Le valvole a farfalla sono ampiamente apprezzate per la loro convenienza e rapidità di azionamento, dove prestazioni di tenuta determina direttamente l'affidabilità e la durata della valvola. Le tipologie di tenuta variano notevolmente, ciascuna adatta a specifiche condizioni operative. Questo articolo esamina le strutture, i materiali e le applicazioni pratiche delle tenute principali.
1. Strutture e funzioni del sigillo centrale
Le guarnizioni delle valvole a farfalla comprendonoanello del sedile e superficie di tenuta del bordo del disco, classificati in due tipi principali:
- Guarnizioni morbide:
Presenta un seduta elastomerica(gomma, PTFE) montato nel corpo valvola o nel disco. La chiusura comprime il bordo del disco (solitamente in metallo) nella sede morbida, deformandolo per una tenuta ermetica.
Vantaggi:Bassa sollecitazione di tenuta, perdite quasi nulle (possibile Classe VI), basso costo, coppia minima.
Svantaggi:Resistenza limitata a temperatura/pressione/agenti chimici; vulnerabile all'erosione e ai danni causati dalle particelle; non adatto a frequenti strozzature. - Guarnizioni rigide in metallo (design a triplo offset – Fig. 1):
Utilizzare sigillature metallo su metallo (ad esempio, acciaio inossidabile, leghe). Elementi chiave della progettazione:- 1° offset: Spostamento dell'asse dello stelo rispetto al centro della tubazione.
- 2° offset: Asse dello stelo spostato rispetto al centro della superficie di tenuta del disco.
- 3° offset (critico):Il profilo di tenuta ad angolo conico consente il contatto lineare/di piccole aree.
Vantaggi:Eccezionale resistenza a temperatura/pressione/erosione/cavitazione; lunga durata; potenziale riutilizzabilità.
Svantaggi:Elevati costi di produzione; elevata sollecitazione di alloggiamento; coppia aumentata; potenziali perdite a bassa pressione (tipicamente Classe IV).
Fig. 1: Struttura della guarnizione metallica a triplo offset
(Visivo: dimostra il contatto della linea conica eliminando l'attrito radente durante il funzionamento)
2. Confronto delle prestazioni chiave
Guarnizioni morbide vs. guarnizioni rigide:
- Temperatura:Le guarnizioni morbide funzionano tra -50°C e 200°C (a seconda del tipo di PTFE/gomma), mentre le guarnizioni metalliche resistono a temperature estreme da -196°C a 600°C+.
- Pressione:Le guarnizioni morbide sono adatte a ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Le guarnizioni metalliche sono adatte a PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
- Perdita:Le guarnizioni morbide raggiungono una tenuta pressoché nulla (Classe VI). Le guarnizioni metalliche raggiungono la Classe IV/V, migliorando sotto alta pressione.
- Compatibilità dei media:Le guarnizioni morbide sono ideali per fluidi acqua/aria/neutri. Le guarnizioni metalliche sono adatte a vapore, idrocarburi, fanghi, fluidi corrosivi e gas caldi.
- Robustezza:Le guarnizioni metalliche offrono una resistenza superiore a particelle, erosione e usura. Le guarnizioni morbide si degradano rapidamente in condizioni di servizio abrasive o con frequenti strozzature.
- Costi e funzionamento:Le guarnizioni morbide sono più economiche e richiedono una coppia minima. Le guarnizioni metalliche richiedono un investimento iniziale e una coppia maggiori, ma garantiscono una lunga durata in condizioni difficili.
- Applicazioni:Le guarnizioni morbide sono utilizzate principalmente nei sistemi HVAC, idrici e di gas a bassa pressione. Le guarnizioni metalliche sono essenziali nella raffinazione, nelle linee del vapore, nei processi chimici e nel settore petrolifero/gas.
3. Materiali della sede di tenuta morbida
La selezione dei materiali definisce i limiti delle prestazioni:
- NBR (gomma nitrilica):Resistente agli oli, agli idrocarburi (da -20°C a 80°C).Utilizzo: acqua, aria compressa, fluidi a base di petrolio.
- EPDM (etilene propilene diene):Resiste all'acqua calda/vapore (<150°C), all'ozono, agli alcali.Utilizzo: Impianti di riscaldamento, alimenti/bevande, aria umida.
- FKM (Fluorocarbon Viton®):Gestisce oli, carburanti, acidi e temperature elevate (da -20°C a 200°C).Utilizzo: lavorazioni chimiche, linee di carburante, mezzi acidi.
- PTFE (politetrafluoroetilene):Chimicamente inerte (da -50°C a 200°C), basso attrito. Utilizzato come:
- Sedili puri:Resistenza alla corrosione, tenuta moderata.
- Sedili rinforzati (vetro/grafite):Migliore resistenza allo scorrimento a freddo.
- Sedili rivestiti (a labbro/a bolla):Combina elasticità e resistenza chimica.
4. Materiali e trattamenti per guarnizioni metalliche
Le prestazioni dipendono dall'abbinamento dei materiali e dall'ingegneria delle superfici:
- Strategia dei materiali:
- L'abbinamento di materiali diversi previene l'usura (ad esempio, acciaio inossidabile vs. Stellite®).
- Durezza della superficie della sede > Durezza della superficie del disco (~HRC 2-5), che rende il disco sostituibile.
- Miglioramenti della superficie:
- Riporto duro:**Stellite 6®(a base di cobalto, HRC 40-50) oI rivestimenti Inconel 625®** (a base di nichel) resistono all'usura e alla corrosione.Soluzione primaria per servizi gravosi.
- Cementazione:La tempra a fiamma/plasma/laser o la nitrurazione (≥HV 1000) aumentano la resistenza all'usura/grippaggio.
- Spray termico: HVOF-applicato WC (carburo di tungsteno) o ossido di cromoI rivestimenti garantiscono un'estrema durevolezza superficiale.
- Leghe esotiche: Hastelloy® o acciaio duplex utilizzato in ambienti altamente corrosivi (costo elevato).
5. Limitazioni e criteri di selezione
Considerazioni chiave:
- Limiti della guarnizione morbida: Deformazione permanente da compressione, incompatibilità chimica (rigonfiamento/degradazione), scorrimento a freddo/creep (PTFE/gomma), danni da particelle.
- Limiti del sigillo rigido: Potenziali perdite a bassa pressione, costo/coppia più elevati.
- Fattori di selezione:Proprietà del mezzo (T, P, corrosività, solidi), requisiti di perdite, frequenza del ciclo di vita, severità operativa e budget.
Conclusione:
La selezione della valvola a farfalla è definita da sinergia struttura-materiale della guarnizione. Guarnizioni morbide(EPDM/NBR/PTFE) sono eccellenti nelle applicazioni acqua/aria a bassa pressione e a basso costo.Guarnizioni morbide FKM o compositi PTFE affrontare i fluidi corrosivi.Guarnizioni metalliche a triplo offset con Stellite®/superfici temprateSono obbligatorie per vapore, idrocarburi, elevati valori di temperatura/pressione (T/P) e flussi erosivi. I materiali a base di nichel sono adatti a condizioni estreme. Una valutazione rigorosa dei parametri operativi e delle proprietà dei materiali è fondamentale; trascurare le specifiche di tenuta comporta il rischio di perdite, guasti prematuri e costosi tempi di fermo.
Data di pubblicazione: 06-08-2025