Coeficiente de flujo de válvulas de control

Definiciones y factores de conversión para los coeficientes Kv, Cv y Qn Cuando un flujo pasa a través de una válvula o cualquier dispositivo restrictor del flujo, este pierde algo de energía. El coeficiente de flujo es un factor diseñado que relaciona la caída de presión (ΔP) con el caudal ó flujo Q. Cada válvula tiene su propio coeficiente de flujo. Esto depende de cómo la válvula fue diseñada para dejar pasar el flujo a través de ella. Por lo tanto, las principales diferencias entre los diferentes coeficientes de flujo vienen dados por el tipo de válvula y la posición de apertura de la válvula. El coeficiente de flujo es importante a la hora de seleccionar la mejor válvula para una aplicación específica. Si la válvula va a trabajar gran parte de su tiempo abierta, probablemente debería seleccionarse una válvula con baja perdida de presión en orden de ahorrar energía. O si la válvula se necesita como control, los rangos de los coeficientes para las diferentes posiciones de apertura de la válvula fijarían los requerimientos de la aplicación. Al mismo índice de flujo, coeficientes de flujo más altos significa una caída de presión más baja a través de la válvula. Dependiendo del fabricante, tipo de válvula, la aplicación del coeficiente de flujo puede ser expresada en varios caminos. El coeficiente puede ser no dimensional ó con unidades si los parámetros tal como el diámetro ó densidad son considerados dentro del coeficiente ó en la ecuación. Muchas de las válvulas industriales tienen estandarizados los coeficientes de flujo (K) Este se referencia para agua a una temperatura específica, caudal y caída de presión. Algunos modelos de válvula tienen diferentes coeficientes para cada diámetro.

Entonces:

¿Qué es el valor Kv?

El valor Kv es la medida métrica para el flujo ó caudal de una válvulaSe define como:El flujo volumétrico en metros cúbicos por hora de agua a la temperatura entre 5°C y 40°C con una caída de presión a través de la válvula toda abierta de 1 bar El Kv de una válvula es un coeficiente experimental basado en condiciones de laboratorio.

¿Qué es el valor Cv?

Es el equivalente al Kv, pero en galones por minuto, se define como: El flujo volumétrico en galones americanos por minuto de agua a una temperatura de 60°F con una caída de presión a través de la válvula de 1 psi

¿Qué es el valor Qn?

El Qn es usado en neumática para definir el flujo de una válvula, se define como:

El flujo volumétrico en litros por minuto de aire a 20°C de temperatura , con una presión de entrada de 6 bar y una caída de presión de 1 bar a través de la válvula.

Equivalencia entre Kv, Cv & Qn

Kv = 0.86 x CvKv = Qn / 1078

Cv = Kv / 0.86Cv = Qn x 0.0008

Qn = Kv x 1078Qn = Cv / 0.0008

Para aplicaciones donde la válvula descarga el fluido a la atmosfera el coeficiente de flujo es denominado coeficiente de descarga y es no dimensional (C).Desde un cierto tamaño de válvula estos coeficientes permanecen bastante estables diferente a los coeficientes dimensionales que varían en forma exponencial con respecto al diámetro. El gráfico de abajo muestra un ejemplo de esta variación

Coeficiente Kv, Cv vs. coeficiente C

CONSTRUSUR

Calculo simplificado del coeficiente KV

Opción 1 – Tren de Regulación 2 Válvulas

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__________ETAPA 1___________________________________________

Datos:

Presión Primaria:              18 Kg/cm2g

Presión Secundaria:          10 Kg/cm2g *

Valor de Cv de la Válvula :  5,9 Kv

Temperatura del Vapor :   209,8 °C

Resultado:

Rango de Flujo del Vapor    1338,9 Kg/hr

Rango de Velocidad : 99,64 m/s

Ecuacion(Q):

(P1-P2)/P1>Fg*Xt :W=2.73*Cv*(1-(P1-P2)/P1/(3*Fg*Xt))*((P1-P2)*d)^0.5(P1-P2)/P1<=Fg*Xt :W=0.66*2.73*Cv*(Fg*Xt*P1*d)^0.5

Llave:

P1 :Presión primaria (kPaA)P2 :Presión secundaria (kPaA)Fg :Relación de Calores EspecíficosXt :Relación de Presiones Diferenciales(=0.72)W  :Rango de flujo de vapor (kg/h)Cv :Valor de Cv de la válvulad  :Densidad del vapor(kg/m3)

Ecuacion(Vel):

Vs=Fs*v"/((d/2)^2*pi)

Llave:

Vs :Velocidad de vapor (m/s)Fs :Rango de Flujo de Vapor (kg/s)V" :Volumen específico (m3/kg)d  :Diámetro de tubería interno (m)pi :3.1415...

Corresponde a :

Marca: TLV

Modelo: COSR-21

DN: 20 (3/4” 300 RF)

Set : 9,5 Kg/ cm2  [Min] // 1300 Kg/hr

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__________ ETAPA 2___________________________________________

Datos:

Presión Primaria:               10 Kg/cm2g 

Presión Secundaria:           3,5 Kg/cm2g 

Rango de Flujo del Vapor: 1338,9 Kg/hr

Temperatura del Vapor :   184,1 °C

Resultado:

Valor de Cv de la Válvula : 9,5 Kv

Rango de Velocidad : 99,64 m/s

Ecuacion(Kv):

(P1-P2)/P1>Fg*Xt :Cv=W/(2.73*(1-(P1-P2)/P1/(3*Fg*Xt))*((P1-P2)*d)^0.5)(P1-P2)/P1<=Fg*Xt :Cv=W/(0.66*2.73*(Fg*Xt*P1*d)^0.5)

Llave:

P1 :Presión primaria (kPaA)P2 :Presión secundaria (kPaA)Fg :Relación de Calores EspecíficosXt :Relación de Presiones Diferenciales(=0.72)Cv :Valor de Cv de la válvulaW  :Rango de flujo de vapor (kg/h)d  :Densidad del vapor(kg/m3)

Ecuacion(Vel):

Vs=Fs*v"/((d/2)^2*pi)

Llave:

Vs :Velocidad de vapor (m/s)Fs :Rango de Flujo de Vapor (kg/s)V" :Volumen específico (m3/kg)d  :Diámetro de tubería interno (m)pi :3.1415...

Corresponde a :

Marca: TLV

Modelo: COSR-16

DN: 25 (1” 300 RF)

Set : 1,5 Kg/ cm2 [ Min] // 1120 Kg/hr // Temperatura del Vapor: 3,5 Kg/cm2= 148°C

External Sensor.

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Referencia:  http://www.tlv.com/global/LA/calculator

Observaciones:

1) Revisar diámetro de cañerías.

2) P2= 3,5 Kg/cm2= 148°C (El producto se degradaría a 150°C) Confirmar Presión y Temperatura de trabajo

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Opción 2 – Tren de Regulación 1 Placa RO + 1 Válvula

Placa de Restriccion

Presión Primaria:           18 Kg/cm2    

Presión Secundaria: :    10 Kg/cm2           

Diámetro de Orificio:     13 mm    

Coeficiente de Descarga: 0,7    

Temperatura del Vapor    209,8°C

Resultado: Rango de Flujo del Vapor  1062.2   kg/h

Ecuacion(es):

(P1-P2)/P1>Fg*Xt :W=2.73*C*(do/4.654)^2*(1-(P1-P2)/P1/(3*Fg*Xt))*((P1-P2)*d)^0.5(P1-P2)/P1<=Fg*Xt :W=0.66*2.73*C*(do/4.654)^2*(Fg*Xt*P1*d)^0.5

Llave:

P1 :Presión primaria (kPaA)P2 :Presión secundaria (kPaA)Fg :Relación de Calores EspecíficosXt :Relación de Presiones Diferenciales(=0.72)W  :Rango de flujo de vapor (kg/h)C  :Coeficiente de descargado :Diámetro de orificio (mm)d  :Densidad del vapor(kg/m3)

Válvula Opción 1 - Etapa 2