Produzione additiva InTech APR23: valvole di controllo più silenziose

Jul 21, 2023

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Il rumore delle valvole di controllo è un problema in molti ambienti impiantistici. Il suono è creato da cadute di pressione molto elevate attraverso una valvola, che generano elevate velocità di vapore mentre il fluido si muove attraverso i passaggi ristretti nel corpo della valvola. Il rumore aerodinamico dipende fortemente dalla velocità del gas, quindi le applicazioni ad alto flusso e con elevata caduta di pressione tendono a raggiungere molto rapidamente livelli sonori assordanti. Questo tipo di rumore può danneggiare l'udito e, nel tempo, può distruggere tubi, apparecchiature sensibili, collegamenti delle tubazioni vicine e componenti delle valvole.

Storicamente per risolvere questo problema sono stati utilizzati design di trim a bassa rumorosità, ma questi tipi di soluzioni sono generalmente costose e riducono notevolmente la capacità di flusso. Tuttavia, le tecniche di produzione additiva (stampa di leghe 3D) hanno introdotto tutta una serie di nuove possibilità nelle soluzioni di riduzione del rumore. Questo articolo descrive i nuovi design introdotti di recente o che saranno disponibili nei prossimi mesi.

Gli impianti sono pieni di forti fonti di rumore, tra cui apparecchiature di grandi dimensioni, sfiati di processo e pompe alternative. Molti di questi suoni sono sorgenti puntiformi (Figura 1A) e i livelli sonori diminuiscono con il quadrato della distanza. Le valvole di controllo sono un'altra fonte comune di suono negli ambienti industriali, ma in questo caso il suono in realtà proviene sia dalla valvola che dal tubo, creando una sorgente lineare quando il tubo a valle è sufficientemente lungo (Figura 1B). Mentre una sorgente puntiforme perde intensità sonora con il quadrato della distanza, una sorgente lineare perde intensità in modo direttamente proporzionale alla distanza, quindi tende a creare problemi maggiori al personale dell'impianto.

Le cause più comuni del rumore generato dalla valvola di controllo includono la vibrazione meccanica dei componenti interni, il rumore aerodinamico dovuto al flusso turbolento del gas e il rumore idrodinamico dovuto alla cavitazione. Il suono esterno al tubo rappresenta una minaccia per l'udito a livelli superiori a 85 dBA, mentre livelli superiori a 110 dBA possono danneggiare i componenti della valvola e le connessioni delle tubazioni adiacenti e dovrebbero quindi essere evitati (Figura 2).

Solitamente esistono due modi per risolvere questo problema: restringere il percorso del suono in modo che il suono non possa fuoriuscire nell'ambiente oppure eliminare la generazione del suono alla sorgente. Le soluzioni per il percorso del suono utilizzano comunemente tubi spessi, isolamento pesante e/o coperte acustiche per bloccare il rumore. Funzionano bene e sono economici, ma queste soluzioni hanno dei limiti.

La riduzione del rumore ottenibile è solitamente piuttosto limitata e queste tecniche tendono a diventare meno efficaci nel tempo poiché l'isolamento si rompe e le coperte acustiche vengono rimosse durante la manutenzione e non reinstallate correttamente. Indipendentemente da quanto funzionino, le soluzioni del percorso sonoro non risolvono il problema fondamentale dei livelli sonori superiori a 110 dBA che potrebbero danneggiare l'apparecchiatura.

La soluzione standard per il rumore delle valvole di controllo è stata l'installazione di trim delle valvole silenziosi per ridurre i livelli di generazione del rumore alla fonte. Questi progetti solitamente suddividono il flusso in più percorsi di flusso oppure adottano cadute di pressione più piccole su più stadi, per ridurre la velocità complessiva del flusso e abbassare i livelli sonori complessivi. Anche questa tecnologia funziona bene, ma presenta anch’essa dei limiti:

I trim a bassa rumorosità tendono a limitare significativamente la capacità di flusso della valvola, richiedendo corpi valvola più grandi per far passare la stessa portata.

I trim a bassa rumorosità sono in genere molto più costosi dei trim delle valvole standard poiché per produrre questi progetti è necessaria una lavorazione complessa.

I trim a bassa rumorosità hanno spesso un'applicabilità limitata per le valvole rotative.

Il panorama delle soluzioni per il rumore delle valvole di controllo è cambiato radicalmente con l'avvento della produzione additiva perché ora è possibile creare in modo rapido ed economico configurazioni di trim molto complesse.

Questa recente capacità ha stimolato nuove soluzioni di riduzione del rumore che possono raggiungere livelli molto elevati di riduzione del rumore pur mantenendo un’elevata capacità di flusso.