica più versatile perché non esistono solventi conosciuti. Il PP funziona bene con acidi acetici e idrossidi concentrati ed è adatto anche per soluzioni più blande della maggior parte degli acidi, alcali, sali e molti prodotti chimici organici.

Il PP è disponibile come materiale pigmentato o non pigmentato (naturale). Il PP naturale viene gravemente degradato dalle radiazioni ultraviolette (UV), ma i composti che contengono più del 2,5% di pigmentazione di nerofumo sono adeguatamente stabilizzati ai raggi UV.

I sistemi di tubazioni in PVDF sono utilizzati in una varietà di applicazioni industriali, dal farmaceutico all'industria mineraria, grazie alla robustezza, alla temperatura di esercizio e alla resistenza chimica del PVDF ai sali, agli acidi forti, alle basi diluite e a molti solventi organici. A differenza del PP, il PVDF non viene degradato dalla luce solare; tuttavia, la plastica è trasparente alla luce solare e può esporre il fluido ai raggi UV. Mentre una formulazione naturale e non pigmentata di PVDF è eccellente per applicazioni interne ad elevata purezza, l'aggiunta di un pigmento come un rosso per uso alimentare consentirebbe l'esposizione alla luce solare senza effetti negativi sul mezzo fluido.

I sistemi in plastica presentano sfide progettuali, come la sensibilità alla temperatura e all'espansione e contrazione termica, ma gli ingegneri possono e hanno progettato sistemi di tubazioni durevoli ed economici per ambienti generici e corrosivi. La principale considerazione progettuale è che il coefficiente di dilatazione termica della plastica è maggiore di quello del metallo: ad esempio, il materiale termoplastico è da cinque a sei volte quello dell’acciaio.

Quando si progettano sistemi di tubazioni e si considera l'impatto sul posizionamento e sui supporti delle valvole, una considerazione importante nei materiali termoplastici è l'allungamento termico. Le sollecitazioni e le forze risultanti dall'espansione e dalla contrazione termica possono essere ridotte o eliminate fornendo flessibilità ai sistemi di tubazioni attraverso frequenti cambi di direzione o l'introduzione di anelli di espansione. Fornendo questa flessibilità lungo il sistema di tubazioni, la valvola in plastica non dovrà assorbire gran parte dello stress (Figura 1).

Poiché i materiali termoplastici sono sensibili alla temperatura, la pressione nominale di una valvola diminuisce all'aumentare della temperatura. Diversi materiali plastici hanno un corrispondente declassamento con l'aumento della temperatura. La temperatura del fluido potrebbe non essere l'unica fonte di calore che può influenzare la pressione nominale delle valvole in plastica: la temperatura esterna massima deve essere parte della considerazione di progettazione. In alcuni casi, la mancata progettazione in base alla temperatura esterna della tubazione può causare un cedimento eccessivo dovuto alla mancanza di supporti della tubazione. Il PVC ha una temperatura di servizio massima di 140°F; Il CPVC ha un massimo di 220°F; Il PP ha un massimo di 180°F; e le valvole in PVDF possono mantenere una pressione fino a 280°F (Figura 2).

All’estremità opposta della scala della temperatura, la maggior parte dei sistemi di tubazioni in plastica funziona abbastanza bene a temperature inferiori allo zero. Infatti, la resistenza alla trazione aumenta nelle tubazioni termoplastiche al diminuire della temperatura. Tuttavia, la resistenza agli urti della maggior parte delle materie plastiche diminuisce al diminuire della temperatura e i materiali delle tubazioni interessati appaiono fragili. Finché le valvole e il sistema di tubazioni adiacenti non vengono disturbati, non vengono compromessi da colpi o urti di oggetti, e la tubazione non cade durante la movimentazione, gli effetti negativi sulla tubazione in plastica sono ridotti al minimo.

TIPI DI VALVOLE TERMOPLASTICHE

Valvole a sfera,valvole di ritegno,valvole a farfallae le valvole a membrana sono disponibili in ciascuno dei diversi materiali termoplastici per i sistemi di tubazioni in pressione schedula 80 che dispongono anche di una moltitudine di opzioni di trim e accessori. Si ritiene comunemente che la valvola a sfera standard sia un vero e proprio raccordo per facilitare la rimozione del corpo valvola per la manutenzione senza interruzione delle tubazioni di collegamento. 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 perché sono conformi ai fori dei bulloni, ai cerchi dei bulloni e alle dimensioni complessive della Classe ANSI 150. Il diametro interno liscio delle parti termoplastiche non fa altro che aumentare il controllo preciso delle valvole a membrana.

Le valvole a sfera in PVC e CPVC sono prodotte da diverse aziende statunitensi e straniere nelle dimensioni da 1/2 pollice a 6 pollici con connessioni a presa, filettate o flangiate. Il vero design di unione delle valvole a sfera contemporanee prevede due dadi che si avvitano sul corpo, comprimendo le guarnizioni elastomeriche tra il corpo e i connettori terminali. Alcuni produttori mantengono da decenni la stessa lunghezza di posa della valvola a sfera e la stessa filettatura del dado per consentire una facile sostituzione delle valvole più vecchie senza modifiche alle tubazioni adiacenti.

Le valvole a sfera con guarnizioni elastomeriche di etilene propilene diene monomero (EPDM) devono essere certificate NSF-61G per l'uso in acqua potabile. Le guarnizioni elastomeriche al fluorocarburo (FKM) possono essere utilizzate come alternativa per i sistemi in cui la compatibilità chimica è 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 serbatoioFigura 4. Una valvola di ritegno a sfera installata verticalmenteLe valvole a sfera in PVC e CPVC, da 1/2 pollice a 2 pollici, sono un'opzione praticabile per applicazioni con acqua calda e fredda in cui la massima resistenza all'acqua il servizio può arrivare fino a 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 presa, filettate o flangiate, sono comunemente classificate per un servizio idrico massimo senza shock di 150 psi a temperatura ambiente.

Le valvole di ritegno a sfera in materiale termoplastico si basano su una sfera con un peso specifico inferiore a quello dell'acqua, in modo che se si perde pressione sul lato a monte, la sfera affonderà contro la superficie di tenuta. Queste valvole possono essere utilizzate nello stesso servizio di valvole a sfera in plastica simili perché non introducono nuovi materiali nel sistema. Altri tipi di valvole di ritegno possono includere molle metalliche che potrebbero non durare in ambienti corrosivi.

Figura 5. Una valvola a farfalla con rivestimento in elastomero La valvola a farfalla in plastica nelle dimensioni da 2 pollici a 24 pollici è popolare per i sistemi di tubazioni di diametro maggiore. I produttori di valvole a farfalla in plastica adottano approcci diversi alla costruzione e alle 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 bagnati fungono da materiali del sistema, il che significa che il corpo di una valvola a farfalla in polipropilene può contenere un rivestimento in EPDM e un disco in PVC o diverse altre configurazioni con materiali termoplastici e guarnizioni elastomeriche comunemente presenti.

L'installazione di una valvola a farfalla in plastica è semplice perché queste valvole sono realizzate in stile wafer con guarnizioni elastomeriche progettate nel corpo. Non necessitano dell'aggiunta di una guarnizione. Posizionata tra due flange accoppiate, l'avvitamento di una valvola a farfalla in plastica deve essere gestito con cura aumentando la coppia di serraggio consigliata del bullone in tre fasi. Questo viene fatto per garantire una tenuta uniforme su tutta la superficie e per evitare che sulla valvola venga applicata alcuna sollecitazione meccanica irregolare.

Figura 6. Una valvola a membranaI professionisti delle valvole in metallo troveranno familiari le migliori prestazioni delle valvole a membrana in plastica con la rotella e gli indicatori di posizione (Figura 6); tuttavia, la valvola a membrana in plastica può presentare alcuni vantaggi distinti, tra cui le pareti interne lisce del corpo termoplastico. Similmente alla valvola a sfera in plastica, gli utenti di queste valvole hanno la possibilità di installare il design del raccordo vero, che può essere particolarmente utile per i lavori di manutenzione sulla valvola. Oppure, un utente può selezionare connessioni flangiate. Grazie a tutte le opzioni di materiali del corpo e della membrana, questa valvola può essere utilizzata in una varietà di applicazioni chimiche.

Come con qualsiasi valvola, la chiave per azionare le valvole in plastica è determinare i requisiti operativi come l'alimentazione pneumatica rispetto a quella elettrica e l'alimentazione CC rispetto a quella CA. Ma con la plastica, progettista e utilizzatore devono anche capire che tipo di ambiente circonderà l’attuatore. Come accennato in precedenza, le valvole in plastica sono un'ottima opzione per le situazioni corrosive, che includono ambienti corrosivi dall'esterno. Per questo motivo, il materiale dell'alloggiamento degli attuatori per valvole in plastica è una considerazione importante. I produttori di valvole in plastica dispongono di opzioni per soddisfare le esigenze di questi ambienti corrosivi sotto forma di attuatori rivestiti in plastica o custodie metalliche con rivestimento epossidico.

Come mostra questo articolo, le valvole in plastica oggi offrono tutti i tipi di opzioni per nuove applicazioni e situazioni.