Solenoide: cos’è, come funziona e guida completa alle valvole

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Ti sei mai chiesto quale piccolo componente permette a un elettrodomestico di aprire l’acqua, a un’auto di avviarsi o a un impianto di irrigazione di partire da remoto? Spesso la risposta è il solenoide: una bobina capace di trasformare energia elettrica in un’azione meccanica precisa. Nelle applicazioni industriali e domestiche, i solenoidi e le valvole a solenoide sono dappertutto perché offrono controllo rapido, affidabilità e integrazione semplice con sistemi di automazione.

Per capire davvero questo mondo occorre distinguere tra il componente elettromagnetico (il solenoide) e i dispositivi che lo impiegano (come le valvole). In questa guida completa in italiano troverai: cos’è un solenoide, come funziona, come leggere l’indice di protezione IP, differenze tra valvole ad azione diretta e servo-pilotate, materiali, campi di pressione, normative e connettori DIN e persino come eseguire test rapidi con il multimetro.

Che cos’è un solenoide

Un solenoide è, in sostanza, una bobina di filo conduttore avvolta a elica attorno a un nucleo ferromagnetico (spesso in ferro), che, quando percorso da corrente, genera un campo magnetico. Questa configurazione si comporta come un elettrocalamita: l’energia elettrica viene convertita in forza meccanica lineare, capace di muovere un’ancora o un pistoncino.

Esistono solenoidi lineari e rotativi: i primi creano spostamenti in linea retta del nucleo mobile, i secondi producono una rotazione grazie a un design con disco scanalato e cuscinetti; quando la bobina è eccitata il nucleo ruota, a bobina disattivata una molla riporta in posizione. La grandezza del campo e la forza disponibile dipendono da corrente, numero di spire e permeabilità del nucleo.

Campo magnetico nel solenoide e regola della mano destra

Nel classico solenoide “lungo”, il campo magnetico interno è pressoché uniforme e le linee di induzione risultano parallele e regolari; verso le estremità compaiono gli effetti di bordo e la uniformità diminuisce. Per stabilire il verso del polo nord magnetico si usa la regola della mano destra: avvolgendo le dita nel senso della corrente, il pollice indica la direzione del polo nord del campo.

A livello di stima, l’intensità del campo magnetico può essere scritta come B = μ · n · i, dove μ è la permeabilità del mezzo, n è la densità di spire (N/L) e i è la corrente. Aumentare la corrente o il numero di spire per unità di lunghezza aumenta B; diminuire la distanza tra le spire è un altro modo equivalente per innalzare la densità di spire e quindi l’induzione.

Indice di protezione IP: come leggerlo davvero

Quando si parla di bobine e connettori per solenoidi, il grado di protezione IP indica quanto bene l’involucro resiste a polveri e acqua. È espresso con due cifre: la prima (tabella “I”) misura la protezione contro i solidi, la seconda (tabella “II”) contro i liquidi. Un classico IP65 significa “totalmente protetto contro la polvere” e “protetto contro getti d’acqua”. Questa classificazione è cruciale per scegliere bobine e connettori in ambienti difficili.

Le bobine variano anche per classe d’isolamento, tensione nominale, potenza, grado IP e presenza di LED per indicazione di stato. Ricorda che i pin delle bobine plug-in sono spesso conformi a DIN 43650 A o B; potresti trovare versioni con cavo diretto, con o senza LED, e connettori smontabili per semplificare la manutenzione.

Cos’è una valvola a solenoide e come funziona

La valvola a solenoide è un dispositivo elettromeccanico che controlla il flusso di un fluido (liquido o gas) agendo su un otturatore. La bobina, quando eccitata, genera un campo magnetico in grado di attirare il nucleo mobile (pistoncino). In base al progetto, l’otturatore apre o chiude l’orifizio; a bobina diseccitata, molla e/o pressione riportano la valvola allo stato di riposo.

Le funzionalità più diffuse sono 2/2 (due vie, due posizioni) e 3/2 (tre vie, due posizioni), ma in pneumatica si incontrano spesso 5/2 e 5/3. Inoltre, le valvole possono essere normalmente aperte (NA) o normalmente chiuse (NC). La scelta dipende dal comportamento desiderato in assenza di corrente: NA lascia passare il fluido a riposo, NC lo blocca.

Azione diretta vs servo-pilotata (servo-operata)

Nelle valvole ad azione diretta il campo magnetico muove direttamente l’otturatore principale. Questa architettura è semplice, reattiva e funziona anche con pressioni molto basse o nulle, ma la portata è limitata dalla forza della bobina e dall’orifizio che può spostare.

Le valvole servo-pilotate (o pilotate) sfruttano un orifizio pilota e la pressione di linea per azionare la tenuta principale: la bobina gestisce un piccolo passaggio, il differenziale di pressione “fa il lavoro pesante”. Il vantaggio è movimentare portate maggiori con bobine più piccole e consumi ridotti, a patto che sia disponibile un differenziale minimo di pressione. In pneumatica, sono comuni versioni monostabili e bistabili (doppio solenoide): la bistabile, detta anche “valvola memoria”, mantiene la posizione senza alimentazione continua finché non arriva un impulso opposto.

Componenti tipici di un gruppo solenoide

Un “gruppo solenoide” montato sulla valvola è composto tipicamente da: 1) dado di fissaggio, 2) bobina, 3) connettore, 4) tubo guida (torre), 5) nucleo mobile. A geometria e dimensioni variabili a seconda del progetto. Alcune versioni includono anche un orifizio di scarico/vent per la pilotaggio interno, utile nei modelli servo-operati.

Sulle valvole dirette 2/2 NC, per esempio, il nucleo mobile resta appoggiato alla sede per effetto della molla. Quando alimenti la bobina, il pistoncino viene attratto, l’orifizio si apre e il fluido passa; a corrente tolta, il campo crolla e la molla richiude. Sulle servo-pilotate, invece, un piccolo canale dalla porta di alimentazione porta pressione al pilota: eccitando il solenoide, si rilascia una frazione d’aria/liquido che agisce su un pistone/otturatore maggiore, ottenendo la commutazione con sforzo minimo della bobina.

Tipologie funzionali e configurazioni

Oltre alle classiche 2/2 e 3/2, nel controllo pneumatico trovi valvole 5/2 (due posizioni) e 5/3 (tre posizioni centrate), con centraggi diversi (aperto, chiuso, in scarico). Le versioni 5/2 possono essere monostabili o bistabili; nelle bistabili, un impulso breve su una bobina sposta la valvola e questa vi rimane finché non attivi l’altra bobina.

Esistono anche architetture “differenziali”: al posto della molla di ritorno meccanica si sfrutta una differenza di diametri su due pistoni per creare una “molla pneumatica”. Questa soluzione riduce la fatica della molla a frequenze elevate (anche un ciclo al secondo) migliorando l’affidabilità nei cicli intensivi.

Applicazioni: dall’automazione all’uso quotidiano

Le valvole a solenoide sono ovunque: automazione industriale, impianti pneumatici e idraulici, macchine utensili, sistemi di lavaggio, piscine, riscaldamento, irrigazione, tecnologia dell’aria compressa, elettrodomestici come lavatrici e lavastoviglie, apparecchiature dentistiche e molto altro. In ambito automotive entrano in gioco nell’avviamento, nella gestione carburante o in vari attuatori; nelle telecomunicazioni possono contribuire a commutazioni e instradamenti.

Oltre al semplice “apri/chiudi”, le valvole possono svolgere ruoli da selettori: di circuito, di pressioni differenti nello stesso impianto, di fluidi o addirittura tra pressione e vuoto. Per sfruttarle al meglio è fondamentale comprendere bene lo schema funzionale (NA/NC, numero di vie e posizioni) e la direzione di flusso ammessa.

Materiali del corpo e materiali di tenuta

I corpi delle valvole e dei componenti possono essere realizzati in ottone, acciaio inox (AISI 304/316), bronzo o polimeri tecnici (nylon, PVC, PP, PVDF, PTFE/Teflon). La scelta dipende dal fluido, dalla temperatura, dall’ambiente (corrosivo, sterile, ATEX) e dai costi. L’acciaio inox offre eccellente resistenza chimica e alla corrosione (tipico per food&beverage, chimica, petrolchimica), mentre il PTFE brilla con fluidi aggressivi e temperature fino a ~240 °C.

Per le tenute interne si usano elastomeri e polimeri quali NBR/Buna‑N, EPDM, FKM/Viton, FFKM, HNBR e PTFE. La compatibilità chimica tra fluido, temperatura e materiale di tenuta è decisiva per garantire tenuta e vita utile. In molte linee standard in ottone, le pressioni operative vanno tipicamente da 0 fino a qualche centinaio di bar, mentre l’acciaio inox può superare i 500 bar in applicazioni speciali; il bronzo è robusto ma di solito si ferma a circa 20 bar in impieghi tipici.

Pressione e principi di funzionamento: vuoto, bassa e alta pressione

Vuoto: per controllare il vuoto servono valvole “zero rated” (adatte a lavorare da 0 bar), spesso ad azione diretta o a sollevamento assistito. Per la tenuta in vuoto, NBR è generalmente preferibile; EPDM/Viton possono “attaccarsi” e il PTFE, se usato da solo, può offrire tenuta più difficile. Disponibili configurazioni 2/2 e 3/2 con filetti BSP/NPT da 1/8″ a 2″ o flange PN16/ANSI.

Bassa pressione: nei circuiti a gravità, ricircolo o pompe a bassa prevalenza, servono valvole “zero differenziale” (azione diretta o diaframma assistito) che non richiedono un delta‑p minimo per aprire/chiudere. Si trovano in ottone, inox, alluminio e polimeri per coprire la maggior parte delle applicazioni leggere.

Alta pressione: qui si entra nel regno dei corpi irrobustiti, tubi guida rinforzati, tenute dedicate e spesso solenoidi più potenti. A 50 bar, per dare un’idea, la forza esercitata è circa 50 kg per cm², e cresce linearmente con la pressione (100 bar → 100 kg/cm², 200 bar → 200 kg/cm², ecc.). Esistono valvole ad azione diretta per alta pressione, ma possono richiedere bobine che dissipano anche 100–200 W; per taglie più grandi diventano preferibili versioni servo-pilotate per ridurre consumi e dimensioni della bobina.

Tensioni delle bobine, connettori DIN e LED

Le bobine per valvole a solenoide sono disponibili in 12 VDC, 24 VDC, 24 VAC, 110 VAC, 220–230 VAC e talvolta 125 V, con classi di isolamento e gradi IP differenti in funzione dell’ambiente. I connettori più diffusi sono i DIN 43650 tipo A e B, disponibili con guarnizioni, pressacavi e LED integrato per segnalazione, oppure con cablaggio diretto. La scelta corretta migliora affidabilità e sicurezza nel tempo.

Normative e interfacce di montaggio

Nel mondo delle valvole direzionali pneumatiche, la ISO 5599‑1 standardizza l’interfaccia di montaggio su sub‑base o manifold, rendendo le unità intercambiabili tra costruttori che rispettano lo standard. Esistono anche valvole non standard per montaggi a blocco o a “régua”: comode per compattare gli ingombri, ma non intercambiabili tra marchi; spesso sono fissate con una vite tubolare che convoglia il fluido nella piastra.

Azionamenti manuali e continuità di servizio

Nelle valvole ad azione diretta l’azionamento manuale d’emergenza non è sempre presente; invece, sulle servo-pilotate è comune, in versioni monostabili o bistabili. L’override manuale è utile per test e manutenzione, o per attivare la funzione in caso di bobina guasta.

Ciclo di lavoro della bobina (%ED) e gestione termica

Le bobine scaldano mentre sono alimentate; perciò i costruttori dichiarano un ciclo di lavoro (duty cycle, %ED): è la frazione di tempo “ON” rispetto al tempo totale ciclo ON+OFF. Un duty al 100% indica servizio continuo senza rischi di surriscaldamento. Un duty intermittente (es. 25%, 40%) suggerisce ON brevi alternati a OFF adeguati. Una strategia efficace è la pilotaggio a ciclo intermittente, ossia commutare abbastanza rapido da mantenere l’attuazione riducendo la media della potenza dissipata.

Test e diagnostica di un solenoide

Prima di tutto, verifica visivamente cavi, connessioni, fusibili e segni di corrosione o calore eccessivo. Molti guasti sono di cablaggio o alimentazione. Se hai un multimetro, controlla la tensione in ingresso alla bobina: se manca tensione, il problema è a monte. In alternativa, disaccoppia la bobina dal nucleo e verifica la magnetizzazione avvicinando un piccolo cacciavite quando alimenti: se “tira”, la bobina è viva.

A bobina scollegata e a temperatura ambiente (circa 23 °C), misura la resistenza. I valori dipendono da tensione/costruzione, ma puoi incontrare resistenze nell’ordine di 0,2–1,5 Ω per bobine molto potenti a bassa tensione e da 10 a 110 Ω su altre tipologie. Se non puoi rimuovere la bobina, misura ai capi dei terminali in impianto a energia disinserita. Confronta sempre i valori con la scheda tecnica del produttore per conferma.

Specifiche tipiche a colpo d’occhio

Per farsi un’idea delle opzioni sul mercato, molte linee offrono queste combinazioni di base: diametri da 1/8″ a 3″; connessioni NPT, BSP o flangiate; corpi in ottone, alluminio, inox, PTFE, PVC; bobine 12/24 VDC, 24/110/220 VAC; pressioni da 0 fino a oltre 250 bar a seconda di materiali e architetture.

Diametri	1/8″ – 3″
Connessioni	NPT / BSP / Flange
Materiale corpo	Ottone / Alluminio / Inox / PTFE / PVC
Tensioni bobina	12–24 VDC, 24–110–220 VAC (anche 125 V)
Campo pressione	Da 0 fino a 250+ bar (a seconda della serie)

Elettromagneti e dispositivi correlati

Il principio dietro al solenoide è lo stesso degli elettromagneti usati, per esempio, nei relè elettromagnetici, nei freni/giunti elettromagnetici o nei gru a sollevamento magnetico in siderurgia. In tutti i casi, una bobina percorse da corrente genera una forza utile a commutare, frenare, accoppiare o sollevare, con il vantaggio che il magnetismo “si spegne” quando togli la corrente.

Suggerimenti pratici di scelta

Per una selezione centrata sull’applicazione, verifica sempre fluido, temperatura, pressione minima e massima, compatibilità chimica, grado IP, tensione di comando e duty. Per portate elevate con consumi ridotti, preferisci valvole servo‑pilotate se c’è delta‑p sufficiente; per vuoto o bassa pressione, azioni dirette o diaframma assistito “zero differenziale”. In ambienti gravosi, punta a IP65 o superiore e connettori DIN con guarnizione, magari con LED di stato.

Quando serve continuità operativa o test a impianto fermo, cerca versioni con attuatore manuale integrato. E in batteria su manifold, valuta interfacce ISO 5599‑1 per intercambiabilità tra produttori che rispettano lo standard.

Un cenno alle grandezze fisiche e alle “leve” di progetto

Se ti interessa la resa magnetica, ricorda che aumentare la corrente e la densità di spire (N/L) incrementa il campo B. Tradotto in pratica: ridurre la distanza tra spire, usare filo adeguato e un nucleo con alta permeabilità aiuta. In scenari dove occorre più forza in un tratto breve, l’alimentazione in AC può fornire una corrente di spunto maggiore sui solenoidi progettati per CA, utile per superare attriti o molle più robuste.

Al contrario, se l’obiettivo è contenere temperature e consumi, riduci la potenza media con cicli intermittenti o con servo-pilotaggio; quando possibile, usa alimentazioni DC o AC a tensione nominale garantita e controlla l’isolamento termico dichiarato dal costruttore per il tuo duty reale.

Chiudiamo con un quadro d’uso molto concreto: gli impianti di trattamento acqua, i processi food&beverage, le linee di packaging, l’HVAC, le macchine di lavaggio e la strumentazione da laboratorio si affidano quotidianamente a valvole a solenoide per dosare, deviare, distribuire o miscelare fluidi e gas, con reattività elevata e lunga vita utile quando selezionate e installate correttamente.

Dopo questo viaggio tra principi fisici, configurazioni e scelte applicative, diventa chiaro perché solenoidi e valvole a solenoide sono protagonisti silenziosi dell’automazione: consentono controllo remoto, riducono tempi di risposta, affidano ai sistemi elettrici decisioni che prima richiedevano intervento manuale e, con i giusti materiali e gradi IP, lavorano in scenari che vanno dal vuoto spinto alle alte pressioni e temperature. Conoscere differenze tra azione diretta e servo‑pilotata, NA/NC, materiali e tenute, connettori DIN, cicli di lavoro e normative come ISO 5599‑1 ti permette di scegliere la soluzione più adatta fin da subito, evitando fermo impianto e massimizzando efficienza e sicurezza.