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INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

SISTEMAS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS COEFICIENTE DE CAUDAL CV Y KV

NRC: 8388

Nombres:  Mauricio Casanova  Jorge Cevallos  Franklin Vásquez

Nivel: Quinto Semestre

MAYO 2020-SEPTIEMBRE 2020

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 1 𝐶𝑣 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 √

𝐺𝑒 (−Δ𝑃𝑚𝑎𝑥 )

Ecuación 1. Coeficiente de caudal. Donde:

 𝑄𝑚𝑎𝑥 ∶ Caudal máximo en 𝑚3 /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 2. 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 1.25 ∗ 𝑄𝑜𝑝

Ecuación 2. Caudal máximo. Donde:

 𝑄𝑚𝑎𝑥: caudal máximo (𝑚3 /𝑠).

 𝑄𝑜𝑝: caudal de operación (𝑚3 /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 3. − 𝛥𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝐶𝑜𝑒𝑓 ∗ 𝛥𝑃𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜

Ecuación 3. Diferencia máxima de presión. 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. Δ𝑃𝑡𝑟𝑎𝑚𝑜 = 𝑃𝑒𝑛𝑡 − 𝑃𝑠𝑎𝑙

Ecuación 4. Diferencia de presión en un tramo. 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: 𝐶𝑣 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 √

𝐺𝑒

(−Δ𝑃𝑚𝑎𝑥 )

Ecuación 5. Coeficiente de caudal. 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 El coeficiente de caudal (K), se considera para agua a una determinada temperatura, y unidades de caudal y diferencia de presión también específica. Un mismo modelo de válvula tiene un coeficiente de caudal (K) distinto para cada diámetro.

Kv es el coeficiente de caudal en unidades métricas. Se define como el caudal en metros cúbicos por hora [m3/h] de agua a una temperatura de 16° Celsius con una caída de presión a través de la válvula de 1 bar. Cv es el coeficiente de caudal en unidades imperiales. Se define como el caudal en galones US por minuto [gpm] de agua a la temperatura de 60° Fahrenheit con una caída de presión a través de la válvula de 1 psi.

𝐾𝑣 = 0.865 ∗ 𝐶𝑣

𝐶𝑣 = 1.156 ∗ 𝐾𝑣

Ecuación 7. Factores de conversión Cv y Kv Y con estos 6 pasos se obtiene la válvula adecuada para el sistema, en la tabla 1 se muestra el coeficiente de caudal para válvulas de bola. Tabla 1. Coeficiente de caudal para válvulas de bola.

Referencias Lopez, G., & Zurita, R. (2016). Instrumentacion de Procesos Industriales . Obtenido de https://instrumentacionuc.wixsite.com/facultad-ingenieria/copia-de-tipos-de-acciones OWAN-ELECTRONICS. (17 de Junio de 2018). Coefieciente de Caudal. Obtenido de http://owanelectronics.com/coeficiente-de-caudal/...