Coeficiente de caudal Kv o Cv
La necesidad universal de normalizar el cálculo de las dimensiones de las válvulas, no sólo en cuanto a tamaño sino también en cuanto a capacidad de paso del fluido, ha llevado a los fabricantes y a los usuarios a adoptar un coeficiente que refleja y representa la capacidad de las válvulas de control.
Cuando el flujo pasa a través de una válvula u otro dispositivo restrictivo pierde una energía. El coeficiente de caudal es un factor de diseño que relaciona la diferencia de altura o presión entre la entrada y salida de la válvula con el caudal.
Cada válvula tiene su propio coeficiente de caudal. Este depende de cómo la válvula ha sido diseñada para dejar pasar el flujo a través de ella. Por consiguiente, las mayores diferencias entre diferentes coeficientes de caudal provienen del tipo de válvula, y naturalmente de la posición de obertura de la válvula.
Puede ser importante conocer el coeficiente de caudal para poder seleccionar la válvula que se necesita en una específica aplicación. Si la válvula estar la mayor parte del tiempo abierta, posiblemente interesará elegir una válvula con poca perdida de carga para poder ahorrar energía. O si se trata de una válvula de control, el rango de coeficientes de caudal en las diferentes posiciones de obertura tendría que permitir cumplir las necesidades de regulación de la aplicación. El coeficiente de caudal se puede calcular por medio de la ecuación V7.
(V7)
(V8)
(V9)
(V10)
(V11)
Donde:
Qmax : Caudal máximo en m^3/s.
Ge: Gravedad específica del fluido de trabajo.
ΔPmax: Diferencial de presión en la válvula en bar.
Pasos para seleccionar una válvula
Las válvulas son instrumentos muy importantes en la industria y por ello es importante saber elegir que válvula automática usar para el control de un proceso; por ello es importante saber calcular el coeficiente de dimensionamiento (Cv) el cual permite calcular ciertas características de la válvula que se necesita en el proceso como su característica, asiento y su tamaño, también es de importancia saber cuál de las diferentes válvulas de control usar por ende se debe saber el funcionamiento, ventajas y desventajas de cada una para así hacer una mejor elección de la válvula dependiendo del proceso a realizar.
Para realizar este cálculo se deben tener en cuenta los siguientes pasos para obtener el resultado requerido.
1-.Obtener el caudal de operación (Qop)
El cual será un dato de diseño que dependerá de cual proceso se requiera controlar; este valor debe estar representado en gpm.
2-.Obtener el caudal máximo (Qmax), por medio de la expresión V8.
Donde:
Qmax: caudal máximo (m^3/s).
Qop: caudal de operación (m^3/s).
Este es un sobredimensionamiento el cual se le hace al caudal para que la válvula no trabaje al 100% de apertura en el punto de operación, esto se requiere para obtener un mejor control y por seguridad.
3-.Calcular la gravedad específica.
4-.Determinar el –ΔPmax de la válvula, mediante la expresión V9.
Dónde:
ΔPmax: diferencial de presión máxima (bar).
ΔPtramo: diferencial de presión en el tramo de la válvula (bar), se calcula por medio de la expresión V10.
Coef: Coeficiente porcentual de pérdida en la válvula.
Dónde:
Pent: presión en la entrada de la válvula (bar)
Psal: presión de salida de la válvula (bar)
Se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones para conseguir estas presiones:
Para Pent se tomará después de:
-
La descarga de una bomba
-
La entrada a un conducto
-
Un punto de bifurcación o mezcla
Para Psal se tomará antes de:
-
Un punto de bifurcación
-
La salida de un conducto
-
Una bomba o dispositivo mecánico
Para el cálculo de estas presiones en tuberías la ecuación de Bernoulli es de mucha ayuda.
5-. Obtener el Cv por la ecuación V11:
El cálculo de Cv se usa generalmente para conseguir el dimensionamiento de la válvula automática por lo consiguiente un paso 6 sería el mostrado a continuación.
6-. Estandarizar y dimensionar la válvula automática
Usando una tabla estandarizada de varios tipos de válvulas, a la cual se accede dependiendo del valor del Cv, obteniendo:
-
Su Característica: si es Parabólica o Isoporcentual
-
Su tipo de asiento: si es Sencillo o doble
-
Su tamaño: dado en pulgadas
Y con estos 6 pasos se obtiene la válvula adecuada para el sistema, en la tabla V1 se muestra el coeficiente de caudal para válvulas de bola.
Tabla V1. Coeficiente de caudal para válvulas de bola.