dimensionamiento valvulas de control 1

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (CvCv y Kv)y Kv)

��ParaPara dimensionardimensionar unauna válvulaválvula dede controlcontrol sese calculacalcula

elel coeficientecoeficiente dede caudalcaudal dede lala válvulaválvula..

��ElEl primerprimer coeficientecoeficiente dede dimensionamientodimensionamiento queque sese

utilizóutilizó fuefue elel denominadodenominado CvCv,, empleadoempleado inicialmenteinicialmente

enen loslos EstadosEstados Unidos,Unidos, sese definedefine comocomo::enen loslos EstadosEstados Unidos,Unidos, sese definedefine comocomo::

CaudalCaudal dede aguaagua enen galonesgalones USAUSA porpor minutominuto quequepasapasa aa travéstravés dede lala válvulaválvula enen posiciónposicióncompletamentecompletamente abiertaabierta yy concon unauna pérdidapérdida dede cargacargadede 11 psipsi..

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)

�� EsteEste coeficientecoeficiente dependedepende dede laslas dimensionesdimensionesinternasinternas yy dede lala rugosidadrugosidad dede lala superficiessuperficies dede lalaválvulaválvula..

�� EnEn loslos paísespaíses queque empleanemplean unidadesunidades métricasmétricas sese suelesuele�� EnEn loslos paísespaíses queque empleanemplean unidadesunidades métricasmétricas sese suelesueleutilizarutilizar adicionalmenteadicionalmente elel coeficientecoeficiente KvKv elel cualcual estáestádefinidodefinido porpor lala normanorma IECIEC 534534--19871987 dede válvulasválvulas dedecontrolcontrol deldel siguientesiguiente modomodo::

�� KvKvCaudalCaudal dede aguaagua (de(de 55 aa 4040ºC)ºC) enen mm33/h/h queque pasapasa aatravéstravés dede lala válvulaválvula aa unauna aperturaapertura dadadada yy concon unaunapérdidapérdida dede 11 barbar..


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


[ ]KvCv 16.1 minutopor galones=

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

[ ]

[ ]hCvKv

KvCv

/m 86.0

16.1

3

minutopor galones

=

=


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

22

12

2

2

2

2

1

1

VPVP+=+

ρρ


Suponiendo fluidos incompresibles:

luego:

Como V2 es mucho mayor que V1 queda :

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

ρρρ == 21

( ) ρ/2122

1

2

2 PPVV −=−

( ) hPV 2/22 =∆= ρ

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

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, q = A V de lo cual se desprende que V=q/A

Siendo: q = caudal a través de la válvula, en m3 /s

A = sección del orificio de paso, en m2

hV 2β=

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)Resulta

donde: q = caudal a través de la válvula, en m3 /s

ρ = densidad del fluido, en Kg/dm3

( ) [ ]smPAhAq /3/2.2 ρββ ∆==

PQKv ∆= /ρ

Q = caudal máximo, en m3 /h

ρ = densidad en Kg/dm3 o g/cm3

∆P = pérdida de carga en bar para caudal máximo

En términos de coeficiente Cv ampliamente conocido será:

Q = caudal máximo en gpm

ρ = densidad

∆P = pérdida de carga en psi

PQCv ∆= /ρ

Ejercicios propuestosEjercicios propuestos

�� De la formula anterior se puede observar como el De la formula anterior se puede observar como el

coeficiente de la válvula depende del área de coeficiente de la válvula depende del área de

paso y de la resistencia al paso del fluido, es decir paso y de la resistencia al paso del fluido, es decir

de la configuración hidráulica, del estado de las de la configuración hidráulica, del estado de las

superficies interiores, del tipo de válvula, etc. • superficies interiores, del tipo de válvula, etc. •

Generalmente el fabricante en sus catálogos Generalmente el fabricante en sus catálogos

especifica las formulas de Cv o Kv, pero especifica las formulas de Cv o Kv, pero

necesitamos conocer la caída de presión en la necesitamos conocer la caída de presión en la

válvula.válvula.

�� Para determinar la caída de presión en la Para determinar la caída de presión en la

válvula, necesitamos conocer el sistema válvula, necesitamos conocer el sistema

Hidráulico y las perdidas que este provoca, Hidráulico y las perdidas que este provoca,

estas perdidas están relacionadas con las estas perdidas están relacionadas con las

propiedades de los fluidos propiedades de los fluidos

�� Tales como • Densidad. • Peso específico. • Tales como • Densidad. • Peso específico. • �� Tales como • Densidad. • Peso específico. • Tales como • Densidad. • Peso específico. •

Viscosidad. • Flujo, caudal o gasto del Viscosidad. • Flujo, caudal o gasto del

fluido. • Velocidad media del fluido. • fluido. • Velocidad media del fluido. •

Regímenes del movimiento de los fluidos. 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: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)

Donde: Q = 450 gpm

ρ = 0.89

∆P =(P1 - P2) = 200 psi

( ) ( )PQCvc ∆= /ρ

( ) ( )200/89.0450=Cvc

Por lo tanto Cvc=30,01

( ) ( )200/89.0450=Cvc

01.30=Cvc

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.

( ) ( )PQCvc ∆= /ρ

25.1×=CvcCv

25.101.30 ×=Cv

51.37=Cv

Por lo tanto la relación

Cvc / Cv debe estar del orden de 0.5 a 0.8

51.3701.30 ÷=÷CvCvc

8.0=÷CvCvc

Por tablas: ver imagen siguiente

Para esta aplicación se recomienda la utilización de una válvula globo de 1½” con Cv de 34

8.0=÷CvCvc

Algunas consideracionesAlgunas 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.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

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