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Capitolo 2

Attuatori e modalità di regolazione

Capitolo 2 ATTUATORI E MODALITA’ DI REGOLAZIONE

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2.1 Organi di intercettazione e regolazione 1)Rubinetti, 2) Saracinesche, 3) Valvole 1)

La valvola a sfera ripristina la continuità del passaggio

2)


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Perdite di carico: g

vP2

2

ξγ=∆

x/d 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 ξ 0,07 0,26 0,81 2,06 5,52 17 97,8

3)

a) valvola normale; area di passaggio πdH; se tutto aperto πdH= πd2/4; H=d/4.

b) valvola a flusso avviato Normalmente a) ξ = 3 - 4 b) ξ = 1 - 2


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Caratteristiche tecniche delle valvole di controllo Le valvole di controllo costituiscono l’elemento finale di un anello di regolazione automatica. Hanno la funzione di variare la portata di un fluido in base al segnale regolante onde effettuare, sul processo, l’azione necessaria per modificare nel senso opportuno il valore della grandezza controllata. Condividono con il regolatore la responsabilità del successo di una qualsiasi regolazione di temperatura, pressione, portata, livello o altra variabile. La qualità di un controllo automatico, oltreché alla prestazione del regolatore, è pertanto strettamente legata alla accuratezza del funzionamento della valvola pneumatica in funzione dei seguenti requisiti. Linearità degli spostamenti dello stelo rispetto alle variazioni del segnale pneumatico sul diaframma del servomotore. La rigorosa proporzionalità tra corsa della valvola e segnale regolante viene ottenuta sia usando membrane flessibilissime e razionalmente sagomate, in modo da mantenere costante l’aera efficace del diaframma in tutte le esposizioni di lavoro, sia progettando e dimensionando accuratamente le molle di contrasto. Accorgimenti: massima riduzione degli attriti sullo stelo e sull’otturatore, allineamento delle bussole di guida dell’otturatore rispetto alle sedi. Caratterizzazione delle curve di portata. E’ ottenuta mediante opportuna configurazione degli otturatori. La corrispondenza fra corsa dell’otturatore e portata di afflusso deve essere quella richiesta dalle specifiche dell’impianto. E’ necessario un accurato dimensionamento del corpo valvola e dei vari organi per prevenire dannose deformazioni causate dalla temperatura e dalla pressione del fluido oltreché dagli sforzi meccanici trasmessi alla valvola dalle tubazioni. Il dimensionamento delle parti viene effettuato anche in funzione delle dilatazioni termiche onde garantire esatti accoppiamenti degli organi in movimento alle diverse temperature di esercizio e compensare adeguatamente i diversi coefficienti di dilatazione del corpo rispetto all’otturatore. Resistenza all’usura nella sezione ristretta di passaggio tra otturatore e seggio dove il fluido può raggiungere velocità soniche. Si ottiene con la stellitatura delle superfici o con l’impiego di materiali di grande durezza come acciaio inossidabile AISI 440C, carburo di tungsteno e altre leghe speciali. Sono inoltre previste esecuzioni speciali utilizzabili in presenza di fenomeni di cavitazione o per funzionamento con gas e vapori umidi responsabili di una rapida erosione delle superfici.


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Le valvole sono generalmente precedute da un convergente e seguite da un divergente per motivi economici. Gli elementi costituenti una valvola di controllo sono: 1)otturatori, 2) servomotori, 3) premistoppa, 4) corpo valvola 1) Otturatori La caratteristica di regolazione della valvola è determinata dalla variazione della portata in funzione della corsa dell’otturatore. Viene ottenuta sagomando opportunamente l’otturatore, che può essere scelto tra tipi diversi.

a) Otturatore a piattello L’incremento della portata avviene quasi esclusivamente nella prima porzione di apertura dell’otturatore dopo di che ulteriori incrementi della corsa determinano aumenti di portata quasi trascurabili. Per questo motivo l’otturatore a piattello viene anche detto otturatore ad apertura rapida. Viene generalmente usato per controlli tutto-niente e per servizi di intercettazione.

b) Otturatore a caratteristica lineare

Portata

Corsa valvola

Portata

Corsa valvola


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Con questo otturatore si ottiene la linearità tra la corsa dell’otturatore e la portata che quindi risulta proporzionale al grado di apertura della valvola. Il profilo dell’otturatore è normalmente parabolico. Gli otturatori a caratteristica lineare si usano quando la pressione differenziale in esercizio non subisce apprezzabili variazioni oppure in processi con limitate variazioni di portata.

c) Ottruratore a caratteristica equipercentuale

Con questo otturatore ad uguali incrementi della corsa di apertura corrisponde una percentuale costante di aumento della portata a parità di pressione differenziale ad es. (v. fig. 15) passando da 37,5 a 55 % (corsa valvola), si passa dal 10 al 20 % (portata) cioè un incremento del 100%; da 55% a 72,5 % (= 55 + (55-37,5)) vado da 20% a 40% (+ 100%). Ne deriva che la valvola eroga la maggior parte della portata massima nell’ultima frazione di apertura. Gli otturatori equipercentuali vengono usati nelle applicazioni in cui la perdita di pressione del fluido viene prevalentemente assorbita dall’impianto e solo una piccola percentuale di essa rimane disponibile nella valvola; sono anche consigliati quando la portata è fortemente variabile o la pressione differenziale nella valvola subisce ampie fluttuazioni. 2) Servomotori a diaframma Il servomotore o testata pneumatica ha la funzione di trasformare il segnale pneumatico in un movimento uniforme e lineare dell’otturatore della valvola. Viene costruito in due versioni: - Testata diretta L’aumento della pressione dell’aria sul diaframma provoca il movimento dello stelo verso il basso comprimendo la molla di contrasto. In mancanza di aria la molla spinge lo stelo verso l’alto per cui la valvola si apre (valvola ad azione diretta, normalmente aperta) se l’otturatore chiude abbassandosi, oppure si chiude (valvola ad azione inversa, normalmente chiusa) se l’otturatore apre abbassandosi.

Portata

Corsa valvola


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- Testata rovescia La pressione dell’aria esercita una spinta al disotto del diaframma e solleva lo stelo vincendo l’azione della molla. Speciali guarnizioni “O-ring” che non richiedono lubrificazione, garantiscono la perfetta tenuta di aria in corrispondenza dell’asta di comando. Es.: se voglio una valvola N.C. con otturatore che chiude verso il basso (in modo, per esempio, che chiuda in contrasto con il flusso per evitare urti), è necessaria una testata rovescia (di esecuzione più complicata della testata diretta). Costruzione dei servomotori Diaframma in Perbuna internamente intessuta di nylon per garantire la massima flessibilità e resistenza anche a bassa temperatura. Coperchi superiore ed inferiore della camera del diaframma in acciaio stampato con superfici interne ed esterne sottoposte a trattamento antiossidante prima della verniciatura. Molle in acciaio al silicio manganese, con colorazione di identificazione secondo le caratteristiche ed i campi di lavoro. I campi normali delle molle sono 3 ÷15 psi e 6 ÷30 psi; sono inoltre disponibili campi ridotti per interventi sequenziali.

Testata diretta Testata rovescia


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ORDINE SIGLA MATRICOLA

N°SEGGITIPO

PRESS. ARIA

MAT.LE CORPO OTTUR. TIPO

ARIA

PN

GRANDEZ. TESTATA

MAT.LE

DN

Castello in ghisa ad alta resistenza (in acciaio fuso a richiesta), disponibile in varie grandezze e predisposto per il montaggio degli accessori come posizionatore, filtroriduttore, relè di blocco, ecc. Collegamento tra stelo e asta del diaframma mediante avvitamento diretto con dado di bloccaggio in modo da poter agevolmente variare la lunghezza dello stelo durante l’aggiustaggio della corsa. Asta del diaframma, vite di aggiustaggio della molla e vite di regolazione del premistoppa in acciaio sottoposto a trattamento galvanico antiossidante che conferisce all’acciaio una particolare colorazione simile all’ottone. Disco indicatore della corsa in acciaio inossidabile. Piastrina indicatrice della corsa in alluminio anodizzato antiacido con graduazioni millimetriche e con indicazione della posizione di apertura e chiusura della valvola.. Targhetta di identificazione in alluminio anodizzato con i dati caratteristici della valvola, le sigle di riferimento ed il numero di matricola.

Targhetta di identificazione.


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3) Premistoppa Il premistoppa della valvola viene guarnito con materiali diversi in base alle condizioni di esercizio. La guarnitura del premistoppa può essere scelta tra i seguenti tipi: - Anelli in Teflon (standard). Questa guarnitura non richiede il lubrificatore. Può essere impiegata con fluidi alla temperatura massima di 230 °C

Cappello standard con premistoppa guarnito con anelli in teflon - Amianto grafitato costituito da una serie di anelli di amianto impregnato di grafite, adatto per temperature fino a 280 °C; è richiesto il lubrificatore.

Cappello standard con premistoppa guarnito con anelli in amianto grafitato e

provvisto di lubrificatore.


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- Amianto puro composto da anelli in amiantite armata con fili di Inconel ricoperti di mica, adatto per temperatura fino a 450 °C; è richiesto il lubrificatore.

Cappello standard con premistoppa speciale per olio diatermico e provvisto di

lubrificatore. - Per basse temperature (inferiori a –5°C) si usa una prolunga distanziatrice di lunghezza adeguata per permettere coibentazioni di grande spessore sulla tubazione e l’eventuale riscaldamento del premistoppa mediante appositi serpentini a vapore od altri elementi riscaldanti

Cappello con prolunga anticongelante


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- Per fluidi pericolosi, tossici od esplosivi e comunque quando si voglia garantire assenza di gocciolii anche in mancanza di manutenzione, si impiegano soffietti metallici di tenuta sullo stelo, onde evitare in modo assoluto perdite di fluido attraverso il premistoppa.

Cappello con soffietto di tenuta. 4) Corpo valvola I tipi fondamentali dei corpi valvola sono due:

1) a seggio singolo 2) a doppio seggio

Si cercherà di costruire gli orifici interni di diametro uguale al diametro nominale della valvola per avere una portata maggiore possibile. Si possono, tuttavia, trovare valvole con un corpo ed attacchi di diametro superiore a quello richiesto per la sede dell’otturatore. Queste valvole si dicono a passaggio ridotto ed il loro impiego può essere determinato dall’esigenza di una maggiore resistenza meccanica alle sollecitazioni esterne (tubazioni ecc.), minore velocità del fluido in ingresso e uscita, nonché dalla previsione di aumentare la potenzialità dell’impianto, per il quale sarà sufficiente sostuire gli organi interni con altri di maggior diametro. Comunemente i minimi diametri di sede applicabili corrispondono al 50% del diametro nominale di valvola.


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Nelle valvola a doppio seggio le spinte esercitate sull’otturatore doppio dalla differenza di pressione del fluido si annullano quasi totalmente per cui è richiesta una forza minima di comando. A causa della differenza delle dilatazioni termiche tra corpo e otturatore nonché delle deformazioni elastiche dovute alla pressione, diventa tuttavia quasi impossibile ottenere una buona tenuta a valvola chiusa con normali superfici metalliche. Per le valvole a doppio seggio è ammessa una perdita dello 0,5% della capacità massima. Richiedendosi una buona tenuta sarà pertanto necessario impiegare valvole a seggio singolo per le quali la perdita di fluido a valvola chiusa è inferiore allo 0,01% della capacità massima. La tenuta può essere comunque migliorata con particolari operazioni di smerigliatura delle superfici del seggio e dell’otturatore previo indurimento con riporto in stellite, oppure può essere resa perfetta mediante inserti in Teflon o Viton. Nelle valvole a seggio singolo sorge il problema dello squilibrio provocato sull’otturatore dal differenziale di pressione che normalmente viene calcolato moltiplicando l’area del seggio per le differenza massima di pressione tra l’ingresso e l’uscita della valvola. Sovente le spinte esercitate dalla differenza di pressione sull’otturatore sono in tale entità che il servomotore standard non può superarle; oltre ad una testata pneumatica di maggior diametro e quindi di maggior potenza è possibile, quando necessario, applicare anche un posizionatore che amplifichi il segnale regolante. Per le valvole che devono chiudersi in mancanza di aria vengono previste molle di forza sufficiente a contrastare la spinta che la pressione d’ingresso esercita sull’otturatore. Per evitare il fenomeno del trascinamento ed urto in chiusura le valvole a seggio singolo vengono installate con flusso tendente ad aprire l’otturatore. Quando è richiesta la tenuta e quando, a causa del forte differenziale di pressione, i servomotori disponibili non hanno potenza sufficiente ad azionare valvole a seggio singolo, si dovranno impiegare valvole a doppio seggio nelle quali la tenuta verrò migliorata con inserti di materiale soffice sempreché la temperatura e la pressione di esercizio lo permettano, oppure valvole a semplice seggio con otturatore equilibrato. L’otturatore a doppio fungo bilancia quasi interamente gli squilibri dovuti al differenziale di pressione del fluido per cui le valvole a doppio seggio generalmente non richiedono servomotori maggiorati anche con alte pressioni differenziali. Mentre lo squilibrio sull’otturatore a valvola chiusa è di valore ridotto, essendo dovuto alla lieve differenza di diametro tra il seggio superore e quello inferiore per motivi meccanici di montaggio si dovrà tener presente che in apertura si verificano degli squilibri dinamici che particolarmente con liquidi e in presenza di forti differenziali di pressione, possono raggiungere valori considerevoli e notevolmente superiori allo squilibrio statico.


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A seggio singolo A doppio seggio

Miscelatrice Deviatrice


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Materiali da costruzione di corpi e connessioni. Nella maggioranza le valvole costruite con corpo in ghisa (ASTM A126 classe C) ed in acciaio al carbonio (ASTM A216 Gr. WCB). I limiti di resistenza alle varie temperature e la corrispondenza con le norme ANSI sono indicati nel diagramma della pagina successiva. Per temperature inferiori a –30 °C e per temperature superiori a 430 °C viene usato acciaio inossidabile AISI 316 (ASTM A351 Gr. CF8M) compresi i bulloni del corpo. Per fluidi corrosivi vengono impiegati l’acciaio inossidabile AISI 316, il nichel, il Monel e altri materiali. L’acciaio legato al cromo-molibdeno ASTM A217 Gr. C5 viene impiegato per alte temperature e quando le condizioni di esercizio possono dar luogo a fenomeni di erosione, come ad esempio con condensa ad alta temperatura. Gli organi interni delle valvole sono normalmente in acciaio inossidabile AISI 316. Se la pressione differenziale attraverso la valvola supera 10 bar è necessario rivestire la sede e l’otturatore con materiali di maggiore durezza come la stellite oppure costruire le parti in acciaio inossidabile AISI 440C indurito per resistere all’erosione e ad eventuale cavitazione. Con particolari fluidi, come ad esempio vapore o condense calde, l’indurimento degli organi interni è raccomandato anche con pressioni differenziali minori. Per servizi ad alta temperatura, generalmente oltre i 300°C, oppure con condensa o liquidi evaporanti si raccomanda il rivestimento con stellite anche dei perni e delle bussole di guida dell’otturatore.

TIPO DI COSTRUZIONE A –std- B C D E Corpo-cappello-flangia cieca-alette-estensione Ghisa o acciaio al carbonio o acciaio inossidabile o acciaio legato

Otturatore Acciaio inoss.leAISI 316

Acciaio inoss.leAISI 316 Stellitato


Acciaio inoss.le 440°C

Acciaio inoss.le AISI 316

Sedi Acciaio inoss.leAISI 316



Acciaio inoss.le AISI 316 Stellitato


Stelo Acciaio inoss.leAISI 316

rullato

Acciaio inoss.leAISI 316

rullato

Acciaio inoss.leAISI 316

rullato


rullato


rullato Bussole di guida Acciaio inoss.le

Indurito Acciaio inoss.le


Stellitato Acciaio inoss.le


Indurito Perni di guida otturatore Acciaio inoss.le

AISI 316 Rullato

Acciaio inoss.leAISI 316 Rullato


Acciaio inoss.le 440°C

Acciaio inoss.le AISI 316 Rullato

Lanterna del premistoppa Acciaio Zincato

Acciaio Zincato

Acciaio Zincato

Acciaio Zincato


Vite di regolazione del premistoppa

Acciaio Zincato

Acciaio Zincato

Acciaio Zincato

Acciaio Zincato


Bulloni del corpo Acciaio Classe 8G

Acciaio Classe 8G

Acciaio Classe 8G

Acciaio Classe 8G

Acciaio classe 8G(acciaio inoss.le AISI 316 a rich)

Guarnizioni del corpo Amiantite Amiantite Amiantite Amiantite Amiantite Teflon a richiesta


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Guide degli otturatori: vengono impiegati otturatori con guida superiore ed inferiore onde assicurare la massima resistenza e la migliore stabilità alle sollecitazioni statiche e dinamiche del fluido: gli otturatori guidati si rendono comunque indispensabili allorché la pressione differenziale supera 5 bar e le temperature in gioco sono piuttosto elevate.

Diagramma di equivalenza delle norme UNI e ANSI


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Valvole a sede semplice

1A 1B 2A

1) Otturatore che chiude abbassandosi

A) Valvola normalmente aperta (N.A.) testata diretta B) Valvole normalmente chiusa (N.C.) testata rovescia

2) Otturatore che apre abbassandosi

A) Valvola N.C. testata diretta


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Valvole a sedi doppie

1 2 3 1) Testata diretta (N.A.) 2) Testata diretta (N.C.) 3) Testata rovescia (N.A.)


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Valvole a tre vie miscelatrici Sono costituite da un corpo valvola del tipo 1) e da un adattatore che sostituisce la flangia cieca

Testata diretta Testata rovescia In mancanza d’aria chiude la via In mancanza d’aria apre la via dritta ed apre la via a squadra dritta e chiude la via a squadra


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Valvola a tre vie deviatrici

Testata diretta Testata rovescia In mancanza d’aria apre la via In mancanza d’aria chiude la via dritta e chiude la via a squadra dritta ed apre la via a squadra


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Progetto e dimensionamento delle valvole 1) Scelta del tipo di otturatore: si sceglie l’otturatore avente caratteristica che meglio si adatta al tipo di regolazione richiesto. In figura sono riportati vari tipi di otturatore con le rispettive caratteristiche (curve corsa-portata).

2) Dimensionamento del corpo valvola: viene effettuato usando il coefficiente di portata CV in unità americana che rappresenta la quantità di acqua a 15 °C in galloni USA che passa in un minuto attraverso la valvola con una pressione differenziale di 1 psi. (1 gallone = 3,785 x10-3 m3, 1 psi = 703,1 mm c.a.).


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Le formule sotto riportate permettono di determinare il coefficiente di portata CV partendo dalle condizioni di esercizio del fluido espresse in unità metriche (in unità metriche il coefficiente si esprime come Kv, portata in m3/h che fluisce per una differenza di pressione di 1 bar). Per determinare il diametro di passaggio (diametro nominale seggio) della valvola si deve calcolare il coefficiente CV in base alle condizioni effettive di esercizio del fluido e, in funzione del tempo di otturatore scelto, si determina il diametro di passaggio con la tabella del CV riportata in corrispondenza delle varie versioni di valvola. Si introduce nella formula la massima portata richiesta ma, per ottenere una buona precisione di regolazione ed evitare pendolazioni, non si deve sovradimensionare la valvola. Solo per gli otturatori equipercentuali il CV calcolato dovrà risultare circa il 60-65% di quello tabulato. Calcolo di Cv: LIQUIDI La seguente formula vale per liquidi che non presentano fenomeni di rievaporazione

pdQCV ∆

= 17,1

Dove: Q = portata in m3/h alla temperatura di esercizio D = peso specifico del liquido in kg/dm3 alla temperatura di esercizio

(acqua= 1 a 15 °C) ∆P = pressione differenziale in bar Fattore di correzione per liquidi viscosi In caso di liquidi viscosi, moltiplicare i CV calcolati con la precedente formula per i seguenti coefficienti in base alla viscosità in gradi Engler:

2 °E – coeff. 1,06 5 °E – “ 1,18 10 °E – “ 1,28 15 °E – “ 1,32 30 °E – “ 1,38 50 °E – “ 1,47 100 °E – “ 1,60 150 °E – “ 1,68


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VAPORE 1° caso: pressione assoluta a valle superiore al 50% della pressione assoluta di ingresso nella valvola

116 pPQCV∆

=

Dove: Q = portata in kg/h ∆p = pressione differenziale in bar P1 = pressione assoluta vapore all’ingresso della valvola in bar 2° caso: pressione assoluta a valle inferiore al 50% della pressione assoluta di ingresso nella valvola (efflusso critico)

110PQCV =

Nota – Le formule di calcolo indicate per il vapore si riferiscono a vapore saturo. Fattore di correzione per vapore surriscaldato Per vapore surriscaldato, moltiplicare i Cv calcolati con le due formule precedenti per i seguenti coefficiente in base alla temperatura di surriscaldamento:

25 °C - coeff. 1,03 50 °C - “ 1,06 100 °C - “ 1,12 150 °C - “ 1,18 200 °C - “ 1,24 250 °C - “ 1,30 300 °C - “ 1,36 350 °C - “ 1,42

la temperatura di surriscaldamento è la differenza di temperatura in °C tra vapore surriscaldato e vapore saturo alla pressione di ingresso nella valvola.


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GAS 1° caso: pressione assoluta a valle superiore al 50% della pressione assoluta di ingresso nella valvola

2380 pPdTQCV ∆

=

Dove: Q = portata in Nm3/h ∆p = pressione differenziale in bar P2 = pressione assoluta del gas a valle della valvola in bar d = peso specifico del gas relativo all’aria (aria = 1). Es. metano = 0,5545 T = temperatura assoluta (t + 273) in °C. 2° caso: pressione assoluta valle inferiore al 50% della pressione assoluta in ingresso nella valvola (efflusso critico).

dTP

QCV1205

=

Dove: P1 = pressione assoluta del gas all’ingresso nella valvola in bar. Avendo scelto il tipo di otturatore e calcolato Cv si entra in una tabella come quella di seguito, riportata a fine paragrafo, tratta dal Catalogo della Jucker, ottenendo in uscita il tipo di corpo valvola ed il diametro nominale del seggio. 3) Dimensionamento dei servomotori a diaframma La tabella riportata a fine paragrafo evidenzia le caratteristiche di nove servomotori sempre di produzione Jucker. Nota la pressione differenziale sull’otturatore, e l’area nominale del seggio, è nota la forza che agisce sullo stelo (verifica resistenza dello stelo) e, quindi, la forza necessaria per chiudere completamente la valvola (dimensionamento servomotore in base alla pressione di comando, area utile diaframma, forza molla di contrasto ecc.). I cataloghi riportano, per ogni tipo di valvola, tabelle del tipo di quella riportata sempre a fine paragrafo, che fornisce utili indicazioni per una corretta scelta della valvola stessa


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Esempio: si vuole dimensionare una valvola a sede semplice, N.A. con otturatore P.L. che chiude abbassandosi (servomotore a testata diretta) per una condotta di acqua alle seguenti condizioni di progetto:

1) Portata Q = 100 m3/h. 2) Densità (alla temperatura di progetto t = 15°C) d = 1 kg/dm3 3) Pressione differenziale ∆P = 8 bar

Risulta: Cv= 41,4. Dalla prima tabella a fine paragrafo con otturatore PL, valvola a sede semplice si prende il Cv immediatamente superiore (Cv = 48) che indica un D.N. seggio= 2” = 2,54 x 2 cm = 5,08 cm a tale D.N. corrisponde un’area A = 20,3 cm2, la spinta minima sullo stelo sarà 20,3 x 8 = 162,4 kg. La pressione di comando varia fra 3÷15 psi, ovvero fra 0,21÷1,05 bar Dalla tabella relativa alla valvola in questione riportata a fine paragrafo, risulta che il servomotore più piccolo utilizzabile è il 300/1 (avendo, per un diametro di seggio di 2”, la max pressione differenziale ammissibile = 9 bar > del ∆p di progetto). Si verifica che il 300/1 ha un carico ammissibile sullo stelo di 630 Kg > dei 162,4 che dobbiamo (al minimo) esercitare sull’otturatore, e che il servomotore stesso è in grado di esercitare una spinta sull’otturatore massima = 1,05 bar x 440 cm2 ≅ 462 Kg > 162,4 (risulta, inoltre, 462< 630 essendo la PMAX di comando = 1,05 bar < 1,4 bar ammissibili).


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2.2 Valvola a regolazione continua.

Nell’impianto sperimentale in esame è stata montata in una seconda fase anche una valvola con caratteristiche piuttosto particolari che andremo a descrivere. Con questa valvola, oltre a poter fare acquisizione, è possibile fare anche regolazione, visto che dispone di un posizionatore elettropneumatico che può ricevere il comando sia dall’esterno (da un PC ad essa collegato) sia da un microprocessore interno. In questa sezione ci limiteremo a descriverne le potenzialità senza addentrarci troppo nelle funzioni di regolazione.


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La valvola nella foto, modello 2632, con terminale filettato e collegamento al processo con sede inclinata ha la seguente caratteristica:

0102030405060708090

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16

mc/h

Gra

do d

i ape

rtur

a

in cui viene evidenziata la portata in funzione del grado di apertura per una differenza di pressione fra monte e valle di un bar. Dal disegno sotto riportato si possono invece rilevare le dimensioni della valvola modello 2632 con posizionatore 1067 e trasduttore di posizione.


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Principio di funzionamento

In figura 1 è mostrato lo schema di funzionamento del posizionatore di una valvola di controllo con pistone. Un trasduttore a ritorno di posizione, collocato all’esterno, è inserito in questo caso per misurare la posizione attuale dell’otturatore.

Figura 1. Diagramma operazionale

Grazie alla presenza di un microprocessore, è possibile calcolare l’errore

istantaneo e definire la funzione di regolazione (PID o altro) in base alla quale posizionare l’otturatore. Pertanto è possibile scegliere se controllare il processo esclusivamente con l’utilizzo di circuiti interni alla valvola o se avvalersi di un PC esterno. Come rappresentato nel diagramma operazionale la posizione effettiva dello stelo otturatore, trasmessa dal trasduttore di posizione, viene confrontata nel posizionatore con quella desiderata. Quest’ultima, come accennato, può essere definita o da un controllo esterno (per esempio un PC) o da un controllo di processo interno. Nel primo caso il dispositivo lavora solo come controllore di posizione, nel secondo il


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controllore di processo deve confrontare il valore di riferimento con quello reale comunicato da un apposito trasduttore e trasformare l’input dato dall’eventuale errore in un valore cui va a corrispondere una posizione desiderata. Il posizionatore fornisce quindi in uscita un segnale per le valvole elettromagnetiche (valvole a solenoide) che variano la posizione del pistone in funzione dell’errore rilevato.

In fig.2 è rappresentato il flusso delle variabili nel caso di un controllo di posizione. Il controllore, tramite il microprocessore, effettua in questo caso una regolazione Proporzionale Derivativa (non Integrale perché risultando in serie alla regolazione integrale del PC, potrebbe dare effetti di instabilità). Il PWM (pulse-width modulation) è un elemento che modula pulsazioni di una certa larghezza d’onda, è connesso all’output del controllore e in base alla presenza di errori negativi o positivi aziona B1 ed E1 (fig.2) che gestiscono aria in ingresso ed in uscita. Figura 2: controllo di posizione

Figura 3: controllo di processo

In figura 3 si fa ricorso al controllore di processo interno che effettua una regolazione di tipo Proporzionale Integrale Derivativa (va a sostituire il PC esterno) e che poi si avvale del noto controllore di posizione per agire sulle valvole elettromagnetiche e gestire la presenza di variabili di disturbo rappresentate da Z1 e Z2.


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3.12.1 Analisi delle caratteristiche:

Schema delle connessioni elettriche

Da questo schema è evidente come sia semplice determinare le connessioni elettriche: analizzandole nel particolare si vede che le prime tre connessioni servono a definire un segnale in ingresso di tipo tensione o corrente, nel caso di controllo di posizione; l’ingresso 4 e 5 sono per un input in corrente nel caso di un controllo di processo; il 6 e 7 danno la possibilità di un input digitale; l’8 e 9 danno il segnale in uscita (tensione, corrente o digitale); il terminale PE, numero 10, è la messa a terra, va usato un cavo il più corto possibile (max 30 cm) per assicurare compatibilità elettromagnetica (EMC); infine abbiamo la connessione di potenza.

Segnale di input per posizione attuale

Set position (nel caso di controllo di posizione)

Setpoint (nel caso di controllo di processo)

24 VDC

Output (opzione)

PE

Potenza

I 1

U 1 GND 1

I 2

GND 2

I/O 1

I/O 2

I/O 3

I/O 4

+24V

-

4..20mA

0/4..20mA 0..10V

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


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Menù di configurazione


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Analisi delle principali funzioni di regolazione della Bürkert.

X-SENS (fattore di settaggio: DIRECT): specifiche sul tipo di trasferimento informazioni tra l’elemento sensibile della valvola ed il sistema di misura.

Opzioni:

DIRECT: Esiste una relazione lineare tra la posizione dell’elemento sensibile ed il segnale che va al feedback.

LEVER: Esiste una relazione sinusoidale (lineare in rotatorio o viceversa) tra la posizione dell’elemento sensibile ed il segnale che va al feedback.

INPUT (fattore di setting 4-20 mA): Specifica l’unità del segnale selezionato

Opzioni:

4-20 mA: usa un’ unità di segnale in ingresso di 4-20 mA 0-20 mA: usa un’ unità di segnale in ingresso di 0-20 mA 0-10 V: usa un’ unità di segnale in ingresso di 0-10 V

ACTUATE (fattore di setting SINGLE,INTERN): Tipologia dell’attuatore della valvola.

Opzioni:

SINGLE INTERN: usa un attuatore a semplice effetto DOUBLE: usa un attuatore a doppio effetto

CHARACT –characteristic- (fattore di set: LINEAR): Caratteristica determinata dall’utilizzatore

Questa funzione addizionale abilita una curva caratteristica nel caso di

necessità di correzione sulla curva di funzionamento Q = f (s), che rappresenta


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la relazione tra la parte di flusso Q che fluisce attraverso la valvola e la sua corsa s. Il tutto per ottenere una curva di funzionamento reale soddisfacente le esigenze di regolazione.

Esistono sia una curva caratteristica lineare, che diverse equipercentuali con un rapporto di controllo di 1:25, 1:50, 50:1, 25:1. E’ anche possibile programmare una curva caratteristica secondo esigenze molto particolari.

Opzioni:

LINEAR Curva caratteristica lineare 1:25 Curva caratteristica equipercentuale con rapporto di controllo

1:25 1:50 Curva caratteristica equipercentuale con rapporto di controllo

1:50 25:1 Curva caratteristica equipercentuale inversa con rapporto di

controllo 25:1 50:1 Curva caratteristica equipercentuale inversa con rapporto di

controllo 10:1 FREE Curva con caratteristica liberamente programmabile basata

sui punti di programmazione temporanei Input della curva caratteristica liberamente programmata La curva caratteristica è definita per mezzo di 21 punti di programmazione distribuiti uniformemente sul campo di posizionamento del set tra 0 e 100 %. Questi sono spaziati del 5%. Una corsa liberamente selezionabile (campo 0 .. 100%) può essere assegnata ad ogni punto. La differenza del valore della corsa di due punti adiacenti non può superare il 20% Per inserire la curva caratteristica dunque bisogna selezionare la voce FREE, poi con i tasti freccia vario il valore della corsa per ogni punto indicato e con il tasto M/A conferma.


103

DEADBND –deadband- (fattori di setting 0,5%): Banda morta attorno alla deviazione del sistema permette all’attuatore di rispondere solo dopo una specifica deviazione del sistema. Ciò protegge le servovalvole.

Campo Massimo 5% relativo alle corse. Il limite inferiore è definito dall’AUTOTUNE

CLTIGHT - closet tight function - (fattore di setting 0,5%): Assicura che la valvola sia perfettamente chiusa fuori dal campo di controllo

Campo di settaggio 0,0 … 10,0% (applicato ad entrambi gli estremi come in figura)

DIRECTN –direction- (fattore di setting WPOS (posizione desiderata) = RISE, XPOS (posizione attuale) =RISE): Senso o direzione dell’azione

Tramite la funzione Rise o Fall associata a WPOS il senso di azione tra il segnale di input ed il set point (WPOS) può essere settato, ed anche tramite l’XPOS l’assegnazione di stato aria pieno dell’attuatore A1 al valore indicato (XPOS)


104

Figura 4 Figura 5

SPLTRNG –split range- (fattore di set MIN 0%, MAX 100%): Divisione del campo d’azione. Dà la possibilità di restringere il campo del valore di set fornendo un

valore minimo ed uno massimo ed in più di dividere il campo dell’unità del segnale sui vari posizionatori (con o senza sovrapposizione). In questo modo diverse valvole possono essere parzialmente usate o simultaneamente o in sequenza come un elemento finale di controllo. Figura 6

Campo di settaggio

MIN: 0 ... 75% del campo dell’unità di segnale


105

MAX: 25 ... 100% del campo dell’unità di segnale La distanza minima tra min e max è almeno del 25%

X-LIMIT (fattore di set XMIN: 0%, XMAX:100%): Corsa limite

Limita la corsa (fisica) tra due valori min e max. Nella modalità automatica il campo delle corse è settato al 100%. In quello manuale la corsa è visualizzata (perciò può sorgere una differenza tra la corsa visualizzata in modo normale o in automatico) Campo di settaggio

XMIN 0 ... 50% della corsa totale XMAX 50 ... 100% della corsa totale

La distanza minima tra XMIN ed XMAX è 50%

X-TIME (fattore di set OPN FAST, CLSFAST): Setta il limite di velocità

Opzioni

OPNFAST (apri velocemente) L’apertura della valvola di controllo avviene alla massima velocità di controllo OPNSLOW (apri lentamente) Limita la velocità max di apertura della valvola CLSFAST (chiudi velocemente) La chiusura della valvola avviene alla massima velocità CLSSLOW (chiudi lentamente) Limita la massima velocità di chiusura della valvola

PCONTRL (Controllo di processo): Configurazione del controllore di processo SETPOINT (fattore di set: EXTERNAL): Preseleziona il valore desiderato


106

INTERN: Il valore desiderato può essere inserito con i tasti freccia

EXTERN: Il valore desiderato viene selezionato col segnale di input standard PARAM: setta i parametri per il controllore di processo PID

KP: (valore di correzione proporzionale o amplificazione) Campo di settaggio: 0 … 99,99 (fattore di set 1,00) TN: (tempo di reset) Campo di settaggio: 0,5 … 999,9 (fattore di set 999,9) TV: (tempo di reset) Campo di settaggio: 0,0 … 999,9 (fattore di set 0)

CODE (fattore di set: 0000) Il posizionatore può essere protetto da operazioni non autorizzate tramite un codice a quattro cifre. Sono disponibili sue livelli di protezione. MENU+M/A: tutte le funzioni protette dal codice MENU: accesso alla configurazione menu ristretta. I cambiamenti

MENU/AUTO e quello dei valori di processo sono liberi.

Campo di set 0000 … 9999

ADDFUNCT (funzioni addizionali) Dà la possibilità di inserire le funzioni addizionali nel menu principale e di toglierle da questo. AUTOTUNE Parametrizzazione automatica. Abilita il programma che adatta automaticamente l’attuatore alla valvola con le seguenti funzioni: - I parametri di segnali PWM sono determinati al fine di controllare le

valvole magnetiche interne. - I parametri del controllore di posizione sono messi a punto.

Questo settaggio automatico dei parametri è completato in 30 – 120 secondi END fine del menù di configurazione

La versione del software è visualizzata sul margine destro del display. Cliccando il tasto M/A si chiude la configurazione e si passa all’altro livello.


107

2.3 SCHEMI DI REGOLAZIONE ED INSTALLAZIONE

Le figg. 1 e 2 riportano gli schemi di installazione di apparati di regolazione alimentati con aria compressa (A.C.). Il segnale alimentare così come quello regolante può essere elettrico. I fattori che influenzano la scelta del sistema di trasmissione (elettrico e pneumatico) sono molteplici. Fra i tanti ricordiamo le distanze fra apparati di misure ed organi di trasmissione e/o regolazione, fra regolatori (o regolatori-ricevitori) ed attuatori, gli sforzi esercitati sugli organi di attuazione ecc. (trasmissione pneumatica: la distanza fra apparato di misure – organo di trasmissione è di qualche metro; la distanza fra regolatore ed attuatore può essere maggiore: 20÷30, fino a 50 m).

Fig. 1

Fig. 2

R

S

Organo Regolatore

Linea di A.C. stabilizzata (a 20 p.s.i.) Alimentazione

A.C. 3-10 bar Stabilizzatore

Segnale Regolante

Apparato di misura

Attuatore

T

R

S Apparato di misura Ricevitore

Regolatore

Attuatore

Stabilizzatore

Alimentazione A.C. 3-10 bar

Linea di A.C. stabilizzata (a 20 p.s.i.)

Segnale Regolante

Trasmettitore

Segnale di Trasmissione

Strumento Registratore

Strumento Indicatore


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La fig. 1 illustra il caso in cui lo strumento regolatore venga installato vicino al punto di rilevazione; viceversa in fig. 2 il punto di rilevazione risulta distante dallo strumento regolatore. I segnali comunemente trasmessi all’attuatore sono:

0 ÷20 mA 0 ÷20 mV in codice elettrico 4 ÷20 mA 3 ÷15 p.s.i. in codice pneumatico

Si trovano, però, frequentemente usati segnali anche in campi diversi a seconda delle necessità. E’ opportuno che, ove possibile, il segnale minimo (sia in codice elettrico che pneumatico) non sia sullo zero, in modo da poter distinguere il segnale minimo stesso da un’eventuale mancanza di energia in rete. In seguito, per semplicità, gli schemi di installazione di figg. 1 e 2 si intenderanno sottintesi.

Semplice retroazione

Fig. 3

Il sistema illustrato in fig. 3 è detto di semplice retroazione. E’ sensibile ai disturbi di alimentazione o di processo solo in uscita e bene si applica se la risposta avviene in tempi brevi e la retroazione non è troppo rapida.

Retroazione e previsione

Nel punto A viene prelevato il segnale di previsione (feed forward) ed inviato ad un regolatore secondario Rs. Nel punto B si preleva il segnale di retroazione (feed back) che viene inviato al regolatore primario Rp. Da Rp ed Rs i segnali giungono ad un relè pneumatico (RLP) che, confrontandoli, produce un segnale in uscita (per es. può essere tale da far passare il più basso o il più

PROCESSO

REGOLATORE

Variazioni di carico, disturbi

SET-POINT

Segnale di controllo

Alimentazione (variazioni e disturbi)

Segnale di misura

Uscita variabile regolata


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alto) che viene inviato all’attuatore. Questo sistema è usato quando si verifichino sensibili disturbi sull’alimentazione e quando la velocità di semplice retroazione non consenta di ottenere una buona stabilità. Rs sarà di tipo proporzionale (P) o proporzionale derivativo (PD).

Fig. 4

Controllo in cascata

Fig.5

In questo caso il processo è individuato da 2 fasi (I e II) fra le quali si preleva unavariabile intermedia (A) che viene inviata ad un regolatore sub-master (RSM) il c ui setpoint è dato dall’uscita del regolatore master (RM) che preleva il segnale da B (variabile controllata). Mentre RM può essere P.I. o, se il processo lo richiede, P.I.D., è opportuno che RSM sia uno strumento sensibile, veloce, ed ad alto guadagno; generalmente è un P. a banda stretta. Vediamo alcuni esempi. Dati i due serbatoi collegati in serie come in fig. 6, si voglia controllare il livello del serbatoio II.

RS RLP

PROCESSO

RP

A B

I

RSM

PROCESSO

Set-point manuale

RM

IIA B


110

Fig. 6

Il sistema si dice a due costanti di tempo

Fig. 7

La semplice retroazione indicata in fig. 7 fa si che il regolatore di livello RL senta le variazioni di livello nel serbatoio II (x) con grande ritardo rispetto all’intervento di regolazione (il risultato della regolazione giungendo a II con ritardo). Il rischio è quello di avere correzioni eccessive provocando pendolazioni. Tale sistema non consente di avvertire disturbi sull’alimentazione.

Fig. 8

I II

I II

RL

X

I II

RL

X

RP


111

La fig. 8 indica un sistema di previsione e retroazione. Il regolatore di livello (master) RL fornisce il set ad un regolatore di portata RP (sub-master) che preleva un segnale dall’alimentazione (previsione). RP controlla l’attuatore in modo che la variabile controllata (x) non venga apprezzabilmente influenzata dai ritardi e da disturbi dell’alimentazione. In fig. 9 vediamo il controllo in cascata.

Fig. 9

In questo caso si fornisce il set pneumaticamente al regolatore sub-master RL1 mediante il master RL2. Confrontando i due ingressi RL1 fornisce il segnale all’attuatore. Il sistema consente di ovviare a problemi di ritardi, ma non ha una risposta pronta ai disturbi sull’alimentazione. Vediamo alcuni altri esempi di regolazione in cascata. In fig. 10 è schematizzata la regolazione di temperature in una colonna di distillazione. All’evaporatore E confluiscono l’ingresso primario I e quello di ricircolo proveniente dalla base della torre. Il livello in E viene controllato da RL tramite la valvola Va di alimentazione, mentre la temperatura viene controllata dal regolatore (master) RT1 nel piatto più significativo della torre.

I II

RL2

X

RL1


112

Fig. 10

Il segnale di uscita di RT1 fornisce il set pneumatico a RT2 (sub-master) che controlla la temperatura del vapore in E, intervenendo sulla linea di alimentazione del vapore primario. In questo modo sono limitate le influenze che i disturbi sull’alimentazione provocherebbero sulla variabile finale controllata; sono pure limitati i ritardi della regolazione rispetto al solo controllo di temperatura nella torre RT1 sarà PI o PID. In fig. 11 vediamo lo schema di regolazione di uno scambiatore istantaneo alimentato a vapore. Generalmente lo portante ? di acqua sono piuttosto variabili, ma anche se così non fosse il sistema con sola regolazione di temperatura (RT) avrebbe forti ritardi a causa del lungo percorso dell’acqua stessa al secondario. Anche qui il master RT fornisce il set al regolatore di pressione RP che agisce sull’alimentazione del vapore previo confronto col segnale di pressione prelevato dallo scambiatore.

Va

Torre di frazionamento

RT1 RT2

RL SC

Set pneumatico

Vapore

E


113

Fig. 11 In taluni casi può essere opportuno l’inserimento di un amplificatore o di un invertitore di segnale sulla linea che va all’attuatore. Tale necessità va vista in relazione alla scelta del servomotore pneumatico dell’attuatore (che può essere ad azione diretta od inversa, ecc..).In fig. 12 è riportato lo schema di regolazione (sempre in cascata) della pressione in una rete di distribuzione di gas.

Fig. 12

RP RT

RL

Vapore

H2O Condense

H2O

RP2

RP1

SET

Rete di distribuzione a bassa pressione

TP

Trasmissione elettrica

A

VR

Casa o alta pressione


114

Dato che la distanza fra il punto A di controllo pressione in rete può essere molto distante dal ricevitore RP2 (master), fino a qualche chilometro, si utilizza un trasmettitore TP in codice elettrico. RP2, come per gli altri esempi, fornisce il set ad RP1 (sub-master), che confrontando la pressione all’inizio della distribuzione, agisce sul riduttore VR. Regolazione di rapporto (pseudo-cascata)

Fig. 13 Quando esistono due processi I e II in parallelo (fig. 13) di cui il primo (I) si debba regolare in dipendenza dell’uscita dell’altro (II), così che i due processi possano avanzare con le modalità volute, si può ricorrere alla regolazione di rapporto. Il segnale della variabile II viene inviato ad un relè di calcolo RLC. Tale relè, provvisto di set manuale ha lo scopo di moltiplicare il segnale per un fattore maggiore o minore di 1, in modo da fornire in uscita un segnale che andrà a posizionare il set del regolatore RI. Per ciò che riguarda strettamente il processo I, notiamo che esso è regolato con un sistema a semplice retroazione. Valgono, quindi, le osservazioni già viste in tale paragrafo, aggiungendo, però, il fatto che, anche veloci variazioni del set in RI sono determinanti per la instabilità del sistema.

PROCESSO I

PROCESSO II

RI

RLC Set manuale

X

Set pneumatico

Variabile II

Variabile I


115

Regolazione in cascata di rapporto.

Fig. 14

Tale regolazione risulta dalla combinazione delle due regolazioni di rapporto (fig. 13) e in cascata (fig. 5). La presenza di un processo II in parallelo al processo I ci induce ad utilizzare un relè di calcolo RLC dove prima (fig. 5) avevamo un regolatore master RM, e questo per poter avere un’influenza opportuna del processo II sul processo I. Rispetto alla regolazione di rapporto, sono ridotti i problemi di stabilità derivanti dall’anello di semplice retroazione.

Regolazione selettiva (o di sicurezza).

Quando si vogliano controllare più variabili all’uscita di un processo, mediante lo stesso organo regolatore, si ricorre spesso alla regolazione selettiva (v. fig. 15).

PROCESSO IA

PROCESSO II

RA

RLC

Variabile IA

Set pneumatico

Variabile II

Variabile IB PROCESSO IB

Set pneumatico


116

Fig. 15

La variabile può essere mantenuta al valore di set o entro limiti di sicurezza. E’ molto importante, comunque, che ogni anello di regolazione sia singolarmente stabile. I segnali prelevati da A e B vengono inviati ad un relè pneumatico che seleziona, per esempio, in più alto o il più basso dei due segnali, facendolo giungere all’organo di regolazione. Potrei così regolare una variabile (ad esempio la temperatura) fino a che un’altra (ad esempio la pressione) rimanga entro certi limiti, controllandone una terza all’ingresso del processo (ad esempio la portata di un certo fluido).

Regolazione di media o computerizzata.

La fig. 16 descrive simbolicamente la regolazione computerizzata. Le variabili, controllate in punti stabiliti del processo (I, II, III), vengono inviate ad i relativi trasmettitori (TI, TII, TIII); da qui al relè di calcolo RLC che esegue su questi segnali l’operazione preimpostata.

Fig. 16

I II III PROCESSO

TI TII TIII

I + II III RLC

RC C Set manuale

Rb

PROCESSO

RLP

Ra

Variabile A Variabile B


117

Da RLC esce un segnale “computato” C, che funge da ingresso al regolatore finale della catena RC. L’uso di questo sistema è stato incrementato col crescere dei componenti elettronici, presenta indubbi vantaggi quando il processo richieda il controllo di un alto numero di variabili (differenze di temperatura, di pressione, portate, riflussi di fluidi, ecc.), ma richiede una grande attenzione relativamente alla stabilità. Stabilità di cui, in alcuni casi, si ha certezza solo dopo verifica sperimentale. Genericamente si può dire che la principale fonte di instabilità sia la diversità di risposta dei vari rilevatori: infatti la variazione introdotta dell’organo regolatore può essere, ad esempio, avvertita rapidamente da TI e molto lentamente da TII o TIII: Vediamo alcuni esempi. 1) Si voglia controllare la pressione di mandata di una pompa con controllo di sicurezza (anti cavitazione) sulla pressione di alimentazione.

Fig. 17

Si ha il rilevamento delle pressioni 1 e 2 inviate ai trasmettitori (T1 e T2) che, a loro volta, inviano il segnale ad RP ed RP 2. Si giunge poi al relè pneumatico RLP, quindi alla valvola regolatrice. Si sceglie la valvola di regolazione in funzione delle condizioni di sicurezza (normalmente chiusa) per cui il RP1 dovrà essere ad azione diretta per chiudere la valvola quando la pressione tende a scendere sotto il proprio valore di taratura. Il RP2 dovrà chiudere la valvola quando la pressione tenderà a salire per cui sarà ad azione inversa. Il relè selettore selezionerà e lascerà arrivare alla valvola il segnale più basso dei due regolatori (RLP passa basso: PB). Avverrà così che, fin tanto che l’alimentazione sarà sufficiente e la pressione a monte sarà più alta del valore di taratura, il segnale del regolatore RP1 sarà alto e verrà fermato dal relè pneumatico; passerà invece il segnale modulante di RP2 che opererà sulla valvola regolando la pressione a valle.

NC

T2 T1

RP1

RLP (PB)

RP2

Aspirazione Mandata

Pompa

1

Azione inversa

Azione diretta


118

Se l’utenza dovesse assorbire troppo e l’alimentazione risultare insufficiente, con diminuzione della pressione a monte, il regolatore RP1 prenderebbe il sopravvento modulando il proprio segnale al di sotto del segnale di RP2 ed inviandolo alla valvola attraverso il relè selettore. Risulterebbe così regolata la pressione a monte ad un valore limite di sicurezza a scapito della pressione a valle che sarebbe inferiore al proprio valore di taratura. In questo caso è utile osservare che l’installazione di regolatori P.I. non è possibile se non con particolari precauzioni: infatti al momento del passaggio di regolazione da uno strumento all’altro, si potrebbero avere comportamenti anomali ovvero pendolazioni perché lo strumento che assume il controllo della regolazione non è stato preallineato. 2) Altro esempio di regolazione selettiva è la regolazione di pressione sulla linea di utenze o di temperatura al secondario di uno scambiatore di calore subordinata al massimo flusso di prelievo stabilito. E’ una regolazione tipica nel district-heating dove i contratti di concessione sono subordinati ad una erogazione massima che non ecceda i misuratori e che non disturbi le utenze adiacenti. La pressione ola temperatura pertanto vengono mantenute fintanto che la portata si mantiene inferiore al valore massimo, raggiunto il quale la regolazione mantiene quest’ultimo valore a scapito eventualmente degli altri (temperatura e pressione inferiori al set stabilito).

Fig. 18

N.C.

TF

RF (A.I.)

RLP PB

RP (A.I.)

RT (A.I.)

S Collettore Principale

V.R. Linea a bassa pressione

Prelievo locale

Utilizzatore

Ritorno


119

L’acqua viene prelevata dal collettore principale e ridotta di pressione (valvola riduttrice V.R.). Si misura la portata con un opportuno dispositivo (generalmente un diaframma: v. tabelle UNI). Il segnale prodotto viene ricevuto da un trasmettitore di flusso TF che lo invia al relativo regolatore RF. Un altro segnale viene dalla rete a valle dell’organo regolatore. Qui il segnale di pressione prelevato, essendo dotato di sufficiente energia, viene inviato al regolatore di pressione RP. Il RPL combinando i due segnali comanda l’organo regolatore. Per la scelta del tipo di valvole e regolatori, valgono i criteri dell’esempio 1, e cioè: valvola regolatrice N.C. (condizioni di sicurezza). All’aumentare della portata oltre il limite imposto, o all’aumentare della pressione, il segnale alla regolatrice dovrà attenuarsi. Ciò significa che RF ed RP dovranno essere ad azione inversa (A.I.). RLP sarà, poi, ovviamente, passa basso (p.b.), tale da inviare alla regolatrice il segnale più “importante” in quel momento. La regolazione si può effettuare controllando la temperatura al secondario dello scambiatore S anziché la pressione secondo lo schema indicato a tratto misto in fig. 18. Il regolatore di temperatura RT) sempre ad A.I. sostituirà RP. Si può realizzare anche un controllo con la contemporanea presenza di RP e RT modificando lo schema di fig. 18.


120

3) Problema: si voglia regolare un sistema di raffreddamento di acqua di scarico con produzione di altra acqua calda da accumulare in un serbatoio (fig. 19).

Fig. 19 Allo scambiatore S confluisce acqua di scarico a 75 C ed esce a 20 C. mentre l’acqua fredda entra a 15 C ed esce a 50 C. La temperatura massima ammissibile nel serbatoio di accumulo A sia di 55 C (temperature di progetto). Il regolatore RTI controlla che lo scarico dell’acqua esca da S a temperatura 20 C mentre il regolatore RTII controlla che la temperatura nel serbatoio di accumulo non superi i 55 C. RTI ed RTII ricevono i segnali rispettivamente dai trasmettitori TTI e TTII, a loro volta collegati con le loro sonde di rilevamento. Se fissiamo le condizioni di sicurezza in modo da avere l’acqua di scarico sempre raffreddata all’uscita dello scambiatore S, dovremo scegliere la valvola regolatrice normalmente aperta (NA). RTI ed RTII dovranno, quindi essere ad azione inversa (AI), ne segue che RLP verrà scelto passa basso (P.B.).

S

TTI

RLP PB

RTI A.I.

RTII A.I.

TTI

MAX 55°C

50°C

75°C

15°C

20°C

Acqua Fredda

Scarico acqua calda

N.A.

T.P.

RL

Utenza


121

Per completare la regolazione si può inserire un regolatore di livello RL. Tale regolatore interverrà su una valvola a tre vie miscelando l’acqua fredda all’ingresso di S con lo scarico dell’acqua calda prima dell’ingresso nello scambiatore stesso, una volta che si sia raggiunto il massimo livello ammissibile (v. schema a tratteggio).

Libro-2Modalità di regolazione ed attuatori … · capitolo 2 attuatori e modalita’ di...

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