Comprendere la caduta di pressione nei passaggi comuni dei

La caduta di pressione in un passaggio comune di un collettore di valvole è la perdita tra l’ingresso del collettore e una determinata stazione quando più valvole condividono la stessa galleria di alimentazione o di scarico. È un problema di rete ramificata. La portata è massima in prossimità di un ingresso posto a una sola estremità, diminuisce dopo ogni derivazione di alimentazione e si somma nella direzione opposta all’interno di un passaggio di scarico condiviso.

La sola dimensione della filettatura dell’attacco non consente di prevedere questo comportamento. Si parte dalle valvole che possono funzionare contemporaneamente, si assegna a ogni derivazione la portata di picco in alimentazione e allo scarico, quindi si utilizzano i dati del costruttore relativi a più valvole sul collettore o le caratteristiche dei componenti secondo ISO 6358. Infine, si misura la pressione dinamica all’ingresso, presso la stazione più lontana e nella galleria di scarico durante la sequenza reale della macchina.

Punti chiave

Per una famiglia di collettori VPA, SMC prescrive alimentazione e scarico da entrambe le estremità oltre 4 stazioni e avverte che il funzionamento simultaneo provoca una caduta di pressione.

La portata nel passaggio comune cambia dopo ogni derivazione attiva; un unico calcolo per una tubazione a portata costante non è quindi sufficiente.

Misurare separatamente il calo della pressione di alimentazione e la contropressione allo scarico durante il ciclo simultaneo più gravoso.

Che cos'è la caduta di pressione in un passaggio comune del collettore?

SMC dichiara che il funzionamento simultaneo provoca una caduta di pressione nella propria famiglia di collettori VPA e indica di alimentare e scaricare da entrambe le estremità quando il collettore ha più di 4 stazioni (catalogo SMC VPA, consultato nel 2026). Il passaggio comune deve quindi essere valutato come una capacità condivisa, non come un insieme di attacchi indipendenti.

Per passaggio comune del collettore si intende la galleria interna che distribuisce l’aria di alimentazione o raccoglie l’aria di scarico di più stazioni valvola. Una galleria di alimentazione può lasciare le valvole più lontane senza portata sufficiente quando la richiesta simultanea supera la conduttanza disponibile. Una galleria di scarico comune può generare contropressione quando più cilindri scaricano contemporaneamente.

La perdita di pressione rilevante è dinamica. Con tutte le valvole chiuse, l’ingresso e la stazione più lontana possono indicare pressioni quasi identiche perché la portata è trascurabile. Quando più valvole commutano, le stesse restrizioni interne producono una differenza di pressione maggiore. La perdita si manifesta in presenza di flusso. Un manometro statico può quindi nascondere il problema. Provare prima un singolo asse, poi la sovrapposizione reale e confrontare le due tracce.

I problemi di alimentazione e di scarico possono produrre sintomi simili sull’attuatore:

Condizione del passaggio comune	Che cosa accade nel collettore	Sintomo tipico sulla macchina
Restrizione della galleria di alimentazione	La pressione presso le stazioni più lontane diminuisce durante il riempimento	Accelerazione lenta, forza ridotta, tempo ciclo non rispettato
Restrizione dello scarico comune	La contropressione aumenta mentre le camere scaricano	Ritorno lento, forza netta ridotta, movimento a scatti
Alimentazione da un solo lato su una barra lunga	Le stazioni vicine all’ingresso hanno un percorso di flusso più breve	Le prestazioni variano in funzione della posizione della stazione
Più valvole commutano insieme	La portata di picco condivisa supera il caso di prova con una sola valvola	Il guasto compare solo durante il funzionamento automatico
Zone di pressione ripartite in modo inadeguato	Le derivazioni ad alta richiesta condividono una capacità limitata di alimentazione o scarico	Un processo disturba l’altro

Questo articolo si concentra sulla galleria condivisa. Per valutare un singolo percorso attivo P-A, P-B, A-EA o B-EB, consultare la guida alla caduta di pressione su una singola valvola. Se la restrizione può trovarsi nel compressore, nell’essiccatore, nel gruppo FRL, nelle tubazioni o nei tubi flessibili, utilizzare la guida alla caduta di pressione dell’impianto.

Perché non si può dimensionare il passaggio comune basandosi solo sul diametro dell'attacco?

La documentazione Festo VTUS propone blocchi collettore standard e compatti in 3 dimensioni nominali, ciascuno con un massimo di 10 posizioni valvola, oltre a collettori di alimentazione comuni e piastre di alimentazione aggiuntive (Festo VTUS, 2025). Queste opzioni mostrano perché una filettatura di collegamento non può rappresentare la galleria, le curve, i percorsi interni delle valvole e il comportamento con portate simultanee che si trovano a valle.

Un attacco è solo un’estremità del percorso di flusso. Due collettori con lo stesso collegamento esterno possono avere sezioni interne della galleria, geometrie delle derivazioni, tenute tra le stazioni, posizioni dei blocchi di alimentazione, configurazioni di scarico e conduttanze delle valvole differenti. Anche la funzione della valvola selezionata modifica i passaggi attraversati dal flusso.

La nota affermazione secondo cui la perdita di pressione varia con la quarta potenza del diametro non è una regola universale per i collettori. Deriva da ipotesi limitate sul flusso nelle tubazioni. In un’isola di valvole la portata varia da un segmento all’altro, le perdite localizzate possono essere importanti, la densità cambia con la pressione assoluta e la sezione limitante può trovarsi all’interno della valvola anziché nella barra.

Allo stesso modo, una regola fissa come «realizzare il passaggio comune con una sezione due o tre volte maggiore dell’attacco della valvola» ignora la contemporaneità. Una valvola grande può richiedere più portata di varie valvole piccole. Tre valvole potrebbero non commutare mai insieme, oppure otto potrebbero aprirsi nello stesso intervallo di 100 ms. La sequenza operativa deve far parte dei dati di dimensionamento.

La dimensione della filettatura va considerata un’interfaccia, non un indice di capacità. I dati utili del fornitore sono la portata normalizzata per valvola con più valvole commutate in parallelo, il numero di stazioni ammesso per ogni configurazione di alimentazione e la curva pressione-portata del collettore assemblato.

Costruire la matrice del flusso simultaneo nel caso peggiore

Festo pubblica dati di portata nominale per più valvole commutate in parallelo e consente fino a 10 posizioni valvola sui blocchi collettore VTUS citati (Festo VTUS, 2025). Prima di calcolare un passaggio, occorre individuare le stazioni il cui funzionamento si sovrappone nel tempo: sommare la portata massima di tutte le valvole installate può essere fuorviante quanto supporre che ne funzioni soltanto una.

Creare una riga per ogni stato della macchina che possa generare un’elevata richiesta condivisa:

Stato del ciclo	Stazioni attive	Percorsi di alimentazione	Percorsi di scarico	Durata di picco	Variabile di accettazione
Riempimento all’avviamento	Valvole che pressurizzano dopo il ripristino	Dalla galleria comune P agli attacchi di lavoro	Dalle camere opposte allo scarico	Fino al riempimento delle camere	Pressione minima di alimentazione alla stazione più lontana
Avvicinamento rapido	Assi in movimento alla velocità massima	Più percorsi P-A o P-B	Più ritorni verso EA/EB	Intervallo di movimento	Tempo di corsa e calo dell’alimentazione
Serraggio o pressatura	Derivazioni che generano forza	Portata inferiore dopo il contatto	Piccola portata di perdita o di scarico	Intervallo di mantenimento	Pressione nella camera o forza
Corsa di ritorno	Assi che rientrano insieme	Percorsi di alimentazione opposti	Portata di scarico combinata	Intervallo di movimento	Contropressione allo scarico e tempo
Ripristino dopo un guasto	Commutazioni verso lo stato sicuro definito	Specifici per il circuito	Possibile scarico simultaneo	Intervallo di transizione	Pressione e movimento in sicurezza

Per una barra alimentata da una sola estremità, la portata massica attraverso il segmento $i$ è la somma delle portate delle derivazioni attive a valle:

\dot{m}_i = \sum_{j=i}^{n} \dot{m}_j

Qui $\dot{m}_i$ è la portata massica nel segmento $i$ della barra, $\dot{m}_j$ è la portata massica richiesta dalla stazione attiva $j$ a valle e $n$ è l’ultima stazione. Per sommare le derivazioni, utilizzare la portata massica oppure valori di portata normalizzata riferiti in modo coerente. La portata volumetrica effettiva varia con la pressione assoluta e la temperatura locali.

Una barra alimentata da una sola estremità non trasporta una portata costante dall'ingresso alla fine. Ogni stazione attiva preleva portata di alimentazione, mentre un passaggio di scarico condiviso somma le portate delle derivazioni verso l'uscita.

Questa matrice deve basarsi sul programma di controllo, non su un fattore di contemporaneità ipotizzato. Per esempio, una macchina confezionatrice può far rientrare tre assi insieme pur estendendoli uno alla volta. Verificare la temporizzazione del PLC, la richiesta di riempimento degli attuatori, la velocità comandata, l’avviamento e il ripristino. Qualsiasi sovrapposizione consentita costituisce un caso di dimensionamento valido.

Come si calcola la caduta di pressione nel passaggio comune?

La norma ISO 6358-3, confermata nel 2025, calcola le caratteristiche complessive dei sistemi composti da componenti e tubazioni e descrive sia il flusso subsonico sia quello strozzato di fluidi comprimibili (ISO 6358-3:2014). Questo approccio è più adatto rispetto all’applicazione di un’unica formula con radice quadrata, propria dei liquidi, a un collettore pneumatico assemblato con più derivazioni.

Seguire questo ordine di preferenza:

Dati del costruttore sul funzionamento in parallelo: corrispondere esattamente famiglia di valvole, numero di stazioni, blocchi di alimentazione, zone di pressione e configurazione di scarico.
Caratteristiche dei componenti secondo ISO 6358: combinare i dati noti di conduttanza e rapporto critico di pressione per i relativi percorsi del collettore e delle valvole.
Modello a segmenti: suddividere la barra in corrispondenza di ogni derivazione, assegnare a ciascun segmento la portata simultanea e includere le perdite di giunzione e localizzate.
Prova dinamica: verificare il caso peggiore previsto sul collettore assemblato durante la sequenza reale di commutazione.

ISO 6358-1 definisce prove in regime stazionario per componenti pneumatici con percorsi interni fissi o variabili e comprende ora un emendamento del 2026 sull’incertezza di misura (ISO 6358-1:2013). Non trasforma la dimensione nominale di un attacco in un valore di portata. Richiedere al costruttore la conduttanza misurata, il rapporto critico di pressione o le curve di portata con funzionamento in parallelo.

La perdita di alimentazione misurata direttamente alla stazione $k$ è:

\Delta p_{\mathrm{sup},k} = p_{\mathrm{in}} - p_{\mathrm{sup},k}

Qui $p_{\mathrm{in}}$ è la pressione dinamica all’ingresso del collettore e $p_{\mathrm{sup},k}$ è la pressione dinamica nella galleria di alimentazione o nel percorso di lavoro che serve la stazione $k$ . Utilizzare sensori con lo stesso riferimento di pressione e una risposta sufficiente a rilevare il transitorio di commutazione.

Non confondere la portata normalizzata con la velocità effettiva nella galleria. I litri standard al minuto o gli SCFM riferiscono la portata a condizioni di riferimento specificate; la velocità nel collettore dipende invece dalla portata volumetrica effettiva alla pressione assoluta e alla temperatura locali. La guida al flusso strozzato spiega perché il rapporto di pressione è importante nei percorsi restrittivi delle valvole.

Per una verifica preliminare delle tubazioni, il Calcolatore della caduta di pressione dell’aria compressa stima una tratta rettilinea pulita in base a portata, lunghezza, diametro interno, pressione e raccordi equivalenti. Non modella un collettore ramificato, le tenute tra le stazioni, i percorsi delle valvole, lo scarico condiviso o la commutazione simultanea. Non utilizzarlo nel calcolo finale di accettazione del collettore.

Come si misurano il calo dell'alimentazione e la contropressione allo scarico?

SMC offre configurazioni con scarico comune e individuale nella famiglia VPA e avverte che, in alcuni casi, la contropressione dello scarico comune può causare malfunzionamenti (catalogo SMC VPA, consultato nel 2026). Misurare almeno 2 grandezze distinte: la pressione di alimentazione alla stazione più lontana durante il riempimento della camera e la pressione dello scarico comune durante lo svuotamento della camera.

Utilizzare sensori di pressione sincronizzati anziché spostare un solo manometro da una prova all’altra. Ripetere l’evento più volte: le tracce devono essere ripetibili. Registrare:

Pressione di alimentazione immediatamente a monte dell’ingresso del collettore
Pressione nella galleria di alimentazione o nell’attacco di lavoro presso la stazione più lontana ad alta richiesta
Pressione dello scarico comune in prossimità della stazione attiva o del blocco di scarico
Temporizzazione dei comandi valvola e identificazione di tutte le stazioni contemporaneamente attive
Posizione dell’attuatore, tempo di corsa, pressione nella camera o forza rilevante ai fini dell’accettazione

La contropressione dello scarico comune rispetto all’atmosfera è:

p_{\mathrm{back},k} = p_{\mathrm{exh},k} - p_{\mathrm{atm}}

Qui $p_{\mathrm{exh},k}$ è la pressione assoluta nel percorso di scarico che serve la stazione $k$ , mentre $p_{\mathrm{atm}}$ è la pressione atmosferica locale. Se il sensore indica una pressione relativa, la lettura rappresenta già la contropressione rispetto all’atmosfera. Non sottrarre una seconda volta la pressione atmosferica da una lettura manometrica.

Sincronizzare i dati di ingresso, stazione remota, scarico, comando e movimento. Un manometro statico all'ingresso non consente di stabilire se il percorso limitante sia l'alimentazione comune, la conduttanza della valvola, il tubo o lo scarico condiviso.

Eseguire le prove alla pressione di alimentazione nominale e a quella minima ammessa. Se la frequenza di commutazione è elevata, ripetere dalla partenza a freddo e dopo la stabilizzazione termica. Eseguire l’esatta sequenza simultanea, quindi aggiungere un caso controllato con margine se il programma della macchina può cambiare. I valori medi non bastano: registrare con marcatura temporale la pressione minima di alimentazione e il picco di contropressione allo scarico.

La posizione della stazione è una variabile diagnostica. Se la stessa valvola e lo stesso attuatore si comportano in modo diverso dopo essere stati spostati dall’estremità di ingresso a quella più lontana, il sospetto sul passaggio comune o sulla configurazione di alimentazione si rafforza. Se il guasto segue la valvola, occorre invece analizzare il percorso interno di quella valvola.

La guida alla contropressione spiega come la pressione allo scarico sottragga forza utile all’attuatore. Per l’architettura di un circuito modulare, vedere come realizzare un circuito pneumatico affidabile con valvole modulari.

Quando aggiungere l'alimentazione da entrambe le estremità, piastre di alimentazione o zone di pressione?

Festo consente fino a 9 zone di pressione in una configurazione VTUS a 16 posizioni e richiede almeno 2 posizioni valvola tra i separatori; SMC prescrive alimentazione e scarico da entrambe le estremità oltre 4 stazioni VPA (Festo VTUS, 2025; SMC VPA, consultato nel 2026). Applicare le regole esatte della famiglia interessata, senza trasferire automaticamente nessuna delle due soglie a un altro collettore.

Scegliere tra le opzioni di configurazione in base al vincolo diagnosticato:

Modifica	Caso più adatto	Che cosa modifica	Che cosa non dimostra
Alimentare la barra da entrambe le estremità	Barra lunga con calo di alimentazione alla stazione più lontana	Accorcia il percorso di alimentazione con la portata più elevata	Capacità adeguata dello scarico comune
Scaricare da entrambe le estremità	Più stazioni scaricano insieme	Ripartisce il percorso di scarico comune	Bassa caduta di pressione sul lato alimentazione
Aggiungere una piastra di alimentazione/scarico	Un gruppo locale presenta un’elevata richiesta di picco	Introduce un altro punto di alimentazione o scarico	Corretto dimensionamento delle valvole a valle
Creare zone di pressione	I processi richiedono pressioni diverse o isolamento	Separa determinati condotti di alimentazione/scarico	Portata illimitata all’interno di ogni zona
Utilizzare scarichi individuali	La contropressione comune disturba valvole o attuatori	Rimuove determinate portate di scarico dalla galleria condivisa	Adeguatezza di silenziatori e tubazioni di scarico a valle
Dividere l’isola di valvole	La scala elettrica o pneumatica supera la capacità di una sola barra	Riduce il flusso condiviso e l’accoppiamento dei guasti	Corretta sincronizzazione tra le isole

Non aggiungere punti di alimentazione alla cieca. Un secondo ingresso è utile soltanto se il tubo flessibile, il regolatore e la derivazione di alimentazione a monte possono fornire la richiesta combinata. Allo stesso modo, due uscite di scarico continuano a essere insufficienti se entrambe confluiscono in una sola tubazione sottodimensionata o in un silenziatore restrittivo. Ripetere le misure dopo ogni modifica.

Le zone di pressione sono anche confini contro i disturbi. Possono impedire che un gruppo di movimento ad alta portata abbassi la pressione di un gruppo di precisione a bassa portata, anche quando entrambi utilizzano la stessa pressione nominale. Ogni zona deve comunque essere dimensionata con capacità esplicite di alimentazione e scarico per la propria matrice di contemporaneità.

Lista di controllo per RFQ e prova di accettazione

CAGI raccomanda una caduta di pressione totale non superiore al 10% dalla mandata del compressore al punto di utilizzo e una velocità nelle tubazioni di distribuzione pari o inferiore a 20 ft/s (nota tecnica CAGI sulla caduta di pressione, consultata nel 2026). Si tratta di riferimenti a livello di impianto, non di limiti automatici per il collettore; il budget dell’isola di valvole va assegnato in funzione dei requisiti di pressione, velocità e forza dell’attuatore.

Fornire nella richiesta di offerta dati sufficienti a riprodurre il caso peggiore di flusso condiviso:

Serie esatta del collettore, modelli delle valvole, funzioni dei cursori, numero di stazioni e posizioni cieche
Posizione dei blocchi di alimentazione e scarico, dimensioni degli attacchi, tipi di filettatura, silenziatori e tubazioni a valle
Zone di pressione, separatori, scarichi individuali e configurazione del pilotaggio interno o esterno
Pressione minima e nominale all’ingresso, oltre alla contropressione massima ammessa allo scarico
Richiesta di portata per ogni percorso valvola attivo, con condizioni di riferimento e unità
Matrice di contemporaneità, temporizzazione dei comandi, ciclo di lavoro e durata massima della sovrapposizione
Alesaggio, corsa e orientamento dell’attuatore, carico in movimento, velocità obiettivo e margine di forza richiesto
Dati richiesti al costruttore: portata con funzionamento in parallelo, caratteristiche ISO 6358 o curve pressione-portata misurate

L’accettazione deve comprendere più di una prova al banco a scarico libero:

Verificare la configurazione fornita e ogni opzione di alimentazione/scarico rispetto al disegno approvato.
Strumentare l’ingresso, l’alimentazione alla stazione più lontana, lo scarico comune e la variabile di processo rilevante.
Eseguire ogni stato simultaneo peggiore alla pressione minima ammessa all’ingresso.
Registrare minimi e picchi transitori, comportamento di assestamento, variazioni tra le stazioni e recupero.
Ripetere la prova dopo che il sistema ha raggiunto la normale temperatura di esercizio.
Se pertinente, provare perdita del comando, ripristino dell’alimentazione, scarico bloccato o degradato e stato sicuro definito.
Conservare la traccia e i limiti di accettazione/rifiuto nella documentazione della macchina.

La portata nominale di una singola valvola dichiarata dal fornitore dimostra ben poco per un’isola a dieci stazioni che aziona insieme più attuatori. Specificare il collettore assemblato, la configurazione di alimentazione, la configurazione di scarico e il caso di contemporaneità che deve superare la prova.

FAQ sulla caduta di pressione nei collettori di valvole

SMC avverte che il funzionamento simultaneo provoca cadute di pressione e, nella famiglia VPA citata, prescrive alimentazione e scarico da entrambe le estremità oltre 4 stazioni (catalogo SMC VPA, consultato nel 2026). La soglia è specifica del prodotto, ma il principio di selezione è generale: convalidare il collettore assemblato durante l’effettiva sequenza simultanea delle valvole.

Quale caduta di pressione è accettabile su un collettore di valvole?

Non esiste una percentuale universale per il collettore. Stabilire il limite partendo dalla pressione minima e dalla contropressione massima che consentono ancora di soddisfare velocità e forza dell’attuatore, pilotaggio delle valvole e stabilità del processo. La raccomandazione CAGI del 10% riguarda l’intero sistema dal compressore al punto di utilizzo, quindi al collettore spetta soltanto una parte di questo budget complessivo di pressione.

Posso dimensionare un collettore in base all'attacco più grande della valvola?

No. La dimensione dell’attacco non rivela la sezione interna della galleria, le curve delle derivazioni, le tenute tra le stazioni, la conduttanza delle valvole, la capacità dello scarico comune o la richiesta simultanea. Utilizzare i dati esatti del costruttore relativi a più valvole o le caratteristiche ISO 6358, quindi verificare dinamicamente la pressione all’ingresso, alla stazione più lontana e allo scarico sulla configurazione assemblata.

Perché l'ultima stazione valvola riceve una pressione inferiore?

Con l’alimentazione da una sola estremità, il segmento d’ingresso trasporta la richiesta combinata di tutte le stazioni attive a valle. Ogni segmento e ogni derivazione aggiungono resistenza, perciò una stazione lontana può subire una perdita maggiore durante il flusso simultaneo. Quando il costruttore lo consente, l’alimentazione da entrambe le estremità o una piastra di alimentazione locale può accorciare questo percorso condiviso ad alta portata.

Come posso sapere se il limite dell'attuatore dipende dall'alimentazione o dallo scarico?

Misurare entrambi durante lo stesso ciclo. Una bassa pressione di alimentazione alla stazione più lontana durante il riempimento della camera indica una restrizione sul lato alimentazione. Un’elevata pressione relativa allo scarico durante lo svuotamento della camera indica contropressione. Registrare anche la pressione sull’attacco di lavoro e il movimento dell’attuatore, perché la restrizione effettiva potrebbe trovarsi nel percorso della valvola, nel tubo, nel regolatore di velocità o nel silenziatore.

Quando conviene dividere un'isola di valvole in zone di pressione?

Utilizzare le zone quando i gruppi richiedono pressioni diverse, isolamento o protezione reciproca dalla domanda di picco. Dimensionare ogni zona in base alla propria matrice di contemporaneità e predisporre i percorsi di alimentazione e scarico necessari. Un separatore da solo non aumenta la capacità di portata; Festo prescrive almeno una piastra di alimentazione o un’alimentazione pneumatica per ogni zona di pressione VTUS.

Fonti e riferimenti tecnici

SMC: Valvola pneumatica a 5 vie e collettore serie VPA4*50, scarico comune e individuale, limiti delle stazioni, avvertenza sul funzionamento simultaneo e prescrizione di alimentazione/scarico da entrambe le estremità. Consultato il 2026-07-22.

Festo: Valvole VUWS e assemblaggio del collettore di valvole VTUS, dimensioni del collettore, dati di portata con valvole in parallelo, piastre di alimentazione, zone di pressione, separatori dei condotti e indicazioni sullo scarico. Edizione 2025-12.

ISO: ISO 6358-1:2013, metodi di prova in regime stazionario per componenti pneumatici che impiegano fluidi comprimibili, inclusi gli emendamenti del 2020 e 2026. Consultata il 2026-07-22.

ISO: ISO 6358-3:2014, metodo per stimare le caratteristiche di portata di un sistema a partire dalle caratteristiche note dei componenti e delle tubazioni, compresi il flusso subsonico e quello strozzato. Confermata nel 2025.

CAGI: Nota tecnica sulla caduta di pressione, indicazioni sulla caduta di pressione dell’intero sistema, sulla velocità nelle tubazioni di distribuzione e sul monitoraggio della pressione. Consultata il 2026-07-22.

Comprendere la caduta di pressione nei passaggi comuni dei collettori di valvole

Eric Zhou