Riduzione della pressione & Cavitazione – Le vostre domande risposte

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 il 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 riduttrici di 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.

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 costantemente una pressione a monte più elevata a una pressione a valle inferiore secondo un rapporto costante.

Solo le valvole a doppia camera possono fungere da 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 PRV può funzionare in condizioni di assenza di flusso?

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

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 PRV a azione diretta possono essere più rapidi dei PRV 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 riduttrice di 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 la variazione quando P1 cambia?

A: Le valvole riduttrici di pressione sono controllate in modo continuo da un pilota riduttore di pressione che rileva solo P2. Le variazioni di 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 di regolazione del pilota.

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

D: Quali sono le differenze pratiche tra PRV con controllo a 2 vie e a 3 vie?Poiché un circuito a 3 vie è ventilato 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 di acqua di controllo molto ridotto e determina due comportamenti differenti:

• 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 è 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 la corsa richiesta dal pilota per aumentare (apertura) o diminuire (chiusura) il flusso di rilascio è insignificante e quindi immediata. 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) creata 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 dell’ingresso del circuito nel controllo a 2 vie?

A: La restrizione di controllo a due vie dovrebbe essere più piccola rispetto al percorso dell’acqua nel pilota per consentire una regolazione stabile e accurata, 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 collegato alla dimensione della valvola.

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

A: Linee in discesa per gravità e/o quando il ΔP richiesto è elevato e richiede una riduzione della pressione in due stadi per proteggere le valvole da erosione e cavitazione e per 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 rompipressione), quali tipi di valvole riduttrici di pressione (PRV) possono essere utilizzate? Può fornire qualche chiarimento in merito?

A: La soluzione raccomandata per sostituire i serbatoi di rottura di carico (PBT) è applicare le valvole di riduzione della pressione (PPRV), che offrono i seguenti vantaggi:

• Nessuna valvola di controllo del 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 del PPRV è costante, quando la pressione a monte diminuisce a causa della perdita di carico per attrito nella condotta, anche la pressione a valle diminuisce. Poiché la portata richiesta per l’irrigazione varia, è necessario posizionare i 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 il PPRV successivo, 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 i PPRV?
R: I PPRV non richiedono alcuna restrizione.

D: Una valvola riduttrice di 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 riduttrice di pressione in alcuni casi, come ad esempio in una condotta a gravità?

A: Occorre prendere in considerazione diversi aspetti riguardanti la pressione e il flusso nelle valvole riduttrici di pressione:

• Le valvole riduttrici di pressione rilevano solo la pressione a valle (P2). Il flusso è determinato dal consumo d’acqua del sistema a valle della PRV (emettitori, serbatoi, villaggi, ecc.). Se la richiesta di flusso aumenta e P2 diminuisce, la PRV “cercherà” di riportare P2 al valore impostato aprendosi (consentendo un maggiore flusso). Se la richiesta di flusso diminuisce e P2 aumenta, la PRV si chiuderà per ridurre P2 al valore impostato (consentendo un minore flusso).
• È possibile convertire la PRV in una valvola di controllo del flusso (FCV) oppure aggiungere una funzione di controllo del flusso a una PRV, rendendola una valvola di riduzione della pressione e controllo del flusso.
• L’FCV è molto simile al PRV ma, invece di rilevare il P2, il pilota FCV rileva ΔP o ΔF (che rappresenta l’“espressione” idraulica della portata) attraverso una piastra forata, 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 del flusso a una valvola PRV, rendendola una valvola di riduzione della pressione e controllo del flusso, significa avere due piloti diversi sulla stessa valvola. Uno controlla il flusso in base al rilevamento di 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 di regolazione. Se la richiesta diminuisce, il pilota di portata permette l’apertura della valvola. Se P2 aumenta, a causa di un aumento di P1 o di una diminuzione della richiesta, il pilota riduttore prenderà il controllo e farà chiudere la valvola.

  
  

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• Quando il pilota di portata è in controllo, la valvola si chiude, causando una diminuzione di P2 a volte al di sotto del valore di regolazione del 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% in più rispetto alla 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 quattro 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 richiesto lo stesso flusso all’estremità finale di ciascuna uscita dei sub-chak. Quindi, è possibile mantenere lo stesso flusso 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 gocciolatori, irrigatori o getti (qualsiasi erogatore con portata nota) oppure se si tratti di irrigazione a scorrimento, dove l’estremità della tubazione di distribuzione è aperta all’atmosfera.

• Nell’irrigazione MIS in pressione, il flusso è determinato dal flusso cumulativo di tutti gli erogatori dei sub-chak e viene mantenuto finché P2 è conforme al progetto e non si verifica 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 manterrà una bassa pressione nella linea di distribuzione (perdita di carico alla portata data + dislivello).

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D: Possiamo modificare da remoto la regolazione della valvola PRV per pressione e portata?

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

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 flusso, 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 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 un riduttore di pressione (PRV) su una delle uscite di una linea principale che collega la pompa a un serbatoio, possiamo aspettarci che il 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 nel caso in cui si verifichi 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)?

A: 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 ai globi standard.