Flusso intasato nelle valvole di controllo

Il flusso intasato è un fenomeno poco compreso che può influenzare il dimensionamento della valvola di controllo, insieme alle specifiche del trim e del materiale. Questo articolo è stato originariamente pubblicato nel numero di luglio/agosto di InTech.

Il flusso intasato nelle valvole di controllo è motivo di seria preoccupazione per gli utenti industriali. Il termine è solitamente associato a condizioni di processo distruttive che possono danneggiare le parti interne della valvola o esporre gli operatori a livelli di rumore ben superiori ai limiti OSHA. Sebbene il flusso strozzato non sia sempre la causa di queste condizioni, può indicare quando si verificano. Questo articolo descrive il fenomeno del flusso strozzato e mostra perché si verifica e come può essere previsto. Spiega anche quando le condizioni di flusso intasato sono dannose e come questo danno può essere ridotto o evitato.

Se la pressione di ingresso (P1) e l'area di flusso della valvola sono fisse, il flusso attraverso una valvola normalmente aumenterà quando la pressione a valle (P2) viene ridotta. La linea "Ideale" nella Figura 1 illustra questo punto, mostrando come il flusso del liquido aumenta linearmente se rapportato alla radice quadrata della pressione differenziale attraverso la valvola divisa per il peso specifico.

Nelle applicazioni con liquidi, l'ostruzione è il risultato della riduzione della pressione attraverso gli elementi di controllo. La Figura 2 mostra la pressione istantanea mentre il liquido si muove attraverso una valvola di controllo. Le sezioni trasversali di ingresso e uscita di una valvola sono molto più grandi dell'area di controllo, come la gabbia o l'area attorno all'otturatore e alla sede. Poiché il flusso totale in qualsiasi punto della valvola è lo stesso, la velocità del liquido nell'area ridotta (vena contratta) deve essere molto più elevata per far passare lo stesso flusso.

Il flusso strozzato di per sé generalmente non danneggia una valvola, ma esistono condizioni di flusso comunemente associate al flusso strozzato che possono creare problemi, tra cui:Livelli di rumore: Il flusso intasato non crea direttamente rumore, ma un rumore elevato può derivare da fenomeni di processo normalmente associati al flusso intasato. Nei sistemi liquidi, durante il flusso strozzato può essere presente cavitazione, che crea rumore e può infine danneggiare la valvola. Quando la pressione a valle si riduce, la cavitazione passa al lampeggiamento. Mentre la cavitazione può avere un livello di pressione sonora elevato a causa dell'implosione delle bolle di vapore che collassano da microgetti e onde d'urto, il lampeggiamento avrà un rumore ridotto a causa del flusso bifase risultante. Nel flusso di vapore, il rumore aumenterà in modo significativo man mano che la velocità diventa sonica. Quando la pressione a valle si riduce, l'energia extra viene convertita in energia sonora. Le valvole con una caduta di pressione eccessiva possono generare livelli sonori superiori a 100 dB. Con flussi di liquidi o di vapore, il livello complessivo di rumore è solitamente correlato alla pressione differenziale attraverso la valvola. Quando appare per la prima volta il soffocamento, il rumore sarà presente ma potrebbe non essere eccessivo. Quando la pressione a valle diminuisce, il rumore aumenterà notevolmente e può danneggiare le parti interne della valvola ed esporre gli operatori a livelli sonori non sicuri.Lampeggiamento e cavitazione: Un malinteso comune è che le condizioni di flusso intasato richiedano condizioni di lampeggiamento, ma il flusso intasato può verificarsi anche in condizioni di cavitazione. Come mostrato nella Figura 2, la cavitazione si verificherà quando la pressione P2 sale al di sopra della pressione di vapore del liquido. Quando ciò accade, le bolle collassano e tornano allo stato liquido. Se la pressione P2 rimane al di sotto della pressione del vapore, il liquido bollirà e si trasformerà in vapore mentre passa attraverso la valvola e rimarrà tale quando esce (Figura 3).

Molti fornitori di valvole dispongono di programmi di dimensionamento delle valvole di controllo in grado di prevedere condizioni di flusso intasato e aiutare gli utenti a dimensionare correttamente la valvola. Tuttavia, questi programmi sono accurati tanto quanto i dati di input, pertanto è necessario inserire le informazioni corrette sul processo e sulla valvola. La presenza e l'entità dell'ostruzione del flusso dipendono da molte condizioni di processo, comprese le proprietà fisiche del fluido coinvolto, le portate, la pressione a monte e pressioni a valle, temperatura di processo e configurazioni delle tubazioni di ingresso e uscita, nonché una serie di dettagli associati alla valvola di controllo stessa. Parametri speciali, come il rapporto di caduta di pressione, il fattore di recupero della pressione e l'indice di cavitazione, aiutano a prevedere esattamente quando si verificherà la cavitazione o l'ostruzione e la quantità di flusso che passerà una valvola. Poiché i parametri per ogni tipo di corpo e assetto sono diversi, ciascuna opzione deve essere valutata individualmente per determinare il flusso effettivo che può essere superato in sicurezza in una serie specifica di condizioni di processo. Tali calcoli di dimensionamento possono diventare complicati, soprattutto quando sono disponibili diverse opzioni di assetto , quindi è consigliabile consultare il fornitore della valvola per valutare le opzioni e determinare la soluzione migliore per la propria applicazione.