Progettazione di diaframmi e sezioni a farfalla
I diaframmi (anche: piastre forate / dischi di strozzamento) e le sezioni a farfalla sono utilizzati in particolare per limitare la portata.
Nelle condutture di alimentazione, che convogliano liquidi o gas dalle reti di approvvigionamento a singole parti dell’impianto, vengono spesso utilizzati i diaframmi. Questi dispositivi, in caso di guasto di una valvola di regolazione, limitano la portata a un livello compatibile con la capacità di scarico della valvola di sicurezza installata. In questo caso, il diaframma è rilevante per la sicurezza e deve essere identificato come tale e incluso in un ciclo di prova.
I diaframmi sono spesso utilizzati anche nelle condutture di alimentazione del vapore di riscaldamento verso i rivestimenti dei serbatoi, per limitare la portata massima del vapore nel rivestimento e, di conseguenza, la potenza termica massima all’interno del serbatoio. Se la limitazione della potenza termica è necessaria affinché la valvola di sicurezza all’interno del serbatoio sia sufficientemente dimensionata per il caso di progetto “aumento della pressione del vapore di solventi”, anche il diaframma diventa un componente rilevante ai fini della sicurezza.
La determinazione della portata massica tramite un diaframma non è insignificante, in particolare per i liquidi comprimibili. Il flusso attraverso un diaframma dipende non solo dalle pressioni e dal diametro del diaframma stesso, ma anche dalla sua forma, dal rapporto tra il diametro del diaframma e il diametro interno della tubazione e dalla geometria della conduttura. Per limitare la portata si dovrebbero utilizzare diaframmi con spigoli vivi, poiché, in condizioni di flusso critico la formazione della vena contracta è più pronunciata e la portata viene limitata molto di più rispetto a un ugello ideale, soprattutto alla velocità del suono. Dunque, un diaframma non può essere semplicemente calcolato con l’equazione di flusso dell’ugello e il valore costante di uscita.
I vantaggi dei diaframmi rispetto alle sezioni a farfalla, sono soprattutto la semplicità e l’economicità del loro retrofit, l’ingombro ridotto e il fatto che possono essere sostituiti in modo rapido e semplice. Gli svantaggi sono che il diametro di un diaframma può cambiare a causa della corrosione o dell’erosione e che, a differenza di una sezione a farfalla, non è visibile dall’esterno. Il flusso attraverso una sezione a farfalla è generalmente anche significativamente più silenzioso rispetto a quello attraverso un diaframma.
Spesso è necessario determinare in modo iterativo il diametro ottimale del diaframma, poiché per il processo è richiesto una determinata portata massica durante il normale funzionamento, che deve essere garantito con una pressione a monte inferiore. Allo stesso tempo, però, il flusso massimo con una pressione a monte elevata non deve superare la quantità che può essere scaricata attraverso la valvola di sicurezza.
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