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Copertina Idraulica Caleffi numero 56

TIPOLOGIE DI CARATTERIZZAZIONE DELLE VALVOLE DI REGOLAZIONE

È facile intuire che si possono realizzare molti differenti disegni di profili di otturatori o sagome delle sedi, e, conseguentemente ottenere diverse caratterizzazioni delle valvole di regolazione. Nella termoregolazione le caratterizzazioni maggiormente diffuse sono la caratteristica lineare e la caratteristica equipercentuale.

Relazione potenza termica e portata

Nell’ambito degli impianti di condizionamento, lo scopo di molte regolazioni è quello di regolare la potenza termica scambiata. Questa, a parità di altri fattori, non risulta proporzionale alla portata che attraversa lo scambiatore. Per meglio comprendere questo fenomeno, si può prendere in considerazione il semplice caso di un radiatore che lavora alla potenza di progetto. Vediamo nella tabella a lato come cambia la potenza termica emessa dal radiatore quando la portata che lo attraversa diminuisce.

Curva sperimentale potenza scambiata-portata

Riportando su un grafico questo andamento avremmo curve del tipo sotto riportato. Si può notare come inizialmente, a partire dalla condizione di pieno carico, la riduzione di portata provoca una diminuzione molto contenuta della potenza. Ad esempio, se si vuole ottenere una riduzione della potenza emessa del 50% occorre ridurre la portata fino al 20% di quella di progetto.

Tuttavia, a portate più basse, le prestazioni del calorifero crollano molto repentinamente.

Alterazioni sulla regolazione

Questo comportamento è tipico per tutti i fenomeni di scambio termico come ventilconvettori, scambiatori di calore, tubi radianti ecc. Da questa analisi, si può comprendere che una accurata regolazione della potenza termica è possibile solo grazie ad un preciso e progressivo controllo della portata, e quindi, come vedremo, attraverso l’utilizzo di valvole costruite con una caratteristica adatta a tale scopo.

Riprendendo l’analogia della bilancia, la curva della potenza emessa dal radiatore può essere rappresentata come una scala di lettura alterata dell’indicatore di livello. In tale situazione si può notare come ciascun peso di pari massa aggiunto sulla bilancia abbia un effetto regolante differente rispetto alla situazione tradizionale, con conseguente difficoltà nel raggiungimento della posizione desiderata dall’operatore.

Le valvole con caratteristica lineare sono in grado di far variare la portata proporzionalmente al loro grado di apertura. Pertanto, la percentuale di apertura della valvola corrisponde in ugual misura a quella della portata che la attraversa.

A prima vista, una valvola a caratteristica lineare può sembrare la più adatta alla regolazione: possiede infatti lo stesso comportamento per tutta la corsa. In effetti, questo è vero se lo scopo è esclusivamente quello di regolare la portata. Tuttavia, utilizzando valvole di questo tipo per il controllo della potenza termica, si avrebbero non poche difficoltà di regolazione. Queste valvole infatti ricalcherebbero il comportamento tipico dei fenomeni di scambio termico, e di conseguenza sarebbero costrette a funzionare, con scarsa efficacia, solo a bassi gradi di apertura.

Per compensare la caratteristica termica degli scambiatori e migliorare l’efficacia nella regolazione della potenza, sono state ideate e realizzate dai costruttori valvole ad apertura lenta, comunemente dette equipercentuali.

 

Valvole di questo tipo presentano una curva caratteristica molto piatta a bassi gradi di apertura ma che diventa via via sempre più “ripida” quanto più ci si avvicina all’apertura massima.
In riferimento ai seguenti diagrammi, si può notare come la potenza emessa dal radiatore si dimezza quando è attraversato da una portata pari al 20% di quella massima (diagramma A).

Nella valvola equipercentuale rappresentata, questo valore di portata è raggiunto proprio alla metà della corsa (diagramma B).
In questo modo, come si intuisce dal diagramma risultante (C) sotto riportato, la potenza emessa risulta proporzionale al grado di apertura della valvola. Grazie a questo accorgimento, le valvole con caratteristica equipercentuale sono in grado di sfruttare efficacemente tutta la loro corsa nelle applicazioni in cui è richiesto il controllo dell’emissione termica.