Posizionatore della valvola: che cos'è, funzionamento, tipo, necessità e domande frequenti

Il posizionatore della valvola è uno dei più utilizzati valvola di controllo accessori in diversi settori.

Per regolare la portata del flusso di gas e liquidi, un gran numero di valvole viene utilizzato negli impianti petroliferi e chimici, nonché negli impianti alimentari, farmaceutici e siderurgici. Ad ogni valvola è associato un posizionatore che controlla la posizione della valvola secondo il comando del sistema di controllo.

Che cos'è un posizionatore della valvola?

Valve Positioner è un dispositivo dotato di una valvola di controllo per ottenere un controllo preciso e rapido del flusso, per ridurre l'effetto di attrito e una posizione stabile della valvola anche con fluttuazioni di pressione.

Posizionatore della valvola, Image Source: automazione a cascata

L'uso di un posizionatore della valvola con a valvola di controllo è fondamentale per ottenere un controllo preciso e rapido senza alcuna isteresi. Il controller invia un segnale di ingresso diretto al posizionatore invece che all'attuatore. Il segnale di controllo applicato al posizionatore aziona lo stelo dell'attuatore attraverso un meccanismo ad ugello a cerniera.

Posizionatore valvola, fonte immagine: mondo dell'ingegneria chimica

Le valvole sono una parte vitale di qualsiasi industria installata sui tubi per controllare la portata di gas e liquidi. Sono necessarie centinaia e migliaia di valvole in base alla capacità di un impianto. È essenziale un corretto controllo dell'apertura e della chiusura e la regolazione del grado di apertura di queste valvole. Per ottenere la corretta posizione dello stelo o dell'albero impostata dal sistema di controllo, i posizionatori della valvola sono ampiamente utilizzati in modo che, a seconda dell'input dal controller, possa regolare la pressione dell'aria alla membrana dell'attuatore per mantenere la corretta posizione dello stelo della valvola.

Dove si trova un posizionatore della valvola?

I posizionatori della valvola sono installati con una valvola di controllo per regolare la posizione di una valvola in base ai dati prestabiliti per una variabile di processo che può essere flusso, pressione o temperatura.

In base al tipo di attuatore della valvola, viene determinata la posizione del posizionatore della valvola. Normalmente, la posizione di un posizionatore in caso di attuatore di tipo pneumatico per una valvola di controllo lineare è tuorlo o involucro superiore. In una valvola di controllo rotativa, il posizionatore si trova vicino all'estremità dell'albero.

Sia rotativo che lineare, in entrambi i tipi di valvola di controllo, il posizionatore si siede e si sposta insieme allo stelo della valvola. Misura la distanza corsa in caso di valvola lineare e grado di rotazione per valvole rotative e controlla la valvola secondo i punti impostati dal controller.

Posizione di un posizionatore della valvola, fonte immagine: strumenti di strumentazione

Qual è la necessità di un posizionatore della valvola?

Il posizionatore della valvola aiuta una valvola di controllo a rispondere rapidamente ai cambiamenti della variabile di processo. Sono vantaggiosi per un sistema in cui le fluttuazioni sono i principali ostacoli all'efficienza e alla qualità.

Le necessità di un posizionatore di valvole sono spiegate di seguito:

• Velocità: il posizionatore della valvola riduce al minimo il tempo di risposta del sistema, sia che funzioni al di sopra o al di sotto del set point
• Precisione: un posizionatore offre una risoluzione e una precisione migliori di quelle che un attuatore può fornire da solo. Il controller invia il segnale di ingresso direttamente al posizionatore della valvola. Il meccanismo di retroazione fornito nel posizionatore consente di effettuare un controllo incrociato della posizione della valvola e regolare la richiesta/pressione dell'aria per riposizionare lo stelo secondo il segnale fornito dal controller. Riduzione dell'attrito: riduce l'effetto di attrito della guarnizione dello stelo della valvola, particolarmente vantaggioso per il materiale della guarnizione ad alta temperatura come la grafite.
• Gamma: i posizionatori della valvola aiutano anche a controllare un'ampia gamma di strozzature.
• Intervallo diviso: utilizzando un posizionatore della valvola, possiamo utilizzare due valvole con un controller (4-12 mA e 12-20 mA) senza alcun errore.
• Attrito di sede: aiuta a sconfiggere l'attrito di sede in caso di valvola rotativa.
• Maggiore flessibilità: l'utilizzo di un attuatore posizionatore della valvola consente di affrontare un'elevata pressione di alimentazione dell'aria dell'apparato.
• Configurazione flessibile: l'utilizzo di un posizionatore elimina la limitazione della distanza tra il controller e la valvola di controllo poiché il segnale di controllo può essere inviato elettronicamente e convertito in segnale pneumatico nel punto di ingresso del posizionatore. D'altra parte, se un attuatore viene azionato pneumaticamente su lunghe distanze, il controllo diventa irregolare.

Tipi di posizionatore della valvola

Un posizionatore della valvola può ricevere o trasmettere segnali sia elettrici che pneumatici. La classificazione del posizionatore della valvola si basa sul tipo di segnale che può ricevere e trasmettere o su una combinazione di entrambi. 

Diversi tipi di posizionatori di valvole sono:

• Posizionatore della valvola pneumatica: questo tipo di posizionatore riceve il segnale pneumatico dal controller e trasmette anche il segnale pneumatico all'attuatore. Forniscono un'elevata pressione dell'aria per modificare la posizione dell'attuatore e sono abbastanza sicuri per l'uso.
• Posizionatori per elettrovalvole: trasmettono e accettano segnali elettrici.
• Posizionatori di valvole elettropneumatiche: Conosciuti anche come “posizionatori analogici” perché gli ingressi elettrici ricevuti sono sotto forma di segnali analogici. Un segnale elettrico viene alimentato dal controller, ma in cambio il posizionatore fornisce un segnale pneumatico corrispondente all'attuatore della valvola pneumatica.
• Posizionatori di valvole digitali o "intelligenti": popolarmente noti come "Posizionatori di valvole intelligenti". Questo tipo di posizionatore utilizza un microprocessore per controllare l'attuatore della valvola e registrare e monitorare i dati. L'ingresso elettrico è sotto forma di segnale digitale e l'uscita corrispondente è un segnale pneumatico.

Principio di funzionamento del posizionatore della valvola

Un posizionatore di valvola pneumatico è un dispositivo meccanico impiegato per mettere a punto il movimento dello stelo di una valvola di controllo.

Il posizionatore pneumatico è dotato di un meccanismo di feedback per identificare con precisione il valvola di controllo posizione dello stelo e lo confronta con il segnale di ingresso. In base al segnale di feedback, il posizionatore varia l'alimentazione d'aria allo stelo dell'attuatore in modo da portare lo stelo nella posizione dettata dal segnale inviato al posizionatore dal controller. 

Ci sono due filosofie su come viene implementato un posizionatore. Uno è dove l'aria viene utilizzata per aprire uno stelo della valvola e l'altro è quando viene utilizzata l'aria per chiudere uno stelo della valvola. La descrizione del meccanismo riportato di seguito è per il secondo caso, cioè l'aria viene utilizzata per chiudere uno stelo di valvola. Questo è anche chiamato posizionatore della valvola ad azione diretta.

Posizionatore valvola ad azione diretta, credito immagine: strumenti di strumentazione

Il posizionatore è normalmente inserito nel tuorlo o nei montanti dell'attuatore. È azionato da una pressione dell'aria in ingresso di 3-15 psi (da 0.2 bar a 1.1 bar); quando viene fornito il segnale dal controller per aprire lo stelo della valvola, la pressione dell'aria in ingresso allo strumento in ingresso aumenta. La pressione di ingresso agisce sul diaframma del segnale di ingresso, che aziona il diaframma insieme allo stelo di collegamento della valvola a farfalla. Lo stelo di collegamento della valvola apre la valvola di alimentazione consentendo all'aria di alimentazione di agire sulla membrana dello stelo dell'attuatore.

Durante questo tempo, la valvola di scarico è in posizione chiusa poiché lo stelo di collegamento della valvola è deviato a destra. Quando la pressione dell'aria aumenta, spinge lo stelo della valvola verso il basso. Come mostrato nella figura sopra, la leva del posizionatore si sposta in senso orario mentre lo stelo della valvola si abbassa.

A causa di questa rotazione in senso orario della leva del posizionatore, la molla della gamma subisce una compressione attraverso la camma. Non appena lo stelo della valvola raggiunge la posizione secondo il set point fornito dal controller, la molla di gamma esercita una forza di bilanciamento chiudendo sia la valvola di scarico che quella di alimentazione e si ottiene l'azione di controllo desiderata.

Se invece il controller invia un segnale per aprire la valvola, la pressione del segnale diminuisce. Con la diminuzione della pressione del segnale, la forza della molla della gamma spinge lo stelo di collegamento del flapper verso sinistra. Di conseguenza, la valvola di scarico viene aperta. Anche la forza che agisce sulla membrana dell'attuatore diminuisce provocando un movimento verso l'alto dello stelo della valvola fino a raggiungere un equilibrio di equilibrio delle forze.

Sangeeta Das

Sono Sangeeta Das. Ho completato il mio Master in Ingegneria Meccanica con specializzazione in Motori IC e Automobili. Ho circa dieci anni di esperienza nell'industria e nel mondo accademico. La mia area di interesse comprende motori IC, aerodinamica e meccanica dei fluidi. Puoi contattarmi a