Dimensionamiento Valvulas de Control 1

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv (Cv y Kv)
Para dimensionar una válvula de control se calcula el coeficiente de caudal de la válvula válvula..
El primer coeficiente de dimensionamiento que se utilizó fue el denominado Cv, Cv, empleado inicialmente en los Estados Unidos, se define como como:: Caudal de agua en galones USA por minuto que pasa a través de la válvula en posición completamente abierta y con una pérdida de carga de 1 psi psi..

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)


Este coeficiente depende de las dimensiones internas y de la rugosidad de la superficies de la válvula.. válvula
En los países que emplean unidades métricas se suele utilizar adicionalmente el coeficiente Kv el cual está definido por la norma IEC 534534-1987 de válvulas de control del siguiente modo: modo:
Kv Caudal de agua (de 5 a 40ºC) 40ºC) en m3/h que pasa a través de la válvula a una apertura dada y con una pérdida de 1 bar bar..

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)


El coeficiente Kv para la válvula totalmente abierta se denomina Kvs mientras que para el mínimo valor recibe el nombre de Kvo. Por lo tanto la relación Kvs / Kvo es la denominada rangeabilidad o campo de control que expresa la relación de caudales que la válvula puede controlar.

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)

•La equivalencia entre los coeficientes Cv y Kv se expresa mediante las relaciones:

Cv = 1 .16 Kv [galones por minuto

[

Kv = 0 .86 Cv m 3 / h

]

]

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)

Fórmula General: La válvula se comporta como un orificio que permite la circulación de un cierto caudal con una determinada pérdida de carga. Aplicando el teorema de Bernoulli.

2

2

P1 V1 P2 V2 + = + ρ1 2 ρ 2 2

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)

ρ1 = ρ 2 = ρ

Suponiendo fluidos incompresibles: luego:

2

2

V2 − V1 = 2(P1 − P 2 ) / ρ

Como V2 es mucho mayor que V1 queda :

V2 = 2(∆P / ρ ) = 2h

Por otro lado la forma de la válvula da lugar a una resistencia que disminuye la velocidad.

V = β 2h Donde:

β = coeficiente de resistencia (sin dimensiones) V = velocidad del flujo, en m/s h = altura de presión entre la entrada y la salida de la válvula,

y como, Siendo:

q=AV

de lo cual se desprende que V=q/A

q = caudal a través de la válvula, en m3 /s A = sección del orificio de paso, en m2

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv) Resulta

[

q = Aβ 2h = A.β 2(∆P / ρ ) m 3 / s donde:

q = caudal a través de la válvula, en m3 /s ρ = densidad del fluido, en Kg/dm3

Kv = Q ρ / ∆P Q = caudal máximo, en m3 /h ρ = densidad en Kg/dm3 o g/cm3 ∆P = pérdida de carga en bar para caudal máximo

Cv = Q ρ / ∆P En términos de coeficiente Cv ampliamente conocido será: Q = caudal máximo en gpm ρ = densidad ∆P = pérdida de carga en psi

]

Ejercicios propuestos
De la formula anterior se puede observar como el coeficiente de la válvula depende del área de paso y de la resistencia al paso del fluido, es decir de la configuración hidráulica, del estado de las superficies interiores, del tipo de válvula, etc. • Generalmente el fabricante en sus catálogos especifica las formulas de Cv o Kv, pero necesitamos conocer la caída de presión en la válvula.


Para determinar la caída de presión en la válvula, necesitamos conocer el sistema Hidráulico y las perdidas que este provoca, estas perdidas están relacionadas con las propiedades de los fluidos
Tales como • Densidad. • Peso específico. • Viscosidad. • Flujo, caudal o gasto del fluido. • Velocidad media del fluido. • Regímenes del movimiento de los fluidos.

Ejemplo: - Fluido: Agua de alimentación a caldera a 350ºF - Rata (capacidad) máxima: 200,000 lb/h a 800 psig - Caída de presión: 200 psi - Densidad: 0.89 Como la ecuación trabaja con caudal en gpm, debemos convertir las lb/hr a gpm:

200,000/60 =3,333.4 lb/min 3,333.4/8.328 = 400gpm 60ºF A 350ºF con gravedad específica de 0.89 hay que dividir 400 / 0.89 =450 gpm (es decir un galón de agua a 60ºF pesa 8.328 lbs, pero a 350ºF pesa 7.41 lbs)

Cvc = Q Donde:

(ρ ) / (∆P ) Q = 450 gpm ρ = 0.89 ∆P =(P1 - P2) = 200 psi

Cvc = 450 (0.89) / (200 ) Cvc = 30.01 Por lo tanto Cvc=30,01

Cvc = Q

(ρ ) / (∆P )

Para obtener un buen intervalo de control, el índice de capacidad Cv debe ser mayor que el calculado Cvc. El índice de capacidad debe ser 1.25 a 2 veces mayor que el coeficiente calculado.

Cv = Cvc ×1.25 Cv = 30.01×1.25 Cv = 37.51

Por lo tanto la relación Cvc / Cv debe estar del orden de 0.5 a 0.8

Cvc ÷ Cv = 30.01 ÷ 37.51 Cvc ÷ Cv = 0.8 Por tablas: ver imagen siguiente Para esta aplicación se recomienda la utilización de una válvula globo de 1½” con Cv de 34

Algunas consideraciones
La válvula ideal para el control lineal sería la de característica inherente del mismo nombre, pero en general cuando esta se instala y según la relación de pérdida de presión en la válvula respecto de la pérdida dinámica total en la línea, la característica instalada tiende a ser semejante a una válvula de apertura rápida.
Sin embargo que la deformación de la característica de la válvula porcentaje igual tiende a dar valores aptos para el control en la zona central del recorrido del obturador. Con lo cual esta característica se hace la opción apropiada cuando la relación indicada es de valor pequeño