Zwangsgesteuerte Valvola elettromagneticae vs. Pneumatikventile in Biogasanlagen

Negli impianti di biogas agricoli si fermentano substrati organici per generare biogas, che deve essere successivamente trattato in fasi di processo impegnative come la separazione della CO₂, l'essiccazione e l'aumento della pressione fino a 70 bar. In tutti questi stadi critici vengono impiegate valvole che assumono compiti centrali come l'intercettazione automatica dei flussi di gas e l'attivazione di funzioni di spegnimento critiche per la sicurezza.

Poiché queste armature lavorano direttamente con gas infiammabili in zone esplosive soggette a pericolo di esplosione Ex, devono rispettare le più rigide disposizioni di sicurezza come la Direttiva ATEX (2014/34/EU) e la Direttiva europea sugli apparecchi in pressione (2014/68/EU).

Il caso pratico: Progetto BGEA Impianto Biogas

Per la pianificazione e l'esecuzione dell'impianto, l'impresa generale ha chiesto soluzioni di valvole specifiche a Buschjost. I requisiti tecnici per le armature erano elevati:

• Medium: Biogas con una miscela di idrogeno fino al 10% in volume
• Condizioni di funzionamento: Temperature da −10 a +60 °C con pressioni di funzionamento tra 2,5 e 16 bar
• Sicurezza: Classificazione ATEX per Zona Ex-2, SIL 2 nonché classe di protezione IP65 o superiore

Per fornire al costruttore dell'impianto la migliore base decisionale, Buschjost ha sviluppato due diversi approcci tecnologici: valvole magnetiche servo-controllate e valvole pneumatiche.

Panoramica dei requisiti tecnici

Parametro	Specifica
Medium	Biogas con miscela di idrogeno fino al 10% in volume
Intervallo di temperatura	Da −10 °C a +60 °C
Pressione di funzionamento	Da 2,5 a 16 bar
Classificazione ATEX	Zona Ex-2
Requisito di sicurezza	SIL 2
Classe di protezione	IP65 o superiore

Le due tecnologie a confronto diretto

Entrambe le tecnologie di valvole sono fondamentalmente molto adatte al medium biogas, ma presentano differenze significative nel funzionamento e nell'esercizio.

Valvole magnetiche servo-controllate (Failsafe)

Queste valvole funzionano elettromagneticamente e commutano in modo assolutamente affidabile a partire da una differenza di pressione di 0 bar. Si distinguono per un comportamento Failsafe, in cui la valvola si chiude in modo sicuro per forza molla e si apre solo quando la tensione è applicata. Il vantaggio decisivo: Per la commutazione non è richiesta alcuna aria di controllo. Poiché tutti i componenti sono fissi avvitati e si rinuncia alla tecnologia dell'aria compressa, il rischio di perdite è estremamente basso. Nonostante i costi di acquisizione inizialmente più elevati, offrono così un funzionamento praticamente esente da manutenzione e una massima sicurezza operativa.

Valvole pneumatiche

Al contrario, le valvole pneumatiche richiedono aria di controllo esterna per aprirsi. Sebbene anche questi modelli commutino molto rapidamente da 0 bar e dispongono di un comportamento Failsafe (chiusura per forza molla), il loro funzionamento dipende da un'alimentazione di aria compressa che funzioni. Ciò significa che devono essere installati e mantenuti componenti aggiuntivi come compressori, filtri e essiccatori. Ciò aumenta non solo lo sforzo di manutenzione, ma anche il rischio di potenziali perdite attraverso i tubi di aria compressa aggiuntivamente necessari.

Confronto tecnologico a colpo d'occhio

Criterio	MV Servo-controllato	Valvola pneumatica
Principio funzionale	Elettromagnetico	Aria compressa (esterna)
Differenza di pressione minima	0 bar	0 bar
Comportamento Failsafe	✓ Forza molla	✓ Forza molla
Aria di controllo richiesta	✗ Non necessaria	✓ Sì
Infrastruttura aggiuntiva	Nessuna	Compressore, filtro, essiccatore
Rischio di perdite	Molto basso	Aumentato
Sforzo di manutenzione	Minimo	Più elevato
Funzionamento senza aria compressa	✓ Sì	✗ No

Costi di investimento vs. costi operativi (Total Cost of Ownership)

Per creare una base decisionale fondata per il progetto, è stata effettuata una valutazione comparativa dei costi per entrambe le varianti di sistema.

A prima vista, la variante con valvole pneumatiche ottiene punti con costi di investimento inferiori. Il calcolo del progetto ha riportato costi di acquisizione puri di circa 17.000 € per questa soluzione. Con questo è circa 18% più conveniente della dotazione totale con valvole magnetiche servo-controllate, per le quali sono stati stanziati investimenti netti specifici del progetto di circa 20.655 €.

Tuttavia, la pratica avverte di considerare solo i costi di acquisizione puri: I costi aggiuntivi e continui per la fornitura, il trattamento e la manutenzione dell'infrastruttura di aria compressa sono considerevoli e non devono essere sottovalutati nella considerazione complessiva (Total Cost of Ownership).

Confronto dei costi – Investimento vs. costi operativi continui

Fattore di costo	MV Servo-controllato	Valvola pneumatica
Costi di acquisizione	ca. 20.655 € netto	ca. 17.000 € netto
Vantaggio di costo acquisizione	—	ca. 18% più conveniente
Infrastruttura aria compressa	Non richiesta	Costi aggiuntivi significativi
Manutenzione continua	Minima	Regolare, aumentata
Valutazione complessiva TCO	Superiore a lungo termine	Costi complessivi più elevati

Conclusione: Sicurezza e assenza di manutenzione sono redditizie

Se un impianto non dispone ancora di infrastruttura di aria compressa o questa non può essere esercita economicamente, le valvole magnetiche servo-controllate rappresentano la scelta superiore. L'eliminazione di compressori e filtri riduce lo sforzo di manutenzione a un minimo e garantisce un funzionamento senza perdite nel delicato processo di biogas.

Il caso pratico dimostra in modo impressionante: Una somma di investimento inizialmente più elevata per il set di valvole di solito si ammortizza rapidamente attraverso significativamente inferiori costi operativi continui e una sicurezza dell'impianto notevolmente aumentata.

Aiuto nella decisione – Quando quale tecnologia?

MV Servo-controllato consigliato, se …	Valvola pneumatica adatta, se …
Nessuna infrastruttura di aria compressa disponibile	Fornitura di aria compressa già disponibile e economicamente gestibile
Sforzo di manutenzione minimo richiesto	Bassi costi di investimento in primo piano
Assenza di perdite nel processo di biogas decisivo	Più utenti condividono l'impianto di aria compressa
Massima sicurezza operativa richiesta	Ammortamento a breve termine in primo piano

Domande frequenti su valvole magnetiche in impianti di biogas

Qual è la differenza tra valvole magnetiche servo-controllate e valvole pneumatiche?

Le valvole magnetiche servo-controllate funzionano in modo puramente elettromagnetico e non richiedono aria compressa esterna per commutare. Si aprono quando la tensione è applicata e si chiudono automaticamente per forza molla (Failsafe). Le valvole pneumatiche, invece, richiedono un'alimentazione di aria compressa esterna con compressore, filtro e essiccatore. Entrambi i tipi commutano da 0 bar di differenza di pressione e dispongono di un comportamento Failsafe, ma differiscono significativamente nello sforzo di manutenzione e nei requisiti di infrastruttura.

Quali valvole sono le più adatte per impianti di biogas?

Sia le valvole magnetiche servo-controllate (MV) che le valvole pneumatiche sono adatte agli impianti di biogas. Le valvole magnetiche servo-controllate sono particolarmente consigliate quando non è disponibile alcuna infrastruttura di aria compressa, è richiesta la massima sicurezza operativa o l'assenza di perdite è decisiva. Le valvole devono essere certificate ATEX per Zona Ex-2, soddisfare SIL 1 e offrire almeno la classe di protezione IP65.

Quanto costano le valvole magnetiche per impianti di biogas a confronto?

Nell'esempio pratico BGEA Münsterland, i costi di acquisizione per valvole magnetiche servo-controllate si attestavano a circa 20.655 € netto, mentre le valvole pneumatiche a circa 17.000 € netto erano circa il 18% più convenienti. Tuttavia, le valvole pneumatiche comportano costi aggiuntivi significativi per l'infrastruttura di aria compressa e la manutenzione. Nella considerazione complessiva dei costi (TCO), le valvole magnetiche servo-controllate sono spesso più economiche a lungo termine.

Le valvole magnetiche in impianti di biogas hanno bisogno di una certificazione ATEX?

Sì, le valvole magnetiche negli impianti di biogas devono essere obbligatoriamente certificate secondo la Direttiva ATEX 2014/34/EU, poiché funzionano con gas infiammabili in aree soggette a pericolo di esplosione. Tipicamente è richiesta una certificazione almeno per Zona Ex-2. Inoltre, le valvole devono rispettare la Direttiva europea sugli apparecchi in pressione 2014/68/EU.

Cosa significa Failsafe in una valvola magnetica?

Failsafe significa che una valvola magnetica in caso di interruzione di corrente o perdita di segnale passa automaticamente a uno stato sicuro – si chiude per forza molla da sé e interrompe il flusso di gas. La valvola si apre solo quando la tensione è attivamente applicata. Questo comportamento è un requisito centrale di sicurezza in aree soggette a pericolo di esplosione.

Perché le valvole magnetiche servo-controllate richiedono meno manutenzione?

Perché non richiedono un'alimentazione di aria compressa esterna. Con le valvole pneumatiche, i compressori, i filtri, gli essiccatori e i tubi devono essere sottoposti a manutenzione regolare – questi componenti aumentano anche il rischio di perdite. Le valvole magnetiche servo-controllate hanno componenti fissi avvitati senza tecnologia di aria compressa, quindi lo sforzo di manutenzione è minimo.

Fino a quale pressione funzionano le valvole magnetiche in impianti di biogas?

Nel caso pratico sono state utilizzate valvole per una pressione di funzionamento da 2,5 a 40 bar. Tuttavia, nella preparazione del biogas possono essere raggiunte pressioni fino a 70 bar. Le valvole devono essere progettate per temperature da −10 °C a +60 °C e devono poter gestire biogas con miscela di idrogeno fino al 10% in volume.

Fonte: Kilian Barmeier Esperto di soluzioni di valvole, Buschjost Magnetventile GmbH & Co. KG · Caso pratico Impianto biogas Münsterland in collaborazione con l'impresa generale