Valvole a farfalla: definizione, applicazioni, classificazioni e caratteristiche

UNvalvola a farfallaè una valvola stellare che si apre e si chiude mediante una rotazione di 90° o quasi 90° di un organo di chiusura a forma di disco (circolare o rettangolare). È costituito principalmente da un corpo valvola, un disco, uno stelo e una maniglia/attuatore.

Applicazioni
Le valvole a farfalla sono ampiamente utilizzate nei sistemi municipali di approvvigionamento idrico e di drenaggio e svolgono anche un ruolo fondamentale nelle centrali termoelettriche, nelle centrali nucleari, negli impianti di trattamento delle acque reflue e in altri campi industriali. Inoltre, le turbine idrauliche su larga scala nelle centrali idroelettriche spesso adottano modelli di valvole a farfalla come valvole di ingresso.
Sono adatti per un'ampia gamma di fluidi, inclusi gas come gas di carbone e vapore, polveri secche, fanghi, nonché liquidi come acqua, condensa, liquami e acqua di mare.

Valvole a farfallapossono essere classificati secondo diversi criteri:
*Per funzione: tipo di spegnimento e tipo modulante/regolante.
*Per progettazione strutturale: tipi concentrici (linea centrale), a eccentrico singolo, a doppio eccentrico e a triplo eccentrico.
*Grazie al materiale di tenuta: modelli con tenuta in gomma, PTFE e metallo.

Valvola a farfalla concentrica (linea centrale).
In una valvola a farfalla concentrica, l'asse dello stelo si trova sullo stesso piano del piano centrale del disco e interseca la linea centrale della tubazione ad angolo retto. Questo design crea un'area del disco simmetrica su entrambi i lati dell'asse dello stelo, semplificando la struttura e ottenendo una tenuta simmetrica bidirezionale. Presenta inoltre una bassa resistenza al flusso e una coppia operativa relativamente bassa, che lo rendono ampiamente utilizzato nelle valvole a farfalla di medie e piccole dimensioni.
Presenta però degli inconvenienti: le estremità dello stelo sono soggette ad attrito costante, con conseguente usura più rapida e potenziali perdite. Per mitigare questo problema, a volte vengono utilizzati rivestimenti in PTFE per ridurre l'attrito o vengono aggiunte molle per compensare l'usura. In particolare, se viene impiegata una tenuta metallo-metallo, le prestazioni di tenuta del tipo concentrico potrebbero essere compromesse.

Per superare i limiti dei design a eccentrico singolo, la valvola a farfalla a doppio eccentrico sposta l'albero della valvola di una distanza e, creando un angolo ottuso (maggiore di 90°) tra la linea che collega il centro dell'albero al punto di tenuta e la faccia di tenuta. Ciò elimina le interferenze di tenuta e garantisce che la forza di tenuta aumenti gradualmente durante la chiusura, offrendo una tenuta più affidabile.
Durante l'apertura, la faccia di tenuta del disco si sgancia rapidamente dalla sede, riducendo notevolmente rigature e usura. Questo design consente anche l'uso di tenute metalliche rigide.
Una sfida progettuale è che prevenire l'interferenza delle tenute metalliche dure cono su cono può richiedere un'eccentricità secondaria aggiuntiva, che aumenta la coppia di apertura. Ciò ha portato allo sviluppo della valvola a farfalla triplo eccentrica.

Il design a triplo eccentrico ottimizza ulteriormente la struttura a doppio eccentrico ruotando l'angolo conico su un cono obliquo, riducendo efficacemente l'eccentricità e e quindi abbassando la coppia di apertura. Tuttavia, ciò introduce nuove complessità: il posizionamento dell'albero richiede un'analisi cinematica tridimensionale per evitare interferenze tra le coppie di tenuta, richiedendo calcoli precisi e una profonda comprensione dei principi di funzionamento della valvola.

Le valvole a farfalla sono note per la loro struttura semplice e le dimensioni compatte, che le rendono ideali per operazioni di apertura e chiusura rapide. Hanno uno scartamento ridotto, una bassa resistenza ai fluidi ed eccellenti proprietà di controllo del flusso. Inoltre, richiedono una coppia operativa relativamente bassa, migliorando la facilità d'uso.
Questi punti di forza le rendono particolarmente adatte per applicazioni a bassa pressione e di grande diametro, dove possono fungere sia da valvole di intercettazione che da valvole di regolazione. Tuttavia, a causa della comune dipendenza dalle guarnizioni morbide, le valvole a farfalla non sono adatte per ambienti ad alta temperatura e alta pressione.