Differenze tra elettrovalvole pilotate e ad azione diretta

Le elettrovalvole, componenti essenziali in numerosi sistemi di controllo dei fluidi, possono essere ampiamente classificate in due tipologie principali: ad azione diretta e pilotate. Sebbene entrambe svolgano lo scopo fondamentale di controllare il flusso del fluido utilizzando una bobina elettromagnetica, i loro meccanismi interni e le caratteristiche operative differiscono significativamente, influenzando la loro idoneità per diverse applicazioni. Approfondiamo le principali differenze tra queste due tipologie.

Meccanismo: il cuore del funzionamento

La differenza fondamentale risiede nel modo in cui la forza magnetica del solenoide interagisce con la valvola per controllare il flusso.

Direct-Acting Solenoid Valves: In un'elettrovalvola ad azione diretta, la bobina del solenoide è collegata direttamente al componente principale della valvola, in genere un pistoncino. Questo stantuffoblocca direttamente o consente il passaggio del fluido attraverso l'orifizio, ovvero l'apertura attraverso la quale scorre il fluido. Quando la bobina viene eccitata, la forza magnetica generata supera direttamente le forze opposte (solitamente derivanti dalla gravità, da una molla e dalla pressione del fluido) e solleva lo stantuffo, aprendo l'orifizio e consentendo il flusso del fluido. Viceversa, quando la bobina viene diseccitata, la forza della molla riporta lo stantuffo in posizione chiusa, bloccando di fatto l'orifizio e interrompendo il flusso. Questo meccanismo semplice consente un controllo immediato e diretto sul fluido.

Pilot-Operated Solenoid Valves: Le elettrovalvole pilotate impiegano un meccanismo a due stadi più complesso. Inizialmente, quando la valvola è collegata alla tubazione, il fluido entra nella camera inferiore della valvola. Questo fluido fluisce quindi nella camera superiore attraverso un piccolo passaggio noto come foro pilota all'interno della membrana. Quando la bobina del solenoide viene eccitata, lo stantuffo riceve una forza magnetica e si muove verso l'alto, aprendo il foro pilota. Questa apertura crea una differenza di pressione tra la camera superiore e quella inferiore. Poiché il foro pilota è più grande di un orifizio di restrizione separato e più piccolo che fornisce costantemente fluido alla camera superiore, l'apertura del foro pilota consente al fluido di fuoriuscire dalla camera superiore a una velocità maggiore di quella di rifornimento. Questa rapida diminuzione della pressione nella camera superiore, combinata con la pressione più elevata nella camera inferiore che agisce sulla superficie più ampia del diaframma, forza il sollevamento del diaframma. Quando il diaframma si solleva, l'orifizio principale si apre, consentendo il passaggio di un volume di fluido significativamente maggiore attraverso la valvola. Quando la bobina viene diseccitata, il foro pilota si chiude, la pressione si equalizza nelle camere superiore e inferiore e la membrana torna in posizione chiusa, interrompendo il flusso.

Requisiti di pressione: Attivazione della valvola

I meccanismi operativi determinano requisiti di pressione distinti per ogni tipo di valvola.

Elettrovalvole ad azione diretta: le valvole ad azione diretta si affidano esclusivamente alla forza magnetica generata dalla bobina del solenoide per superare le forze che mantengono la valvola chiusa. Di conseguenza, non richiedono una pressione minima del fluido per funzionare. Possono funzionare efficacemente anche a pressione di ingresso pari a zero, il che le rende adatte ad applicazioni in presenza di alimentazione per gravità o condizioni di vuoto. Questa capacità di funzionare a bassa o nessuna pressione rappresenta un vantaggio significativo in alcuni sistemi.

Elettrovalvole pilotate: al contrario, le valvole pilotate sfruttano la differenza di pressione tra ingresso e uscita per azionare la valvola principale. È richiesta una pressione minima affinché il meccanismo pilota funzioni correttamente. In genere, questa pressione minima di esercizio è di circa 0,5 bar (o un valore simile a seconda del progetto specifico). Questo requisito deriva dalla necessità di creare una differenza di pressione sufficiente attraverso la membrana per vincere la forza della molla e aprire l'orifizio principale. Se la pressione di ingresso è inferiore a questa soglia minima, la valvola potrebbe non aprirsi completamente o non aprirsi affatto.

Consumo di energia: la richiesta elettrica

Anche il modo in cui ciascuna valvola viene azionata influisce sul suo consumo energetico.

Elettrovalvole ad azionamento diretto: le valvole ad azionamento diretto richiedono un assorbimento di potenza relativamente maggiore perché la bobina del solenoide deve generare una forza magnetica sufficiente a sollevare direttamente lo stantuffo contro la gravità, pressione del fluido e forza della molla. Questa azione diretta richiede un campo elettromagnetico più forte, che si traduce in una maggiore corrente elettrica e quindi in un maggiore consumo energetico, soprattutto durante l'azionamento iniziale. Sebbene alcune valvole ad azione diretta possano avere una corrente di mantenimento ridotta, l'impulso di potenza iniziale è in genere maggiore rispetto alle valvole pilotate.

Elettrovalvole pilotate: le valvole pilotate generalmente presentano un consumo energetico inferiore. Questo perché la bobina del solenoide deve azionare solo il meccanismo pilota più piccolo, che richiede una forza inferiore rispetto al sollevamento diretto dell'otturatore o dello stantuffo della valvola principale. La forza primaria per l'apertura della valvola principale deriva dalla differenza di pressione del fluido stesso. Una volta attivato il meccanismo pilota, la pressione del fluido svolge la maggior parte del lavoro per l'apertura della valvola principale. Questo metodo di attuazione indiretta si traduce in un minore consumo di energia elettrica, rendendole più efficienti dal punto di vista energetico, in particolare nelle applicazioni in cui la valvola viene azionata frequentemente.

Tempo di risposta: Velocità di azionamento

Le differenze intrinseche nei loro meccanismi influiscono anche sulla rapidità con cui queste valvole possono rispondere a una variazione del segnale elettrico.

Elettrovalvole ad azionamento diretto: le valvole ad azionamento diretto offrono un tempo di risposta più rapido. Poiché l'elettrovalvola controlla direttamente il movimento dell'otturatore o dello stantuffo, la valvola si apre o si chiude quasi istantaneamente quando la bobina viene eccitata o diseccitata. Non vi è alcun ritardo associato all'accumulo di un differenziale di pressione, come nel caso delle valvole pilotate. Questa risposta rapida rende le valvole ad azione diretta ideali per applicazioni che richiedono un controllo preciso e immediato del flusso del fluido, come nei sistemi a ciclo rapido o in quelli che richiedono una chiusura rapida.

Elettrovalvole pilotate: le valvole pilotate hanno in genere un tempo di risposta più lento rispetto alle loro controparti ad azione diretta. Questo ritardo è dovuto al tempo necessario affinché il differenziale di pressione si accumuli nella camera superiore dopo l'apertura del foro pilota. Il fluido deve fuoriuscire dalla camera superiore per creare lo squilibrio di pressione necessario a muovere la membrana e aprire la valvola principale. Questo processo in due fasi introduce un leggero ritardo nel funzionamento della valvola. Sebbene questo ritardo possa essere trascurabile in molte applicazioni, può rappresentare un fattore critico nei sistemi in cui la rapidità di risposta è essenziale.

Complessità di progettazione: complessità della struttura della valvola

I meccanismi sottostanti portano naturalmente a variazioni nella complessità della progettazione della valvola.

Elettrovalvole ad azionamento diretto: il design di un'elettrovalvola ad azionamento diretto è generalmente più semplice e compatto. È costituito principalmente dalla bobina del solenoide, dallo stantuffo o otturatore, da una molla e dal corpo valvola con l'orifizio. Questa semplicità di progettazione contribuisce alla loro affidabilità e facilità di manutenzione. Il minor numero di parti mobili significa anche meno potenziali punti di guasto.

Elettrovalvole pilotate: le elettrovalvole pilotate hanno un design più complesso a causa dell'inclusione del meccanismo pilota, del diaframma e dei passaggi del fluido aggiuntivi necessari per il funzionamento del pilota. Questa maggiore complessità consente loro di gestire portate e pressioni più elevate con una bobina solenoide relativamente più piccola, ma implica anche il coinvolgimento di più componenti, aumentando potenzialmente la complessità di produzione e manutenzione. Tuttavia, questa maggiore complessità rappresenta spesso un valido compromesso per i vantaggi che offrono in termini di portata ed efficienza energetica in applicazioni idonee.