Bilanciamento dei circuiti idronici: come risolvere il problema della sovrapressione sulla valvola di regolazione

DANFOSS 10/01/2019 913

Risoluzione del problema della sovrapressione sulla valvola di regolazione grazie all’utilizzo delle valvole Danfoss AB-QM 

Nei circuiti idronici a portata variabile che utilizzano valvole a due vie tradizionali, uno dei problemi tipici da affrontare legato al bilanciamento è l’eccesso di pressione sui terminali.

Si supponga di avere un circuito idraulico come quello mostrato in Figura 1, con quattro terminali uguali.

Al 100% del carico, la portata è massima in ogni tratto comune del circuito, per cui ai capi di ogni terminale i salti di pressione Δp sono diversi. Per renderli uguali, nel caso di valvole a due vie tradizionali, bisogna inserire delle valvole di taratura a valle delle valvole di regolazione. Nel caso delle valvole AB-QM Danfoss, entrambe le valvole di regolazione e taratura non servono in quanto il bilanciamento è automatico e dinamico.

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Figura 1: Circuito idraulico con quattro terminali uguali

Si supponga che nel circuito si verifichi una variazione di carico come quella mostrata in Figura 2.

La portata d’acqua nelle batterie dei terminali si riduce e ancora di più si riduce la perdita di carico (varia circa con il quadrato della portata d’acqua).

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Figura 2: Variazione di carico ipotizzata nel circuito idraulico con quattro terminali uguali, dal primo all'ultimo il carico cresce

Si confronti il diverso andamento della pressione nei tubi di andata e di ritorno nel caso di tutti i terminali al 100% del carico e del caso in esame, mantenendo costante la differenza di pressione ai capi della pompa nei punti E-E.

La portata si riduce nei tratti comuni tra i vari terminali e così anche le perdite di pressione. Ad esempio, ai capi del Terminale 3 c’è un Δp = di 80 kPa con tutti i terminali al 100% contro 114 kPa delle valvole del caso in esame.

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Figura 3 : Andamento della pressione nei tubi di andata e di ritorno nel caso di tutti i terminali al 100% del carico (grafico sx) e del caso in esame (grafico dx). 

La figura Figura 4 mostra cosa avviene nel terminale 3, dove è richiesta il 50% della portata nominale. Le perdite di carico in batteria sono analoghe nei due casi, ma mentre nel caso di valvola a due vie tradizionale la valvola di taratura è fissa, per cui le sue perdite di carico diminuiscono, con la valvola Danfoss AB-QM, invece, la valvola di taratura è dinamica e mantiene sempre una differenza di pressione costante sulla valvola di regolazione.

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Figura 4: Circuito del terminale 3 con valvola tradizionale a 2 vie (circuito sx) e valvola Danfoss AB-QM (circuito dx).

Con le valvole tradizionali tutto il carico della regolazione è a capo degli otturatori (istogrammi rossi) perché le valvole di taratura (istogrammi gialli) sono fisse e le perdite di carico variano con la portata, così come le perdite di carico della batteria (istogrammi blu).

Con le valvole Danfoss AB-QM invece, la taratura è dinamica ed interviene per mantenere costante la perdita di carico sull’otturatore della valvola di regolazione.

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Figura 5: Andamento delle pressioni nel circuito con valvola a 2 vie tradizionale (grafico sx) e valvola Danfoss AB-QM (grafico dx).

Se si riporta il caso della Figura 2 su un diagramma Potenza–Salto di pressione, si nota subito che quando si utilizzano le valvole Danfoss AB-QM si ottiene perfetta corrispondenza tra potenza richiesta e apertura delle valvole, perché ai loro capi viene mantenuta una perdita di pressione costante, mentre le valvole a 2 vie tradizionali devono chiudere molto di più, a causa dell’aumento di pressione ai loro capi, come mostrato precedentemente.

Addirittura la valvola del terminale 4 (punto rosso), deve chiudere anche se la potenza richiesta è pari al 100%.

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Figura 6: Diagramma Potenza – Salto di pressione con valvole a 2 vie tradizionali (grafico sx) e valvole Danfoss AB-QM (grafico dx).

Il fenomeno è ancora più evidente se mostrato in un grafico che riporta la potenza resa dalla batteria in funzione dell’apertura della valvola.

Con le valvole Danfoss AB-QM si ottiene una perfetta linearità, mentre le valvole a 2 vie tradizionali sono costrette a chiudere molto di più, e qui si rischia di innestare un pericoloso fenomeno di pendolamento per scarso controllo, perché ogni valvola fatica a regolare bene al di sotto del 10%-15% di apertura.

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Figura 7: Potenza resa dalla batteria in funzione dell’apertura della valvola a 2 vie tradizionale (sx) e valvola Danfoss AB-Q (dx)

Funzionamento e vantaggi della valvola Danfoss AB-QM

Le valvole Danfoss AB-QM sono sostanzialmente costituite dall’unione di due valvole: quella di regolazione a due vie e quella di taratura. Rispetto alle tradizionali valvole di taratura però, quelle montate nelle valvole Danfoss AB-QM sono dinamiche.

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Figura 8: Le valvole Danfoss AB-QM sono costituite dall’unione di due valvole: una di regolazione a due vie e una di taratura

La parte superiore della valvola è la valvola di regolazione vera e propria che permette di limitare la portata massima, mentre la parte inferiore della valvola AB-QM contiene un regolatore di pressione differenziale dinamico, che lavora per mantenere costante la pressione tra i punti 1 e 2 della valvola di regolazione. Queste valvole consento di variare il profilo di equipercentualità per migliorare la regolazione.

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Figura 9: Funzione di valvola di taratura integrata nella valvola Danfoss AB-QM

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Figura 10: Funzione di valvola di regolazione integrata nella valvola Danfoss AB-QM

Semplificazione dell’impianto e riduzione tempi di installazione e messa in servizio

L’utilizzo delle valvole Danfoss indipendenti dalla pressione offre importanti vantaggi anche in termini di semplificazione dell’impianto, dimensionamento delle valvole stesse, installazione e messa in servizio e maggior confort per gli ospiti. Inoltre, l’utilizzo elle valvole Danfoss consente di ridurre l’energia utilizzata da tutto l’impianto.

Il dimensionamento delle valvole Danfoss AB-QM si basa esclusivamente sulla portata necessaria, non è necessario quindi effettuare nessun calcolo del coefficiente Kv e nessun calcolo dedicato alla ricerca della giusta autorità. Una volta identificato il circuito più critico, basterà solo calcolare la prevalenza della pompa (senza valvola), considerare la pressione di lavoro minima della valvola Danfoss AB-QM ed aggiungere la pressione minima della valvola stessa alla prevalenza della pompa calcolata.

Essendo la valvola Danfoss AB-QM una valvola di regolazione e bilanciamento dinamico automatico, è possibile semplificare il circuito idraulico eliminando tutte le valvole di bilanciamento manuale necessarie in un impianto con valvole a 3 o 2 vie tradizionali, riducendo quindi costi e tempi di installazione.

Si consideri ad esempio un caso tipico come illustrato nello schema della Figura 11. Mediamente i tempi di installazione sono di circa 120’ per una valvola DN80; di 80’ per una valvola DN40 e di 70’ per una valvola DN15 e circa 30’ per ciascuna valvola per bilanciamento e taratura, per un totale di 360’. Si può facilmente dedurre che in un impianto complesso si possono facilmente risparmiare diverse migliaia di euro anche solo nelle attività di installazione e messa in servizio.

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Figura 11: Schema di porzione di un impianto tipico

Inoltre, non vanno dimenticati i significativi risparmi energetici che si ottengono sui gruppi frigo (particolarmente sensibili a pendolamenti di temperatura e portata sul circuito a cui sono collegati), grazie ad un miglior e più preciso bilanciamento dell’impianto che, aumentando il confort di temperatura nelle stanze, limita il continuo cambiamento del set point della temperatura e dal minor pompaggio del gruppo frigo dovuto alla parzializzazione e diminuzione del ΔT di lavoro.

>>> per maggiori informazioni www.danfoss.it

>>> GUARDA il VIDEO: Bilanciamento e controllo idronico con Danfoss AB-QM