Valvola a tre vie

Che cos'è una valvola a tre vie? 

Una valvola a tre vie è una valvola con tre porte. Queste valvole sono comunemente utilizzate in diverse applicazioni per miscelare o deviare i fluidi. Quando vengono utilizzate per miscelare i fluidi, due flussi di fluido si combinano per formare un unico flusso in uscita. Quando viene utilizzata per deviare i fluidi, un flusso di fluidi viene separato in due flussi in uscita. Una valvola a tre vie è controllata in base alla forma del cursore. Queste valvole sono utilizzate principalmente per cambiare la direzione del flusso del fluido. Le valvole a tre vie sono di due tipi: a T e a L. La valvola a L può aumentare il flusso in un senso o nell'altro o chiuderlo completamente. La valvola a T, invece, può svolgere lo stesso compito della valvola a L, ma senza interrompere il flusso. Le valvole a tre vie sono molto diffuse sul mercato perché consentono di controllare facilmente i percorsi del flusso e la chiusura del fluido in un unico corpo valvola. Inoltre, queste valvole sono economicamente vantaggiose per dirigere il flusso e la chiusura dei fluidi. Le valvole a tre vie sono comunemente utilizzate per limitare completamente il flusso, miscelare il flusso e deviarlo. Le valvole a tre vie sono utilizzate soprattutto in applicazioni ad alta pressione, come l'acqua di alimentazione delle caldaie utilizzate nelle centrali elettriche a vapore, la lavorazione degli alimenti e la separazione di petrolio e gas. 

Figura: Valvola a tre vie.

Come funziona una valvola a tre vie? 

Due tipi comuni di valvole a tre vie sono quelle a L e quelle a T. La valvola a tre vie di tipo L è nota anche come valvola a tre vie deviatrice. Questa valvola devia il flusso da una porta a un'altra ruotando la maniglia (nel caso di valvola manuale) o utilizzando un attuatore rotante a 90^o. Se l'attacco sinistro e l'attacco inferiore vengono aperti per primi, un quarto di giro della valvola in senso antiorario fa sì che la valvola a tre vie devii il flusso del fluido verso l'attacco di uscita. Quando la maniglia o l'attuatore vengono ruotati di nuovo per compiere un giro di 180^o rotazione, blocca il flusso del fluido. Inoltre, se viene girato per fare 270^o giro, continuerà a bloccare il flusso del fluido. Quando la valvola completa 360^o torna alla posizione iniziale. In questo modo, la valvola a tre vie di tipo L ha due porte disponibili contemporaneamente, oltre a poter scegliere tra tre posizioni di flusso e due di chiusura. La valvola a tre vie di tipo T è di tipo miscelatore. Questa valvola funziona per miscelare due flussi provenienti dall'ingresso. Il tipo T può avere tre porte aperte contemporaneamente. Questo aiuta la valvola a separare il fluido in due direzioni opposte. Il design di una valvola a tre vie di tipo T divide il flusso o fa passare il fluido in modo diretto. 

Figura: Configurazioni delle valvole a tre vie di tipo T e L.

Tipi di valvole a tre vie 

Valvola a tre vie tipo L 

Si tratta di una valvola a tre vie utilizzata soprattutto per migliorare il flusso del fluido da una singola porta di ingresso a una delle due porte di uscita. Questo tipo di valvola a tre vie aiuta a deviare il flusso del fluido, per cui è nota come valvola a tre vie deviatrice. 

Figura: Configurazioni delle valvole a tre vie di tipo L.  

Valvola a tre vie di tipo T 

La valvola a tre vie di tipo T viene comunemente utilizzata per miscelare due flussi di fluido dall'ingresso in un unico flusso verso la porta di uscita. Queste valvole sono anche progettate in modo da effettuare la deviazione del fluido, proprio come il tipo L della valvola a tre vie. Il design della valvola a tre vie di tipo T può anche avere un flusso di miscelazione, un flusso di deviazione e un flusso di fluido diretto, a seconda del movimento consentito della maniglia. 

Figura: Configurazioni a T di valvole a tre vie.

Valvola a tre vie flottante 

È un tipo di valvola a tre vie che utilizza una sfera flottante. La sfera è tenuta in posizione dalla compressione di due sedi. La sfera è libera di ruotare all'interno del corpo della valvola. Un galleggiante valvola a sfera a tre vie è in grado di consentire l'intercettazione bidirezionale. Tuttavia, in presenza di una pressione elevata a monte, è difficile azionare la valvola. 

Valvola a tre vie forgiata 

Si tratta di una valvola a tre vie realizzata con il processo di forgiatura. I produttori di valvole a tre vie forgiate utilizzano materiali come le leghe di acciaio per realizzare queste valvole. Il processo di forgiatura rende la struttura dei grani del materiale più raffinata, contribuendo ad aumentare la resistenza del materiale della valvola. Queste valvole hanno una resistenza molto elevata che le rende adatte ad applicazioni ad alta temperatura e ad alta pressione. Inoltre, grazie al metodo di forgiatura, queste valvole hanno una maggiore resistenza a problemi comuni come il ritiro, la porosità e le cricche. 

Valvola a tre vie in fusione

Si tratta di valvole a tre vie realizzate con il metodo della fusione. Questo metodo impiega il metallo fuso per produrre le valvole. Il metallo fuso viene versato in uno stampo di varie dimensioni e forme. Lo stampo viene lasciato raffreddare e solidificare e, dopo il raffreddamento, viene prodotta la valvola. Questo metodo di produzione delle valvole a tre vie fuse presenta il vantaggio di poter realizzare valvole di design, forme e dimensioni complesse. Questo metodo aiuta a produrre valvole con parti critiche come le valvole a tre vie. 

Valvole manuali a tre vie 

Si tratta di valvole che funzionano manualmente mediante l'uso di un volantino o di una leva manuale. La leva meccanica o il volantino contribuiscono a trasmettere la coppia dall'operatore della valvola allo stelo e infine al meccanismo di apertura e chiusura della valvola. 

Valvole a tre vie azionate 

Si tratta di valvole a tre vie che funzionano utilizzando un sistema meccanico che fornisce la coppia per chiudere/aprire la valvola. La fonte di alimentazione di queste valvole può essere pneumatica, idraulica o elettrica.

Componenti delle valvole a tre vie

Corpo valvola 

È il componente di una valvola a tre vie utilizzato per ospitare le parti interne della valvola, come la sede, la sfera e il disco, a seconda del tipo di valvola. Il corpo della valvola contribuisce a migliorare la resistenza della valvola. Il flusso dei fluidi viene controllato attraverso il corpo della valvola. I tubi di una valvola a tre vie sono collegati alla valvola attraverso il corpo della valvola. Il corpo della valvola deve essere molto robusto per contribuire a contenere l'alta pressione e la temperatura associate al flusso del fluido o dei fluidi. La resistenza del corpo valvola dipende dal materiale utilizzato. I materiali metallici come l'acciaio sono noti per essere molto resistenti rispetto ad altri materiali come il PFTE. Il corpo della valvola viene realizzato con metodi di produzione come la fusione o la forgiatura, utilizzando materiali come l'acciaio inossidabile, l'acciaio fuso e l'acciaio legato. 

Cofano 

Il coperchio è un altro componente di una valvola a tre vie utilizzato per trattenere la pressione. Il coperchio è collegato al corpo per garantire una chiusura ermetica della valvola ed evitare perdite di fluido. Il coperchio viene montato sul corpo della valvola mediante viti o bulloni. Il coperchio imbullonato viene utilizzato soprattutto quando la valvola a tre vie funziona a pressioni molto elevate, mentre il coperchio avvitato viene utilizzato per fornire una chiusura ermetica che impedisca la fuoriuscita del fluido. 

Stelo 

Lo stelo è il componente di una valvola a tre vie che viene utilizzato per trasmettere l'energia all'otturatore, al disco o alla sfera per aprire o chiudere la valvola per il controllo del fluido. Lo stelo riceve l'energia dall'attuatore della valvola, dal volantino o dalla leva. In alcune valvole a tre vie, come le valvole a globo o a saracinesca, lo stelo utilizza un movimento lineare per chiudere/aprire la valvola. In altre valvole a tre vie, lo stelo utilizza un movimento rotatorio, come nelle valvole a sfera e a saracinesca. Valvole a otturatore a 3 vie per aprire/chiudere la valvola. 

Sede della valvola 

La sede della valvola è la parte che contribuisce a sigillare lo spazio tra l'otturatore/sfera e lo stelo, a seconda del tipo di valvola a tre vie. 

Trim 

Trim è un termine che si riferisce ai componenti interni di una valvola a tre vie che entrano in contatto con il fluido. Tali parti della valvola a tre vie comprendono la sede, i premistoppa, il disco, la boccola, i distanziatori e la sfera. Questi componenti sono importanti a seconda del tipo di valvola a tre vie, poiché senza di essi la valvola non potrebbe funzionare. 

Attuatore 

L'attuatore è il componente di una valvola a tre vie che fornisce il meccanismo e l'energia per azionare la valvola. L'attuatore è collegato allo stelo e al disco della valvola. L'attuatore può essere manuale con volantino, ingranaggio, leva, catena o essere alimentato da un motore elettrico, pneumatico o idraulico.

Caratteristiche delle valvole a tre vie 

• Chiudere o aprire senza attrito. 
• Utilizza un design con ingresso dall'alto per facilitare l'ispezione e la manutenzione. 
• Necessitano di una coppia ridotta per essere utilizzati con un'impugnatura piccola. 
• Autopulente.
• Hanno un design di tenuta a cuneo. 
• Può deviare il flusso del fluido. 
• Miscelare fluidi a temperature e pressioni diverse in un unico flusso. 
• Assetto bilanciato in grado di esaltare l'elevata portata del fluido. 
• Interrompere il flusso del fluido. 

Selezione/acquisto e dimensionamento di valvole a tre vie 

La scelta di una valvola a tre vie dipende da alcuni parametri/fattori illustrati di seguito.

Fluido controllato 

Fluidi diversi hanno proprietà chimiche diverse, ad esempio sono corrosivi come gli acidi. Tali fluidi devono funzionare con una valvola a tre vie resistente alla corrosione. Se la valvola utilizzata non è in grado di resistere alla corrosione, i suoi componenti interni a contatto con il fluido possono facilmente corrodersi e di conseguenza distruggere la valvola. 

Pressione massima 

Questa è la pressione più alta che la valvola a tre vie deve sopportare. La pressione è una considerazione molto importante, poiché è uno dei parametri che può facilmente danneggiare una valvola e causare perdite. Se la valvola utilizzata non è in grado di sopportare la pressione massima, il corpo della valvola può essere danneggiato. Inoltre, una pressione eccessiva può causare perdite di fluido. Alcuni fluidi sono molto distruttivi e la loro fuoriuscita nell'ambiente può portare a perseguire l'organizzazione che utilizza la valvola. 

Temperatura massima 

Prima di acquistare/selezionare la valvola a tre vie, è necessario conoscere la temperatura di esercizio. Una valvola a tre vie può funzionare al meglio se è realizzata con materiali in grado di resistere alla temperatura di esercizio. Materiali come il PFTE hanno temperature basse rispetto a materiali metallici come la ghisa e l'acciaio inox. Pertanto, una valvola le cui parti interne sono realizzate con materiali a bassa temperatura, come il PFTE e altre materie plastiche o gomma, deve essere utilizzata solo quando la temperatura massima non fonde o danneggia i materiali. Se la temperatura è elevata, il materiale subisce una distorsione termica e quindi si danneggia la valvola. 

Attuatore 

Il tipo di attuatore influisce sulla valvola a tre vie in diverse dimensioni. Alcuni attuatori sono economici, come l'attuatore pneumatico che utilizza aria compressa. Altri attuatori, come il volantino manuale, sono i più economici perché non hanno costi di gestione come gli attuatori elettrici. L'attuatore elettrico è economico da installare, ma i suoi costi di gestione sono elevati. Alcuni attuatori, come quelli pneumatici, idraulici ed elettrici, possono essere automatizzati o semi-automatizzati per ridurre il lavoro manuale. 

Applicazioni delle valvole a tre vie 

• Trattamento dell'acqua. 
• Lavorazione di alimenti e bevande. 
• Industrie farmaceutiche. 
• Trattamento del gas naturale. 
• Separazione dell'aria. 
• Trattamento dell'acqua. 
• Utilizzato per il riscaldamento, la ventilazione e l'aria condizionata. 
• Lavorazione del legno. 

Vantaggi delle valvole a tre vie 

• Bassa resistenza ai fluidi. 
• Leggero, dal design semplice e dal volume ridotto. 
• Tenuta affidabile. 
• Comodità di utilizzo grazie alla possibilità di chiudersi o aprirsi rapidamente. 
• Comodo per la manutenzione grazie al loro design semplice. 
• Ampia gamma di applicazioni. 
• Resistente alla corrosione. 
• Ampia gamma di temperature di esercizio. 
• Ampia gamma di pressioni di esercizio. 
• Lavorare su attuatori manuali, pneumatici, idraulici o elettrici. 
• Economici rispetto al lavoro che possono svolgere. 

Svantaggi delle valvole a tre vie 

• Tendono ad avere un peso elevato rispetto alle altre valvole. 
• Il costo di produzione delle valvole a tre vie tende ad essere più elevato rispetto alle altre valvole, a causa del loro meccanismo di funzionamento coinvolgente. 
• Caduta di pressione. 

Risoluzione dei problemi delle valvole a tre vie 

Perdita della valvola a tre vie 

• Sedili danneggiati. Sostituire i sedili. 
• Superficie della sfera danneggiata. Sostituire la sfera. 
• Chiusura incompleta della valvola. Controllare le impostazioni e i limiti di chiusura/apertura. 
• Il cofano è allentato. Serrare i dadi o le viti del cofano. 

Movimento irregolare della palla 

• Sporcizia tra le sedi e la sfera. Sciacquare più volte l'interno della valvola per rimuovere lo sporco. 

La coppia della valvola è molto elevata 

• Sedile danneggiato. Sostituire il sedile. 
• Temperatura o pressione eccessiva. Assicurarsi che le condizioni di lavoro siano quelle raccomandate dal prodotto a tre vie. produttore di valvole. 
• Sporcizia tra le sedi e la sfera. Sciacquare l'interno della valvola per rimuovere lo sporco. 

Perdita dello stelo 

• Dadi dello stelo allentati. Serrare i dadi dello stelo.
• Guarnizioni dello stelo danneggiate. Sostituire le guarnizioni o sigillare con grasso sigillante. 
• Superfici di tenuta danneggiate. Sostituire la superficie di tenuta. 
• Danno meccanico sullo stelo. Sostituire lo stelo. 

Perdita nella guarnizione del corpo

• Guarnizione danneggiata. Sostituire le guarnizioni. 
• Carico eccessivo dalla tubazione. Verificare l'architettura della tubazione raccomandata dal produttore della valvola a tre vie. 
• Temperatura o pressione eccessiva. Verificare che la temperatura/pressione di esercizio sia quella raccomandata dal produttore della valvola a tre vie. 

Rumore eccessivo dalla valvola a tre vie  

• Dimensionamento errato della valvola. Assicurarsi che le dimensioni della valvola corrispondano alle tubazioni e al carico. 
• Apertura incompleta. Verificare le impostazioni e i limiti di apertura/chiusura.

Sintesi 

Le valvole a tre vie sono valvole dotate di tre porte. Queste porte aiutano le valvole a tre vie a migliorare il flusso variabile nel sistema di tubazioni. Queste valvole vengono utilizzate per l'inserimento/disinserimento, la deviazione e la miscelazione dei fluidi nei sistemi di tubazioni. Se utilizzate come valvole miscelatrici, queste valvole combinano due flussi di fluido per formare un unico flusso di fluido. Quando vengono utilizzate come valvole deviatrici a tre vie, un flusso di fluido viene separato in due flussi di fluido.

Esistono diversi tipi di valvole a tre vie, ma i due tipi principali sono l'attacco a L e l'attacco a T. La valvola di tipo L viene utilizzata per deviare il fluido. La valvola di tipo T viene utilizzata per miscelare e interrompere il flusso del fluido. Le valvole a tre vie sono utilizzate in molte applicazioni, come la deviazione dell'acqua di alimentazione nelle centrali elettriche a vapore, nel settore farmaceutico, nella separazione di petrolio e gas, nel trattamento delle acque e nella lavorazione degli alimenti. 

Le caratteristiche comuni delle valvole a tre vie sono un design semplice e leggero, l'autopulizia e un'ampia gamma di temperature e pressioni. Nella scelta di una valvola a tre vie è importante considerare fattori quali la temperatura di esercizio, la natura del fluido, la pressione nominale e il tipo di attuatore.