L’azionamento piezoelettrico e quello a solenoide nelle valvole proporzionali devono essere confrontati considerando dispositivi completi, alla stessa pressione e portata, con lo stesso comando, carico e criterio di prova. La tecnologia piezoelettrica privilegia in genere un basso consumo per il mantenimento della posizione, una ridotta generazione di calore, un funzionamento silenzioso e un controllo compatto delle basse portate. La tecnologia a solenoide offre solitamente una scelta più ampia di portate e pressioni, interfacce industriali note e un azionamento diretto più potente. Nessuna delle due architetture è la migliore per ogni ciclo di lavoro.
Il controllo elettropneumatico continuo della portata e quello della pressione sono disciplinati da norme ISO distinte. È un aspetto importante, perché la velocità dell’attuatore elettrico, il tempo di commutazione della valvola, il tempo di assestamento della pressione e la risposta della portata massica non sono grandezze intercambiabili (ISO 10041-2, 2010; ISO 10094-2, 2021).
Punti chiave
- Confrontare gruppi valvola completi, non la sola fisica dell’attuatore.
- Verificare a parità di portata, pressione, isteresi, definizione della risposta, elettronica e ambiente.
- Le valvole piezoelettriche riducono al minimo l’energia di mantenimento; i movimenti ad alta frequenza continuano però a consumare energia.
- Le valvole proporzionali a solenoide possono essere rapide, efficienti e precise se dimensionate per il ciclo di lavoro.
Per comprendere la distinzione generale tra controllo della pressione, della portata e della direzione, partire dalla guida alla scelta delle valvole proporzionali. Questo articolo affronta un tema più specifico: mette a confronto i due metodi di azionamento elettrico impiegati nelle valvole pneumatiche proporzionali.
Perché la fisica dell’attuatore non determina le prestazioni della valvola completa?
Per le valvole elettropneumatiche di controllo continuo della portata, la norma ISO 10041-2 standardizza le prove. Le valvole di controllo della pressione rientrano invece nella ISO 10094-2. La separazione dei rispettivi campi di applicazione mostra perché la velocità di spostamento di un attuatore isolato non basta a stabilire la risposta utile in portata, l’assestamento della pressione, l’isteresi o la ripetibilità di una valvola (ISO 10041-2, 2010; ISO 10094-2, 2021).
Le valvole proporzionali formano una catena di componenti interdipendenti. Il segnale di comando attraversa l’elettronica di pilotaggio, muove un attuatore, modifica la posizione di un orifizio o di una spola, varia il flusso del gas e, infine, cambia una variabile di processo misurata. Il volume pneumatico, il rapporto di pressione, il filtraggio del sensore, la taratura del regolatore e le strozzature a valle possono dominare la risposta osservata dalla macchina. Occorre valutare l’intera catena. Questa delimitazione corregge due errori frequenti. Il primo consiste nel trasferire la risoluzione nanometrica dichiarata per uno stadio piezoelettrico alla risoluzione di pressione o portata di una valvola. Il secondo consiste nel confrontare una microvalvola piezoelettrica ad azionamento diretto con una valvola a spola e solenoide molto più grande, per poi presentare il risultato come un rapporto intrinseco tra le due tecnologie.
Festo descrive trasduttori piezoelettrici a flessione per valvole pneumatiche con campi di movimento e forza molto diversi da quelli dei trasduttori piezoelettrici a stack utilizzati per l’iniezione di liquidi o il microposizionamento. Il suo white paper avverte che non è possibile sfruttare contemporaneamente tutti i vantaggi della tecnologia piezoelettrica in un’unica valvola (Festo, Piezo Technology in Pneumatic Valves, 2017).
L’unità di confronto deve quindi essere una configurazione completa composta da valvola ed elettronica, non il materiale piezoelettrico contrapposto alla bobina di rame. Tale configurazione va confrontata con un’altra soluzione completa, provata nel punto di esercizio previsto dall’applicazione.
Dalla nostra analisi degli attuali ambiti di prova ISO e dei dati correnti dei produttori emerge che il confronto più difendibile mantiene espliciti quattro confini: funzione della valvola, gruppo completo, punto di esercizio e variabile finale misurata. Eliminandone anche uno solo, un risultato valido per un prodotto può trasformarsi in un’affermazione errata sull’intera tecnologia.
Come funzionano i due sistemi di azionamento all’interno delle valvole proporzionali?
La scheda tecnica Festo VEMP del 2025 riporta per le valvole piezoelettriche portate nominali da 18 a 29 L/min e pressioni di esercizio fino a 1.7 bar, a seconda della variante. Questi limiti di prodotto sono più utili delle affermazioni generiche sugli attuatori, perché collegano il trasduttore piezoelettrico a flessione a una funzione valvola reale (Festo VEMP, 2025).
Una valvola proporzionale piezoelettrica è una valvola nella quale un elemento piezoelettrico si deforma in risposta a un campo elettrico e regola un’apertura pneumatica. I dispositivi pneumatici impiegano comunemente un elemento a flessione che apre o chiude una piccola sede. Dal punto di vista elettrico, l’elemento si comporta come un condensatore: durante la carica circola corrente, che poi diminuisce una volta raggiunto lo stato comandato. Il ripristino richiede una scarica controllata. Una valvola proporzionale a solenoide utilizza una corrente di bobina regolata per generare una forza magnetica su un’ancora o un nucleo mobile. Il movimento varia direttamente l’apertura di dosaggio oppure controlla uno stadio pilota. Il controllo di corrente o un driver PWM compensa le variazioni dell’alimentazione e permette alla valvola di assumere posizioni intermedie, invece di funzionare esclusivamente in modalità on-off.
Anche la meccanica di dosaggio posta dopo l’attuatore è determinante. Otturatori, spilli, diaframmi e spole presentano caratteristiche diverse in termini di trafilamento, attrito, bilanciamento, corsa, sensibilità alla contaminazione e forza richiesta. Il pilotaggio può aumentare la capacità di portata, ma introduce dinamiche pneumatiche e può imporre condizioni di pressione minima. La nostra guida alle valvole ad azionamento diretto e servopilotate illustra questa scelta progettuale distinta.
Verificare la costruzione esatta.
Come confrontare la risposta e la qualità del controllo?
Per la valvola proporzionale a solenoide Type 2852, Bürkert dichiara un tempo di azionamento inferiore a 10 ms, una precisione di ripetibilità inferiore all’1% del fondo scala e una sensibilità di risposta inferiore allo 0.1% nelle condizioni indicate. Questa singola scheda tecnica smentisce qualsiasi affermazione universale secondo cui le valvole proporzionali a solenoide sarebbero intrinsecamente lente o imprecise (Bürkert Type 2852, 2026).
Iniziare identificando ciò che misura il valore temporale. Ritardo elettrico, movimento iniziale dell’ancora, corsa della valvola dal 10 al 90 percento, tempo di salita della portata, assestamento della pressione e risposta della macchina sotto carico sono risultati diversi. Il tempo di commutazione delle valvole direzionali è standardizzato dalla ISO 12238:2023, mentre le valvole di controllo continuo della portata e della pressione appartengono alle famiglie di prova ISO 10041 e ISO 10094 (ISO 12238, 2023).
Un solo valore temporale non può rappresentarli tutti.
Confrontare quindi gli altri dati di controllo:
| Voce della scheda tecnica | Che cosa rivela | Condizione di confronto |
|---|---|---|
| Tempo di azionamento o risposta | Movimento dinamico dopo un comando definito | Stessa ampiezza, pressione, temperatura e carico |
| Isteresi | Differenza dell’uscita tra comandi crescenti e decrescenti | Stesso metodo di misura della portata o della pressione |
| Ripetibilità | Variazione dopo comandi uguali ripetuti | Stesso numero di cicli, riscaldamento e condizioni ambientali |
| Sensibilità o soglia | Minima variazione del comando che produce un’uscita utile | Stessi filtraggio del rumore e risoluzione di misura |
| Campo di regolazione | Intervallo utile tra soglia e saturazione | Stesse condizioni a monte e a valle |
| Trafilamento | Flusso interno o esterno non comandato | Stessa pressione, fluido e stato della valvola |
Non confondere la risoluzione del sensore con la precisione della valvola. I regolatori digitali possono accettare un setpoint molto fine, ma attrito, geometria della sede, rumore della portata e variazioni di pressione limitano l’uscita effettiva. Allo stesso modo, un attuatore rapido non garantisce un controllo veloce della pressione quando occorre riempire o scaricare un grande volume a valle.
Nel posizionamento di un cilindro, la valvola è soltanto un elemento dell’anello. La guida al controllo di posizione con valvola proporzionale tratta retroazione, taratura, volume morto e collaudo dell’asse sotto carico.
Un confronto difendibile del tempo di risposta specifica entrambi gli estremi: l’evento elettrico che avvia la prova e l’evento pneumatico o meccanico che la conclude. I valori privi di questi riferimenti non sono specifiche trasferibili.
Come confrontare la potenza e il comportamento termico?
Festo indica un consumo elettrico massimo di 1 W per il regolatore piezoelettrico completo di portata massica VEMD. Bürkert indica per il solenoide Type 2852 valori massimi di 2.8 W e 3.4 W. Questi dati dimostrano un effettivo vantaggio di bassa potenza in tale confronto, ma non un rapporto universale tra valvole di dimensioni diverse (Festo VEMD, 2026; Bürkert Type 2852, 2026).
Gli elementi piezoelettrici assorbono carica quando cambia il comando e richiedono poca o nessuna corrente dell’attuatore per mantenere uno stato statico. Driver, sensori, comunicazioni e regolatori ad anello chiuso possono comunque consumare energia. Le variazioni rapide del comando caricano e scaricano ripetutamente l’elemento, quindi l’energia dinamica cresce con capacità, escursione di tensione e frequenza di comando. I cicli statici e dinamici sono diversi. I solenoidi richiedono corrente per mantenere la forza magnetica. La regolazione della corrente, il controllo peak-and-hold o un progetto meccanico e magnetico efficiente possono ridurre la potenza a regime. La resistenza della bobina aumenta con la temperatura e un pilotaggio in tensione non controllato può variare la forza man mano che la bobina si riscalda. Per questo una buona elettronica proporzionale regola la corrente, anziché presumere che la sola tensione definisca la posizione della valvola.
Il calore è importante non soltanto per il costo dell’elettricità. Può alterare la resistenza, il comportamento delle tenute, le letture dei sensori e la temperatura dell’involucro circostante. Un confronto termico corretto registra temperatura ambiente, densità di montaggio, ciclo di lavoro, profilo di comando, ventilazione e specifica se il valore pubblicato riguarda soltanto l’attuatore o il regolatore completo.
La guida alle elettrovalvole a basso consumo illustra le strategie peak-and-hold e di gestione della potenza della bobina. Ai fini dell’acquisto, la regola è più semplice: confrontare la potenza media del sistema sul profilo di comando reale, non soltanto la corrente di mantenimento o il valore massimo di targa.
La bassa energia di mantenimento offre il massimo vantaggio quando una valvola resta a lungo su un comando stabile. In un anello a modulazione rapida, energia di commutazione, perdite del driver, potenza del sensore e frequenza di controllo rientrano nello stesso bilancio energetico.
Quale campo di pressione e portata può coprire ciascuna architettura?
Il catalogo Festo dedicato alla pneumatica proporzionale indica per la piezoelettrica VEMD una portata di 20 L/min e una potenza di 1 W. La famiglia di spole a solenoide MPYE raggiunge 2,000 L/min con una potenza superiore, variabile secondo il modello. È un esempio di famiglie di prodotti, non un limite intrinseco, ma mostra perché capacità di portata e potenza devono essere valutate insieme (Festo, Proportional Pneumatics, 2021).
I trasduttori piezoelettrici a flessione generano un piccolo movimento con poca energia elettrica, caratteristica adatta a sedi ridotte, obiettivi di basso trafilamento, funzionamento silenzioso e controllo compatto delle basse portate. Per ottenere una portata superiore possono essere necessari più elementi, uno stadio pilota, una struttura più grande e bilanciata in pressione oppure un altro tipo di attuatore piezoelettrico. Ogni soluzione modifica risposta e trafilamento. I solenoidi possono fornire una corsa maggiore e una forza diretta in un’ampia gamma di catalogo. Una bobina o un circuito magnetico più grande, oppure una configurazione pilotata, può azionare un orifizio o una spola di dimensioni maggiori. I compromessi possono comprendere calore, peso, assorbimento di corrente, sensibilità ai campi magnetici e ingombro superiore.
Nessuna delle due architetture determina da sola la pressione nominale. Diametro della sede, bilanciamento della pressione, resistenza del corpo, materiali delle tenute, rapporto di pilotaggio, obiettivo di trafilamento e compatibilità con il fluido concorrono tutti al risultato. Le varianti Festo VEMP, ad esempio, associano una portata nominale ridotta a pressioni dipendenti dal modello fino a 1.7 bar. L’esempio a solenoide Bürkert Type 2852 è classificato fino a 7 bar. I due prodotti servono campi diversi e non devono essere presentati come sostituti senza un confronto completo del ciclo di lavoro.
Partire dal campo pneumatico.
Neppure la filettatura dell’attacco è sufficiente. Richiedere dati di portata standardizzati o pienamente definiti a pressioni note a monte e a valle. Una portata massima elevata può comunque offrire una scarsa risoluzione ai bassi comandi se la valvola è sovradimensionata. La guida al controllo proporzionale della portata spiega perché il campo di comando e le restrizioni installate influiscono sul controllo utile del cilindro.
Matrice di scelta tra azionamento piezoelettrico e a solenoide
Secondo la ISO 10094-1, le valvole proporzionali di pressione con e senza retroazione elettronica della pressione costituiscono configurazioni distinte. Questa distinzione è più utile di una scelta basata sul solo attuatore: l’applicazione definisce prima il controllo di pressione, portata o direzione, quindi la retroazione necessaria e il campo prestazionale (ISO 10094-1, 2021).
| Condizione applicativa | Tendenza all’idoneità dell’azionamento piezoelettrico | Tendenza all’idoneità dell’azionamento a solenoide | Verifica prima della scelta |
|---|---|---|---|
| Dispositivo alimentato a batteria o sensibile al calore | Particolarmente indicato quando portata e pressione restano nel campo della valvola piezoelettrica | Possibile con pilotaggio ottimizzato a basso consumo | Potenza media completa e temperatura dell’involucro |
| Controllo silenzioso di gas per uso medico o di laboratorio | Particolarmente indicato per una regolazione compatta, silenziosa e a bassa portata | Idoneo se il prodotto approvato e il rumore sono accettabili | Omologazione per il fluido, trafilamento, pulizia e comportamento in caso di guasto |
| Elevata portata industriale o ampio campo di pressione | Possibile con un pilotaggio o un progetto specializzato | Ampia disponibilità a catalogo | Curva di portata, rapporto di pressione, fabbisogno di pilotaggio e calore |
| Controllo rapido ad anello chiuso di pressione o portata | Indicato quando la valvola completa presenta una dinamica verificata | Indicato quando elettrovalvola e driver soddisfano la larghezza di banda | Stessa definizione della prova, volume, sensore e regolatore |
| Apparecchiatura sensibile ai campi magnetici | La tecnologia piezoelettrica può evitare un attuatore magnetico | Richiede una verifica della compatibilità con il campo | Materiali, posizione del driver e intensità del campo nell’installazione |
| Ambiente industriale sporco o gravoso | Dipende dal prodotto; le sedi piccole possono richiedere un fluido più pulito | Dipende dal prodotto; anche le parti mobili richiedono aria pulita | Filtrazione, configurazione IP, urti, vibrazioni e temperatura |
| Automazione standard sensibile ai costi | Valutare il costo complessivo di elettronica e integrazione | Spesso offre più alternative di approvvigionamento | Gruppo fornito, driver, messa in servizio e costo del ciclo di vita |
Scegliere l’azionamento piezoelettrico quando bassa generazione di calore, ridotta energia statica, silenziosità, ingombro compatto o immunità magnetica sono requisiti determinanti e la valvola selezionata soddisfa il campo pneumatico. Scegliere l’azionamento a solenoide quando prevalgono portata, pressione, ampiezza delle fonti di approvvigionamento, elettronica industriale nota o forza diretta e il modello selezionato soddisfa l’obiettivo di qualità del controllo.
Checklist per specifiche e richiesta d’offerta
La norma di affidabilità ISO 19973-2 considera la durata delle valvole direzionali come un risultato di prova espresso in cicli, non come una proprietà universale del materiale. Le specifiche di acquisto devono quindi richiedere il metodo di prova del modello esatto, invece di sostenere che una tecnologia di azionamento duri sempre milioni o miliardi di cicli (ISO 19973-2, 2015).
Inviare ai fornitori una scheda con un unico punto di esercizio controllato:
- Funzione della valvola: pressione, portata o direzione; attacchi; stato sicuro.
- Ciclo pneumatico: indicare fluido, pressione minima e massima in ingresso, pressione o volume a valle, campo di portata richiesto, limite di trafilamento, sorgente pilota, scarico pilota e ogni punto di esercizio utilizzato per il collaudo.
- Prestazioni di controllo: gradino del comando, variabile finale della risposta, banda di assestamento, isteresi, ripetibilità, sensibilità, zona morta e deriva ammessa durante il riscaldamento.
- Interfaccia elettrica: alimentazione, comando analogico o digitale, impedenza di ingresso, frequenza di aggiornamento, posizione del driver, uscita di retroazione, allarmi e connettore.
- Profilo energetico: durata del comando statico, frequenza di modulazione, movimento medio, richiesta di picco, temperatura dell’involucro e aumento termico consentito.
- Ambiente: temperatura ambiente e del fluido, filtrazione, lubrificazione, umidità, lavaggio, urti, vibrazioni, campo magnetico, corrosione e orientamento di installazione.
- Evidenze: codice articolo esatto, scheda tecnica aggiornata, curve caratteristiche, metodi di prova, omologazioni della variante, dichiarazioni dei materiali e notifica di gestione delle modifiche.
- Prova di accettazione: riprodurre il fluido di produzione o un sostituto approvato, condizioni di pressione definite, volume a valle rappresentativo, forma d’onda del comando, stato di riscaldamento, strumenti tarati, numerosità del campione, numero di cicli, metodo di calcolo e limiti di accettazione espliciti per ogni uscita misurata.
Porre un’ulteriore domanda: le prestazioni quotate riguardano la valvola nuda, la valvola con driver oppure un regolatore ad anello chiuso completo di sensore? Un confine di sistema chiaro evita la maggior parte dei confronti fuorvianti.
Non accettare un confine indefinito.
Per il collaudo del tempo di risposta, utilizzare le definizioni riportate nella guida al tempo di commutazione delle valvole pneumatiche. Per un’applicazione di controllo della pressione, la guida ai regolatori proporzionali di pressione offre il livello successivo di verifiche specifiche per il regolatore.
Domande frequenti sulle valvole proporzionali piezoelettriche e a solenoide
Quattro ambiti di prova ISO trattano separatamente portata continua, pressione continua, commutazione direzionale e affidabilità delle valvole direzionali. Su questa distinzione si basano le risposte seguenti: il nome di una tecnologia non può sostituire una funzione valvola definita, un punto di esercizio, una variabile finale misurata e la documentazione del prodotto esatto (ISO 10041-2, 2010; ISO 10094-2, 2021).
Le valvole proporzionali piezoelettriche sono sempre più rapide di quelle a solenoide?
No. Un elemento piezoelettrico può muoversi molto rapidamente, ma la risposta della valvola completa dipende anche da sede, stadio pilota, elettronica, volume pneumatico, rapporto di pressione, sensore e definizione della risposta. Confrontare curve o prove specifiche del modello allo stesso gradino di comando e punto di esercizio. Bürkert, ad esempio, dichiara meno di 10 ms per una valvola proporzionale a solenoide.
Le valvole piezoelettriche consumano zero potenza durante il mantenimento della posizione?
Dopo la carica, l’attuatore piezoelettrico richiede poca o nessuna corrente continua; una valvola o un regolatore completo può però includere driver, sensore, regolatore, comunicazioni e diagnostica. Tali circuiti consumano energia. Anche variazioni frequenti del comando richiedono cicli ripetuti di carica e scarica, quindi l’energia media dipende dalla frequenza di comando e dall’escursione di tensione.
Le valvole proporzionali a solenoide sono adatte soltanto al controllo on-off?
No. Una valvola proporzionale a solenoide regola la corrente della bobina in modo che l’ancora, il nucleo, lo spillo o la spola possano assumere posizioni intermedie. È diversa da una semplice valvola di commutazione. La qualità utile del controllo dipende da regolazione della corrente, progetto magnetico, attrito, forze dovute alla pressione, isteresi, sensibilità e curva caratteristica della valvola esatta.
La risoluzione dell’attuatore può prevedere la precisione di pressione o portata?
No. La risoluzione di spostamento dell’attuatore descrive un solo elemento della catena dal comando all’uscita. Geometria della valvola, attrito, trafilamento, comprimibilità del gas, variazioni di pressione, sensori, filtraggio e comportamento del regolatore influiscono sulla pressione o sulla portata misurata. Utilizzare i dati di isteresi, ripetibilità, sensibilità e dinamica della valvola completa in condizioni corrispondenti all’applicazione.
Quale metodo di azionamento offre la maggiore durata?
Nessuno dei due presenta un vantaggio universale in termini di durata. I trasduttori piezoelettrici a flessione non hanno un’ancora magnetica scorrevole. Anche i solenoidi possono raggiungere una lunga durata con materiali, controllo di corrente, filtrazione e carico adeguati. Richiedere condizioni della prova ciclica, criteri di guasto, informazioni sul livello di confidenza e configurazione esatta sottoposta a prova. Contaminazione, temperatura, pressione e frequenza di modulazione dell’applicazione possono modificare il risultato.
Fonti e riferimenti tecnici
- ISO, ISO 10041-2:2010, metodi di prova e presentazione dei risultati per valvole elettropneumatiche di controllo continuo della portata. Consultato il 2026-07-22.
- ISO, ISO 10094-1:2021, caratteristiche riportate nella documentazione del fornitore. Consultato il 2026-07-22.
- ISO, ISO 10094-2:2021, metodi di prova comparativi per valvole di controllo continuo della pressione. Consultato il 2026-07-22.
- ISO, ISO 12238:2023, prove del tempo di commutazione per valvole di controllo direzionale ad azionamento elettrico o pneumatico. Consultato il 2026-07-22.
- ISO, ISO 19973-2:2015, valutazione dell’affidabilità e registrazione dei cicli per valvole pneumatiche di controllo direzionale. Consultato il 2026-07-22.
- Festo, Piezo Technology in Pneumatic Valves, trasduttori piezoelettrici a flessione, a disco e a stack; energia di carica approssimativa; tensione di pilotaggio; comportamento di mantenimento; caratteristiche di commutazione; comportamento nei campi magnetici; avvertenza che una singola valvola non può sfruttare contemporaneamente ogni potenziale vantaggio della tecnologia piezoelettrica. Consultato il 2026-07-22.
- Festo, Piezo Valve VEMP, dati specifici del modello su pressione, portata, tensione, temperatura ed esercizio. Consultato il 2026-07-22.
- Festo, Mass Flow Controller VEMD, specifiche elettriche e di portata del regolatore piezoelettrico completo. Consultato il 2026-07-22.
- Festo, Proportional Pneumatics, dati di pressione, portata, potenza e progetto per diverse famiglie. Consultato il 2026-07-22.
- Bürkert, Type 2852 Data Sheet, dati di risposta, ripetibilità, sensibilità, portata, pressione e potenza della valvola proporzionale a solenoide. Consultato il 2026-07-22.