Tutorial per Illustrare il Funzionamento delle Elettrovalvole, Presentando Caratteristiche Elettriche ed Idrauliche di Tre Diversi tipi di Elettrovalvole…
INTRO
Le elettrovalvole sono dei sistemi elettromeccanici che permettono di far passare o bloccare un flusso di aria, acqua o altri liquidi in funzione di un segnale elettrico, ovvero sono dei rubinetti controllabili elettricamente.
Solitamente usano un solenoide, ovvero una bobina, per generare un campo magnetico che fa muovere una membrana permettendo o bloccando il flusso del fluido. Ve ne sono anche delle versioni motorizzate che utilizzano un motore con motoriduttore per ruotare la sfera all’interno di una saracinesca.
Le elettrovalvole vengono classificate in base ad alcuni criteri:
- Disposizione dei condotti interni, ovvero il numero di ingressi e uscite
- La tipologia di alimentazione, ovvero se in corrente continua o alternata
- La condizione di equilibrio, monostabile o bistabile
- La pressione minima e massima di funzionamento
Si sceglie la disposizione dei condotti interni in base a cosa serve per il progetto che si vuole realizzare, mentre la tipologia di alimentazione va scelta in base a cosa andrà a controllare l’elettrovalvola. Se ad esempio l’apertura viene effettuata da un microcontrollore e ho a disposizione solo corrente continua a 5V, si va a scegliere una elettrovalvola DC con tensione di 5V, se invece il controllo viene eseguito da un semplice pulsante sulla linea di rete 230V vado a scegliere una elettrovalvola AC.
La condizione di equilibrio indica cosa succede all’elettrovalvola quando non viene più alimentata; le elettrovalvole monostabili se sono normalmente chiuse bloccano il flusso quando non alimentate e permettono il passaggio del fluido quando il solenoide è eccitato, infatti alcune valvole con solenoide sono di questo tipo. Le elettrovalvole bistabili invece hanno come punto di equilibrio sia lo stato aperto che lo stato chiuso, quindi possono rimanere aperte o chiuse anche senza alimentazione, ed è il caso delle elettrovalvole con motore.
La pressione minima e massima sono due parametri molto importanti. Iniziamo dalla pressione massima; questa pressione deve essere opportuna altrimenti la valvola si rompe, oppure si apre (se normalmente chiusa) anche senza nessuna tensione di alimentazione.
La pressione minima invece è necessaria affinché si abbia un corretto flusso del fluido quando la valvola viene aperta grazie alla sua alimentazione. Alcune valvole a membrana hanno una pressione minima, se il fluido ha una pressione minore o uguale a quella minima, la valvola non si apre in modo adeguato e di conseguenza la valvola va a ridurre il flusso, quindi non si ha un passaggio pieno oppure non si ha proprio un passaggio del fluido.
A MEMBRANA MONOSTABILE
Partiamo dal primo tipo, quello più comune, con sistema a membrana monostabile. In questo caso ha anche una pressione minima. L’elettrovalvola smontata ha il seguente aspetto:
La seguente elettrovalvola è di tipo monostabile, ovvero se la bobina non è alimentata non vi è flusso di acqua, quando la bobina è alimentata con una tensione continua superiore ai 5V. La pressione minima è 0.02Mpa ovvero 0.2atm (Mpa = mega pascal, atm = atmosfera), al di sotto di questa pressione, in questo caso, la valvola non è completamente aperta e se troppo bassa rispetto a questo valore rimane chiusa. La pressione massima è 8atm, oltre questa pressione la valvola si apre senza stimolo elettrico.
La valvola anche se nominalmente ha bisogno di 12V, si apre già con una tensione di 5V e considerando una resistenza della bobina di 35 Ohm ci vuole una corrente di 140mA se si alimenta a 5V mentre si arriva a 340mA con una alimentazione di 12V. La potenza è quindi pari a 4W con alimentazione a 12V.
Il problema di questa valvola è che per avere un flusso continuo di acqua bisogna avere una potenza assorbita di continuo, situazione problematica nel caso di sistemi alimentati a batteria o a bassa potenza.
Questa valvola è la più comune che si può acquistare su ebay con una spesa di circa 2 euro.
ELETTROVALVOLA MOTORIZZATA
Per evitare di avere una corrente assorbita di continuo, finchè il flusso rimane aperto, e inoltre se si vuole una pressione minima pari a 0atm bisogna usare una elettrovalvola motorizzata. Questo tipo di valvola è perfetta quando si hanno pressioni basse ad esempio con sistemi a cadute e inoltre, per come è costruito si può anche modulare l’apertura della valvola, regolando quindi il flusso.
L’elettrovalvola è così fatta:
Si ha un motore con motoriduttore che fa ruotare la saracinesca e inoltre vi è un circuito composto da due interruttori finescorsa e un relè che servono per chiudere il flusso di corrente quando la la saracinesca è completamente aperta o chiusa.
Dispone di 3 fili, il giallo-verde è il comune e va connessa la tensione negativa, il blu apre la saracinesca quando vi è collegata una tensione positiva superiore a 8V mentre il marrone chiude la saracinesca sempre quando vi è connessa una tensione positiva. Il circuito all’interno dell’elettrovalvola fa si che non si posso alimentare contemporaneamente i due contatti.
Considerando tensione di alimentazione, corrente assorbita, tempo di apertura/chiusura e energia per un ciclo apertura chiusura, si ha:
La tensione nominale è 12V ed è proprio questa la tensione alla quale si ha la minore potenza. Si può anche avere una tensione minore di alimentazione con un consumo leggermente maggiore. Considerando che sono necessari alcuni secondi per avere una apertura o chiusura bisogna rispettare questi tempi per una completa apertura o chiusura.
Nel progetto si potrebbe usare una resistenza di sensing per misurare quando l’elettrovalvola non assorbe più corrente e quindi avvertire che il flusso è chiuso o aperto, oppure si potrebbe semplicemente alimentare l’elettrovalvola per un periodo sufficientemente largo, ad esempio 20 secondi in modo tale da avere la certezza.
Se si vuole aprire a metà l’elettrovalvola basta misurare il tempo di completa apertura con una resistenza di sensing e poi andare a porre una tensione positiva sul conduttore blu per metà del tempo.
Questo tipo di elettrovalvole costa circa una ventina di euro, reperibile su ebay come la precedente, esiste in varie versioni con tensione alternata o continua fino a 230V.
ELETTROVALVOLA BISTABILE A MEMBRANA
Questo tipo di elettrovalvola è simile a quella vista prima ma ha due posizioni di equilibrio, ovvero aperta o chiusa, funziona sempre con solenoide che fa muovere un pistoncino:
Dal punto di vista elettronico si ha un solo solenoide con due cavi, uno rosso e uno nero; se la tensione positiva è connessa al rosso e la negativa al nero e si invia un impulso di circa mezzo secondo l’elettrovalvola si apre, se invece si inverte il flusso di corrente, con una tensione positiva sul filo nero e una tensione negativa sul filo rosso l’elettrovalvola si chiude.
Questo tipo di elettrovalvola ha una pressione minima da garantire e inoltre visto il breve istante di alimentazione permette di avere una energia di circa 1mWh per un intero ciclo apertura chiusura con una tensione di 12V.
Questo tipo di elettrovalvola è usato nei sistemi di irrigazione automatico da giardino e non è facile da trovare in commercio, infatti quello di figura è reciclato da un irrigatore rotto.
