Riduzione della pressione e cavitazione – Le vostre domande risolte

L’ottimizzazione dei valori di pressione e portata è parte integrante della progettazione di un sistema di irrigazione. Con fluttuazioni costanti e spesso significative della portata richiesta e della pressione di alimentazione, le valvole e gli altri componenti devono garantire un controllo dinamico di pressione e portata su tutto il sistema.

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Nel webinar di BERMAD, “Riduzione della pressione e prevenzione della cavitazione nei sistemi di irrigazione”, il nostro Global Irrigation Unit Manager, Yiftah Enav, ha presentato i principi, i metodi, i sistemi e le soluzioni BERMAD per la riduzione della pressione e la prevenzione della cavitazione. Yiftah ha condiviso utili approfondimenti sulla scelta delle valvole di controllo per la riduzione della pressione (PRV) più efficaci per prestazioni a lungo termine e risparmio sui costi. 

Durante il webinar sono state affrontate domande riguardanti la teoria della cavitazione, erosione, velocità, ΔP e la pratica di selezionare, combinare e allocare efficacemente le valvole di controllo per la riduzione della pressione:

D: Qual è la differenza tra valvole riduttrici di pressione e valvole riduttrici di pressione proporzionali?

A: Le valvole riduttrici di pressione (PRV) sono regolabili e sono impostate per ridurre costantemente una pressione a monte più elevata a una pressione a valle costante, indipendentemente dalle variazioni della pressione a monte e/o della portata richiesta.

Le valvole di riduzione proporzionale della pressione (PPRV) non includono un pilota e quindi non sono regolabili. In base al rapporto tra le aree effettive del loro diaframma e della chiusura, le PPRV riducono continuamente una pressione a monte più elevata a una pressione a valle inferiore secondo un rapporto costante.

Solo le valvole a doppia camera possono funzionare come PPRV.

D: Per tutte le dimensioni, il fattore di riduzione PD è 2,5?

A: Il fattore di riduzione PD è 2,5 nella maggior parte delle serie e delle dimensioni; tuttavia, il fattore di riduzione può variare e può essere consultato sul nostro sito web, nei listini prezzi e nelle pagine prodotto pertinenti. Fare riferimento alla tabella dei rapporti di riduzione relativa a ciascuna dimensione e serie di valvola (100, 700).

D: Possiamo utilizzare le valvole riduttrici di pressione per ridurre la pressione statica? Una valvola riduttrice di pressione può funzionare in assenza di flusso?

R: Sì. Quando la portata richiesta scende a zero, per un attimo la portata che raggiunge la linea attraverso la valvola riduttrice di pressione (PRV) è superiore a quella in uscita dalla linea (che è zero). Di conseguenza, la pressione si accumula e aumenta leggermente nella linea a valle della PRV. Il pilota della PRV rileva una pressione superiore al valore di regolazione e chiude la PRV, “cercando” di riportare la pressione al valore impostato. Poiché la portata è zero (terminale cieco), anche quando la valvola è chiusa a tenuta stagna, la pressione rimarrà leggermente superiore al valore di regolazione (supponendo l’assenza di perdite), garantendo che la PRV resti chiusa.

D: È stato affermato che non è sempre possibile per il riduttore di pressione (PRV) mantenere la pressione P2 quando il flusso si interrompe improvvisamente, rispetto a un PRV a comando diretto. A tal fine, è necessaria una valvola di sfioro a valle del PRV. Qual è la vostra risposta a questa affermazione?

A: I riduttori di pressione a comando diretto possono essere più rapidi rispetto a quelli idraulici, ma sono chiaramente inferiori in termini di perdita di carico, funzionalità aggiuntive (anche solo apertura/chiusura), sensibilità, precisione, manutenzione e richiedono comunque una valvola di sfioro per proteggere il sistema nel caso in cui i DPRV si blocchino o non garantiscano la tenuta.

Per accelerare il tempo di risposta, è possibile aggiungere un pilota di pressione a valle oppure, preferibilmente, utilizzare una valvola di riduzione della pressione a doppia camera.

D: Abbiamo impostato la valvola riduttrice di pressione (PRV) a P1 per mantenere la pressione P2 richiesta. In questa condizione, P1 è conforme al progetto (teoricamente), ma in realtà P1 varia a causa del funzionamento parziale dell’area, della variazione della domanda, del funzionamento della pompa o di perdite. Qual è la pressione P2 in questa condizione? Cambia (aumenta)? È necessario recarsi nuovamente in sito per regolare la pressione o si mantiene automaticamente la pressione P2? Inoltre, cosa succede al flusso durante le variazioni quando P1 cambia?

A: Le valvole di riduzione della pressione sono controllate in modo continuo da un pilota riduttore di pressione che rileva solo P2. Le variazioni della richiesta e/o di P1 che influenzano P2 vengono immediatamente rilevate dal pilota, che fa sì che i suoi dispositivi interni cambino posizione e chiudano istantaneamente la valvola (@ aumento di P2) o la aprano (@ diminuzione di P2) per raggiungere il valore impostato dal pilota.

Il flusso è determinato dagli emettitori e dalle uscite del sistema, non dalla valvola riduttrice di pressione (PRV). Infatti, la PRV regola automaticamente il proprio grado di apertura in base alla domanda effettiva (& P1), evitando di essere “troppo aperta” o “troppo chiusa” per mantenere sempre il valore di regolazione P2.

D: Quali sono le differenze pratiche tra i riduttori di pressione (PRV) con controllo a 2 vie e a 3 vie?Poiché un circuito a 3 vie è sfiatato in atmosfera, influirà sulla stabilità di regolazione di una valvola azionata a diaframma?

A: Un circuito a tre vie è caratterizzato dal fatto che il pilota “seleziona” il percorso dell’acqua: da P1 al controllo (chiusura) oppure dal controllo allo sfiato (apertura). Questo comporta l’utilizzo di un volume molto ridotto di acqua di controllo e determina due comportamenti distinti:

• Isteresi (poiché è necessario che si “accumuli” una certa variazione prima che avvenga il passaggio nel “commutatore” del pilota), che viene considerata meno sensibile ma nei piloti di alta qualità è sufficientemente ridotta. L’isteresi stessa è talvolta essenziale per eliminare l’oscillazione della pressione nella linea, “interrompendo” la catena di reazione nel sistema.
• Completamente aperta alla caduta di pressione (poiché il pilota è in fase di sfiato, “annullando” tutte le forze di chiusura), il che consente un risparmio energetico. Lo sfiato in atmosfera a volte porta a un’apertura eccessivamente rapida, causando instabilità. Questo può essere facilmente risolto applicando un gocciolatore o un’altra restrizione all’estremità del tubo di sfiato.

 

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D: Qual è la perdita di pressione +/- attraverso un circuito di controllo a 2 vie?

A: Un circuito a due vie è caratterizzato da un flusso continuo da P1 attraverso una restrizione nella camera di controllo, mentre il pilota “collega” la camera di controllo a valle della valvola, rilasciando la pressione della camera finché la valvola rimane aperta. Questo comporta un volume relativamente elevato di acqua di controllo (0,2-0,5 m³/h; 0,9-2,2 gpm) e determina una sensibilità all’acqua sporca con i seguenti comportamenti idraulici:

• Isteresi prossima allo zero poiché lo spostamento richiesto dal pilota per aumentare (apertura) o diminuire (chiusura) il flusso di rilascio è insignificante e quindi immediato. Sebbene ciò rappresenti un vantaggio, a volte risulta troppo sensibile e porta a fenomeni di oscillazione.
• Perdita di carico aggiuntiva (3-5 m; 4,4-7 psi) generata dalla forza della molla + P2 nella camera di controllo. Questa perdita di carico aggiuntiva scompare quando la velocità di flusso nella valvola supera ~2 m/s; 6,6 ft/s e la forza di apertura della valvola (dovuta a ΔP) supera la forza della molla della valvola principale.

D: Quali sono i criteri di dimensionamento per la restrizione all’ingresso del circuito nel controllo a 2 vie?

A: La restrizione del controllo a due vie deve essere inferiore rispetto al percorso dell’acqua nel pilota per consentire una regolazione stabile e precisa, insieme alla minima perdita di carico aggiuntiva possibile e a un tempo di reazione sufficiente. Possiamo dire che il criterio è la dimensione del percorso dell’acqua nel pilota, che è collegata alla dimensione della valvola.

D: Per quali tipi di applicazioni possono essere utilizzate le valvole di riduzione proporzionale della pressione?

A: Condotte in discesa per gravità e/o quando il ΔP richiesto è elevato e necessita di una riduzione della pressione in due stadi per proteggere le valvole da erosione e cavitazione e fornire una protezione di backup al sistema.

D: Durante l’alimentazione a valle da un serbatoio di compensazione verso più piccoli serbatoi di irrigazione (cioè scarico diretto in atmosfera come spiegato nel caso dei serbatoi di rottura di pressione), quali tipi di valvole riduttrici di pressione (PRV) possono essere utilizzati? Può fornire qualche chiarimento in merito?

A: La soluzione raccomandata per sostituire i serbatoi di rottura di carico (PBT) è l’utilizzo delle valvole di riduzione della pressione (PPRV), che offre i seguenti vantaggi:

• Nessuna valvola di controllo livello
• Infrastruttura economica
• Nessuna pressione “0” a valle
• Risposta immediata – doppia camera
• Esente da manutenzione – senza piloti, restrizioni o filtri
• Nessuna contaminazione

Tuttavia, poiché il rapporto di riduzione della PPRV è costante, quando la pressione a monte diminuisce a causa delle perdite di carico per attrito nella condotta, anche la pressione a valle diminuisce. Poiché la portata richiesta per l’irrigazione varia, è necessario posizionare le PPRV in base alle differenze di quota (pressione massima a monte) e all’effettiva prevalenza alla massima portata/perdita per attrito (pressione minima a monte). Poiché ogni PPRV determina la pressione per la PPRV successiva, il calcolo progettuale risulta piuttosto complesso. BERMAD ha sviluppato un file Excel che considera tutti i parametri come strumento di supporto alla progettazione.

D: Quali restrizioni devono essere utilizzate per le PPRV?
R: Le PPRV non richiedono alcuna restrizione.

D: Una valvola di riduzione della pressione può essere progettata considerando la portata come variabile invece della pressione di uscita? È possibile utilizzare una valvola di limitazione/controllo della portata come alternativa alla valvola di riduzione della pressione in alcuni casi, come ad esempio in una condotta a gravità?

A: Diversi aspetti devono essere presi in considerazione riguardo alla pressione e alla portata nelle valvole di riduzione della pressione:

• Le valvole di riduzione della pressione rilevano solo la pressione a valle (P2). Il flusso è determinato dal consumo d’acqua del sistema a valle della valvola di riduzione (emettitori, serbatoi, villaggi, ecc.). Se la richiesta di flusso aumenta e P2 diminuisce, la valvola di riduzione “cercherà” di riportare P2 al valore impostato aprendosi (consentendo un maggiore flusso). Se la richiesta di flusso diminuisce e P2 aumenta, la valvola di riduzione si chiuderà parzialmente per riportare P2 al valore impostato (consentendo un minore flusso).
• Si può convertire la PRV in una Valvola di controllo portata (FCV) oppure aggiungere una funzione di controllo portata a una PRV, rendendola una valvola di riduzione e controllo portata.
• L’FCV è molto simile al PRV ma, invece di rilevare la P2, il pilota dell’FCV rileva ΔP o ΔF (che rappresenta l’“espressione” idraulica della portata) attraverso una flangia tarata, un tubo di Pitot o una paletta posizionati all’interno del flusso. Se la richiesta supera il valore impostato (anche quando la pressione è bassa), l’aumento della velocità del flusso farà aumentare ΔP o ΔF e l’FCV si chiuderà parzialmente per limitare la portata al valore impostato.
  

  

• Aggiungere una funzione di controllo della portata a una valvola PRV, rendendola una valvola di riduzione della pressione e controllo della portata, significa avere due piloti diversi sulla stessa valvola. Uno controlla la portata rilevando ΔP o ΔF attraverso
• una flangia tarata, un tubo di Pitot o una paletta; l’altra rileva P2 e controlla la valvola di conseguenza.
  

  Se la richiesta aumenta e P2 diminuisce, il pilota di portata prenderà il controllo per limitare il flusso al valore impostato. Se la richiesta diminuisce, il pilota di portata permette alla valvola di aprirsi. Se P2 aumenta, a causa di un aumento di P1 o di una diminuzione della richiesta, il pilota riduttore prenderà il controllo e regolerà la valvola verso la chiusura.

  
  

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• Quando il pilota di portata è in controllo, la valvola si chiude, causando una caduta di P2 talvolta al di sotto del valore impostato dal pilota riduttore, che non domina la valvola e non può aumentare P2 finché la richiesta è superiore al valore impostato dal pilota di portata. Per questo motivo, si raccomanda di impostare il pilota di portata al 15-20% sopra la portata nominale della linea.

D: Abbiamo installato quattro valvole all’ingresso del chak (blocco principale) dove la pressione in ingresso (P1) è di 60 m e le 4 valvole dei sub-chak (appezzamenti) hanno diverse esigenze di pressione (P2) (cioè P2 per la Valvola 1 = 35 m, Valvola 2 = 25 m, Valvola 3 = 45 m, Valvola 4 = 50 m). La lunghezza, il diametro e la quota della tubazione di distribuzione dei sub-chak variano, ma è richiesta la stessa portata all’estremità finale di ciascuna uscita dei sub-chak. Quindi, è possibile mantenere la stessa portata all’estremità finale dell’uscita dei sub-chak quando P1 è costante ma P2 varia?

A: La risposta dipende dal fatto che l’irrigazione sia in pressione e venga effettuata tramite goccia, sprinkler o getti (qualsiasi erogatore con portata nota) oppure se si tratta di irrigazione a scorrimento, dove l’estremità della tubazione di distribuzione è aperta all’atmosfera.

• Nell’irrigazione MIS in pressione, il flusso è determinato dalla somma dei flussi di tutti gli erogatori dei sotto-chak e viene mantenuto finché P2 è conforme al progetto e non si è verificata alcuna rottura.
• Nell’irrigazione a scorrimento, la riduzione della pressione è irrilevante poiché l’estremità della linea è aperta. La soluzione corretta è una valvola di controllo del flusso che lasci una bassa pressione nella linea di distribuzione (perdita di carico alla portata data + dislivello).

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D: Possiamo modificare da remoto il valore di regolazione della PRV per pressione e portata?

R: Le valvole riduttrici di pressione (e tutte le valvole di controllo idraulico) possono accettare due piloti impostati su pressioni diverse. L’installazione di un solenoide per “selezionare” tra i piloti consente di passare da un regime di pressione all’altro da remoto.

Altre opzioni richiedono l’aggiunta di dispositivi sul pilota per consentire la regolazione dinamica da remoto. Questo richiederà anche controller speciali per abilitare il controllo analogico.

D: Qual è l’intervallo ottimale per la corsa della valvola nelle valvole idrauliche di riduzione della pressione?

A: Da qualche parte tra il 15% e il 30% a seconda del tipo di valvola, delle condizioni di pressione e portata, del tempo di funzionamento annuale e di altri fattori. L’applicazione di un otturatore a V costringe il riduttore di pressione a rimanere più aperto per gestire meglio le basse portate. Questo consente al riduttore di pressione di essere aperto di circa il 15% anche quando la velocità del flusso scende a circa 0,5 m/s.

D: In una rete di distribuzione a pompaggio diretto, come risponderà la valvola riduttrice di pressione (PRV) in caso di interruzione di corrente e improvviso aumento della pressione a monte? Sarà in grado di mantenere la pressione P2 a valle?

A: La questione è complessa, poiché le interruzioni di corrente rappresentano un evento con molteplici scenari. Supponendo che la domanda si riferisca a una valvola di riduzione della pressione (PRV) su una delle uscite di una linea principale che collega la pompa a un serbatoio, possiamo aspettarci che la PRV si apra quando la pressione diminuisce a causa di un’onda negativa. In questo caso, probabilmente non si chiuderà abbastanza rapidamente da mantenere P2 qualora si verificasse un’onda positiva.

D: La valvola della serie 400 (a camera singola, modello globe) può essere utilizzata per applicazioni di riduzione della pressione? In tal caso, sarà più soggetta a cavitazione rispetto alle valvole a Y (serie 100 e 700)?

R: La serie 400 può essere utilizzata per applicazioni di riduzione della pressione. Infatti, la maggior parte delle applicazioni PRV metalliche nell’irrigazione viene realizzata tramite la Serie IR-400 o altre valvole a camera singola. La Serie IR-400 non include una sede rialzata, il che le rende meno resistenti ai danni da cavitazione rispetto alla Serie IR-100, poiché è realizzata in materiale composito, e rispetto alla Serie IR-700 che incorpora una sede rialzata in acciaio inox. Il modello a Y contribuisce inoltre a una migliore resistenza alla cavitazione e a prestazioni di flusso superiori di circa il 25% rispetto alle valvole globe standard.

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