La caratteristica di portata di una valvola di regolazione definisce la relazione fra apertura e portata: lineare, equipercentuale o ad apertura rapida.
Quelle curve sono misurate a differenza di pressione costante. In un impianto reale la differenza di pressione non è costante: man mano che la valvola apre, la portata cresce, la perdita dell'impianto cresce, e la caduta sulla valvola diminuisce.
L'autorità della valvola
Il risultato è che la caratteristica installata differisce da quella intrinseca. Il parametro dominante è il rapporto fra la caduta di pressione sulla valvola tutta aperta e la caduta totale dell'impianto — l'autorità della valvola.
Se l'autorità è bassa, la portata raggiunge quasi il valore pieno entro il primo venti per cento dell'apertura e gli ottanta gradi restanti non fanno nulla. La risoluzione di regolazione si perde e l'impianto pendola. La caratteristica equipercentuale esiste proprio per compensare questo effetto.
Cavitazione e flashing
Durante la laminazione il flusso accelera alla gola della valvola e la pressione cala. Se la pressione in gola scende sotto la tensione di vapore, si formano bolle.
Cavitazione. Se a valle la pressione si riprende, le bolle collassano. Questo produce rumore, vibrazioni ed erosione; il danno di solito non è nella valvola ma nella parete del tubo qualche diametro più a valle.
Flashing. Se la pressione a valle resta sotto la tensione di vapore, le bolle non collassano e il flusso bifase prosegue. L'erosione ha un carattere diverso e il flusso si blocca.
La distinzione è praticamente importante: il rimedio per la cavitazione è la laminazione multistadio (abbassare la pressione a gradini), mentre per il flashing è la scelta del materiale e della geometria.
Modellazione
La pressione minima locale in gola è nettamente sotto la media stazionaria; la questione dell'innesco della cavitazione richiede una soluzione transitoria. Vedi la nota sulla cavitazione.
Nel servizio con gas, in gola può verificarsi il blocco sonico e la portata diventa indipendente dalla pressione a valle. Vedi la nota sul flusso comprimibile.
Riferimenti
- Singhal, A. K., Athavale, M. M., Li, H. & Jiang, Y. (2002). Mathematical basis and validation of the full cavitation model. Journal of Fluids Engineering, 124(3), 617–624. DOI: 10.1115/1.1486223
- Hydraulic Institute. ANSI/HI 9.6.1 — Rotodynamic Pumps Guideline for NPSH Margin. Hydraulic Institute, Parsippany, NJ.