Introduzione — cos’è una valvola rotativa e quando usarla
La valvola rotativa (valvola rotativa; rotary valve; airlock) è un’attrezzatura di processo per il maneggio di polveri e granuli: il rotore a celle trasferisce prodotto da un punto all’altro controllando la portata e spesso agendo come barriera di pressione (airlock) tra zone a diversa pressione. Nelle linee farmaceutiche è impiegata in fasi quali: scarico di silos/IBC, alimentazione di mulini e miscelatori, trasporto pneumatico, dosaggio verso presse e incapsulatrici.
Quando usarla:
- Per scarico controllato (gravimetrico o assistito da pneumatica) di polveri/granuli.
- Per isolamento di pressione in sistemi di trasporto pneumatico (fase diluita/densa) o tra zone con ΔP.
- Per dosaggio ripetibile, quando il controllo via velocità del rotore garantisce flusso stabile.
- Per prevenire il riflusso d’aria/gas, preservando l’integrità del processo a valle.
Nel farmaceutico, la scelta richiede attenzione a sanitarietà, pulizia e documentazione (cGMP), materiali e finiture conformi (FDA, USP Classe VI), smontaggio rapido per la pulizia e possibilità di CIP/SIP ove applicabile.
Come funziona — principi (rotore, tenuta, portata)
La valvola comprende un corpo con inlet (ingresso) e outlet (uscita) e un rotore con cavità (celle). Il prodotto, per gravità (o trascinato dall’aria nel tipo blow-through), riempie le celle nella parte superiore e viene scaricato inferiormente mentre il rotore gira.
Principi chiave:
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Tenuta/airlock: giochi (clearances) adeguati tra punte palette e corpo minimizzano il bypass d’aria e assicurano l’isolamento di pressione.
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Portata: proporzionale a volume per giro (geometria delle celle) × velocità di rotazione.
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Shear e integrità prodotto: geometria e materiale del rotore influenzano la delicatezza del maneggio, riducendo la degradazione di particelle fragili.
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Pulizia e smontaggio: in ambito pharma, è essenziale un design sanitario e smontabile per evitare zone morte e facilitare pulizia/ispezione.
Configurazioni comuni:
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Drop-through (scarico per gravità): il prodotto cade attraverso la valvola; impiego come feeder/isolatore.
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Blow-through: le palette scaricano direttamente in una linea pneumatica; migliora il pick-up e riduce accumuli.
Tipi di valvole rotative per solidi
Per funzione e geometria del rotore
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Rotore a palette dritte (multi-celle): il più diffuso per airlock/alimentazione generale.
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Rotore “scalloped”/arrotondato: riduce ritenzioni e taglio su particelle delicate.
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Rotore con punte flessibili (es. PTFE): compensa piccole tolleranze, migliora la tenuta con bassa abrasione.
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Rotore da dosaggio (basso volume / microdosaggio): cavità ridotte per dosaggio fine e ripetibile (naturale sinergia con Rotodoser).
Per costruzione e igienizzazione
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Corpo bipartito / cantilever: facilita l’estrazione del rotore senza rimuovere la valvola dalla linea; velocizza pulizia/ispezione.
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Design sanitario con spigoli interni raggiati, viteria non a vista e superfici lucidate: minimizza ritenzioni e facilita CIP/SIP.
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Esecuzione blow-through vs drop-through (vedi sopra).
Per materiale e finitura
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AISI 316L (standard pharma) con elettrolucidatura; rugosità tipiche Ra ≤ 0,8 μm (molte applicazioni richiedono Ra ≤ 0,5/0,4 μm).
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Hastelloy (C-22/C-276) per ambienti più corrosivi.
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Rotori in 316L o polimeri ingegneristici (es. PEEK) per ridurre attrito/adesione; tenute in materiali FDA/USP Classe VI (PTFE, EPDM, FKM, silicone).
Criteri di selezione — dalla polvere al processo
Per una specifica corretta, considerare proprietà del prodotto e condizioni di processo:
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Granulometria & forma particellare
- Fini coesivi (es. API micronizzato) impaccano/aderiscono: privilegiare superfici lucidate, rotore arrotondato, eventuali rivestimenti antiaderenti e ausili di flusso sulla tramoggia.
- Granuli più grossi e scorrevoli: focus su capacità volumetrica e airlock.
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Igroscopicità ed elettricità statica
- Prodotti igroscopici tendono ad aderire; valutare spurgo di aria secca e controllo ambientale.
- Cariche elettrostatiche richiedono messa a terra e, talvolta, materiali antistatici.
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Abrasività
- Particelle dure esigono materiali robusti (316L con trattamenti/durezza, o Hastelloy) e giochi corretti per evitare usura precoce.
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Densità apparente e portata richiesta
- Dimensionare volume per giro e range di RPM; per dosaggio, verificare stabilità del flusso (può richiedere controllo in anello con pesatura a monte/valle).
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Pressione/temperatura
- Valutare se la valvola opererà come airlock (ΔP). Assicurarsi che tenute e giochi supportino la temperatura di esercizio (e CIP/SIP, se presente).
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ATEX / rischio polveri
- Identificare classificazione area ed esigere esecuzione conforme (messa a terra, componenti certificati).
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Pulizia e validazione (cGMP)
- Necessità di smontaggio rapido e/o CIP/SIP; tracciabilità dei materiali, certificazioni (FDA/USP), IQ/OQ e documentazione.
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Interfacce meccaniche
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Connessioni sanitarie (Tri-Clamp, SMS, BFM®/manicotti), orientamento (verticale/orizzontale), spazio per estrazione rotore (se cantilever).
Requisiti sanitari e di conformità
Nel farmaceutico, la valvola rotativa deve rispettare cGMP e le norme applicabili, tra cui:
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Materiali a contatto: AISI 316L come standard; guarnizioni/tenute con conformità FDA (21 CFR) e, quando richiesto, USP Classe VI; per maggiore corrosione, Hastelloy.
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Finitura superficiale: Ra ≤ 0,8 μm (frequente) o migliore in base al rischio di ritenzione/pulizia. Elettrolucidatura consigliata.
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Progetto sanitario: superfici continue, raggiature interne, assenza di fessure/filettature esposte in zona prodotto, smontaggio rapido rotore/carter.
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Pulizia: compatibilità CIP/SIP ove applicabile (geometrie e tenute adeguate) o smontaggio tool-less per pulizia manuale validabile.
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Documentazione: DQ/IQ/OQ, certificati materiali, tracciabilità, manuali di pulizia/manutenzione e lista ricambi.
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Sicurezza: conformità ATEX/zone con polveri esplosive, messa a terra e protezioni meccaniche.
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Contatto alimentare: ove presenti interfacce con nutraceutici/alimenti, attenzione anche al Reg. (CE) 1935/2004.
Integrazione in linea — connessioni e layout tipici
Con trasportatori pneumatici
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Blow-through: il rotore scarica direttamente nella tubazione, ottimizzando il pick-up d’aria; indicato quando lo spazio è critico o c’è rischio di accumulo in uscita.
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Drop-through con pick-up sotto: comune in fase diluita; può richiedere by-pass/vent per equilibrare pressioni e ridurre la riaerazione in tramoggia.
Con silos/IBC, mulini, miscelatori e presse
- In scarico IBC/silos la valvola funge da alimentatore; abbinare a massaggiatori, vibratori o coni fluidizzanti per polveri coesive.
- In alimentazione di mulini/miscelatori: puntare a flusso stabile e anti-segregazione.
- A monte di presse/incapsulatrici, se serve dosaggio fine, valutare soluzioni tipo Rotodoser (microdosaggio) con controllo velocità e, se necessario, anello chiuso tramite bilancia di verifica.
Automazione & controllo
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Inverter di frequenza (VFD) per regolare la portata.
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Sensori di rotazione/coppia per protezione/diagnostica.
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Interblocchi con upstream/downstream (pressostati, livello).
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Ricette per prodotto (RPM, setpoint, permissivi).
Problemi comuni e come risolverli
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Impaccamento/ponte in tramoggia
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Cause: polvere coesiva, umidità, bassa energia in tramoggia.
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Soluzioni: ausili di flusso (vibratore, massaggiatore), angolo tramoggia adeguato, rivestimenti antiaderenti, spurgo aria secca, rotore/palette a geometria dolce.
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Abrasione e usura
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Cause: particelle dure; giochi non idonei.
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Soluzioni: materiali/trattamenti resistenti (316L alta durezza, Hastelloy), clearance corrette, punte sostituibili (es. PTFE) ove applicabile.
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Perdita di airlock / trafilamento d’aria
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Cause: usura rotore/tenute; gioco eccessivo.
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Soluzioni: manutenzione preventiva, punte flessibili, verifica ΔP e vent della tramoggia.
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Degradazione prodotto / generazione di fini
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Cause: palette aggressive; RPM elevato.
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Soluzioni: rotore arrotondato, RPM più basso, maggiore volume per giro (stessa portata con minor velocità).
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Carry-over / ritenzione
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Cause: geometrie con spigoli vivi; finitura scadente.
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Soluzioni: lucidatura/elettrolucidatura, spigoli raggiati, design sanitario senza zone morte.
Casi pratici (esempi illustrativi)
Caso 1 — Alimentazione stabile di pressa per compresse (API + eccipiente)
Sfida: miscela sensibile e parzialmente coesiva generava variabilità di massa per compressa.
Soluzione: valvola rotativa sanitaria con rotore arrotondato, Ra ≤ 0,5 μm, controllo via VFD e by-pass d’aria per stabilizzare la pressione in tramoggia.
Risultato: riduzione della variabilità di alimentazione, migliore uniformità delle compresse e minor re-work.
Caso 2 — Trasporto pneumatico blow-through su granulo igroscopico
Sfida: accumulo all’uscita in configurazione drop-through e assorbimento umidità in tramoggia.
Soluzione: migrazione a blow-through, spurgo aria secca in zona di carico, tenute USP Classe VI compatibili con SIP.
Risultato: eliminazione dell’accumulo, minori fermi pulizia e preservazione della scorrevolezza.
Tabella comparativa — materiali & tenute (sintesi tecnica)
| Elemento a contatto |
Opzioni tipiche |
Quando preferirla |
Note pharma |
| Corpo/coperchi |
AISI 316L |
Standard farmaceutico |
Elettrolucidato; Ra ≤ 0,8/0,5/0,4 μm secondo rischio |
| Corpo/coperchi |
Hastelloy C-22/C-276 |
Ambiente aggressivo/corrosivo |
Costo maggiore; valutare solo se necessario |
| Rotore |
316L lucidato |
Versatile e robusto |
Minore adesione con alta lucidatura |
| Rotore |
PEEK (polimero ingegneristico) |
Riduce attrito/adesione |
Verificare compatibilità termica/SIP |
| Punte/tenute |
PTFE (FDA/USP VI) |
Bassa frizione e inerzia chimica |
Possibile versione con molla (lip seals) |
| Tenuta |
EPDM (FDA/USP VI) |
Acqua/CIP alcalino |
Verificare compatibilità con solventi/aromi |
| Tenuta |
FKM/Viton® (FDA/USP VI) |
Solventi/oli |
Limite temperatura secondo grado |
| Tenuta |
Silicone (FDA/USP VI) |
Ampia compatibilità |
Buon range termico; attenzione ai solventi |
Nota: la scelta finale dipende da prodotto, pulizia, temperatura, ΔP, CIP/SIP e requisiti di validazione.
Checklist tecnica per RFQ (per PDF gated)
Usa questa checklist per richiedere un’offerta tecnica mirata:
Sul prodotto (polvere/granulo)
- Nome/composizione (indicare API/eccipienti che impattano la compatibilità)
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Granulometria (D10/D50/D90) e densità apparente
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Coesione/igroscopicità (es. angolo di riposo, indice di comprimibilità)
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Abrasività e sensibilità alla degradazione
- Temperatura/umidità di esercizio
Sul processo
- Funzione valvola: airlock, alimentatore o dosatore (microdosaggio?)
- Portata minima/massima (kg/h) e stabilità richiesta
- Posizione (drop-through / blow-through), spazio disponibile, orientamento
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ΔP tra monte/valle e pressione/temperatura di esercizio
- Integrazioni: silo/IBC, miscelatore, mulino, pressa, trasporto pneumatico (fase, portata d’aria)
Esecuzione meccanica & sanitaria
- Materiale corpo/rotore (316L, Hastelloy, rotore PEEK?)
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Finitura interna richiesta (Ra target) ed elettrolucidatura
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Guarnizioni/tenute (PTFE, EPDM, FKM, silicone; richiedere FDA/USP VI)
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Smontaggio rapido / cantilever; CIP/SIP (sì/no)
- Connessioni (Tri-Clamp, SMS, BFM®/manicotto), requisiti di raggio interno e assenza di fessure
Automazione & controllo
- Range RPM; motore + inverter; sensori (velocità/coppia)
- Interblocchi e permissivi di sicurezza
- Grado di ripetibilità/controllo del dosaggio (se in anello)
Documentazione & convalida
- Certificati materiali e tenute (FDA, USP VI)
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DQ/IQ/OQ, FAT/SAT, manuali di pulizia/manutenzione
- Lista ricambi critica (tenute, punte, rotore)
FAQ tecnico
1) La valvola rotativa può dosare con precisione?
Sì, in dosaggi volumetrici in cui la portata è funzione di volume/giro e RPM. Per maggiore precisione/ripetibilità, si consiglia anello chiuso (pesatura) o soluzioni dedicate di microdosaggio (es. Rotodoser).
2) Come scegliere tra drop-through e blow-through?
Blow-through è preferibile quando a valle c’è trasporto pneumatico e rischio di accumulo/umidità in uscita; il drop-through è semplice e robusto per alimentazione per gravità.
3) È possibile CIP/SIP?
Dipende dal design. Esistono esecuzioni sanitarie compatibili con CIP/SIP; altre adottano smontaggio rapido validabile. Definirlo nell’RFQ.
4) Cosa determina la finitura (Ra)?
Il rischio di ritenzione e il metodo di pulizia. Prodotti coesivi e pulizia manuale richiedono Ra più basso (≤ 0,5/0,4 μm). L’elettrolucidatura aiuta.
5) Come evitare la degradazione delle particelle?
Usare rotore arrotondato, RPM minori e maggiore volume per giro per la stessa portata; minimizzare giochi aggressivi.
6) Quali tenute scegliere?
Dipende da chimica/temperatura/CIP. PTFE è inerte e a bassa frizione; EPDM/FKM/silicone variano secondo solventi e temperatura. Richiedere FDA/USP VI.
7) La valvola è conforme ATEX?
Sì, quando specificata e costruita per la zona. Inserire in RFQ la classificazione e garantire messa a terra e componenti idonei.
8) Quando considerare l’Hastelloy?
Solo in presenza di corrosione significativa che renda critico il 316L — valutare costo/beneficio.
Buone pratiche di installazione & manutenzione
- Prevedere spazio frontale per estrazione rotore (se cantilever) e accesso per ispezione.
- Inserire by-pass/vent per stabilizzare la pressione in tramoggia.
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Messa a terra di tutte le tratte per evitare cariche.
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Piano di manutenzione con verifica periodica di giochi, tenute e usura rotore.
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Procedure di pulizia validate, con step e controlli post-rimontaggio.
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Kit ricambi minimo: set tenute, punte (se applicabile) e rotore (quando critico per l’uptime).
