Calculadora de Tamaño de Válvulas
El tamaño de una válvula puede referirse a las dimensiones físicas de la válvula, como su diámetro de apertura, pero también al caudal que la válvula es capaz de soportar. Asegurarse de que el coeficiente de caudal de la válvula se calcula y mide correctamente garantizará que el medio pueda fluir a la presión deseada.
Para calcular el caudal que pasa por una válvula, hay que determinar parámetros como la caída de presión, la densidad del fluido y el caudal. Este artículo se centrará en los métodos prácticos para calcular cada parámetro, proporcionando una guía completa para el cálculo de los coeficientes de las válvulas.
Calculadora
Para calcular los valores de Kv y Cv tanto para aplicaciones de gas como de líquido, se pueden utilizar las calculadoras que se indican a continuación. Para saber más sobre lo que contienen estas calculadoras, siga leyendo el artículo.
Índice de contenidos
¿Qué es el coeficiente de caudal de la válvula?
El coeficiente de caudal de una válvula mide la velocidad a la que un fluido (líquido o gas) puede pasar a través de una válvula. Determinar el valor correcto del coeficiente de caudal ayuda a seleccionar la válvula del tamaño adecuado para una aplicación, garantizando que todos los fluidos puedan pasar a la presión deseada. Un coeficiente de caudal incorrecto puede dar lugar a un rendimiento deficiente de la válvula y provocar fugas, caudal incoherente, cavitación e incapacidad para abrirse o cerrarse completamente. Los valores Cv y Kv son los coeficientes de caudal en los sistemas imperial y métrico, respectivamente.
Los parámetros necesarios para el cálculo del caudal son
- Q: Caudal deseado
- dp: Presión diferencial
- SG: Peso específico
Las expresiones para Kv y Cv son diferentes para líquidos y gases. Esto se debe a que las propiedades físicas y el comportamiento de los líquidos y los gases son diferentes.
- Los líquidos son casi incompresibles, mientras que los gases son altamente compresibles. La caída de presión a través de una tubería que transporta un líquido es diferente de la de un gas debido a la diferencia de compresibilidad.
- Los líquidos tienen mayor viscosidad que los gases, lo que afecta a su caudal.
Una vez calculado el coeficiente de caudal, se recomienda elegir una válvula con un coeficiente de caudal ligeramente superior al valor calculado para garantizar que se alcanza el caudal deseado y proporcionar un margen de seguridad para posibles cambios de presión o caudal. En algunos casos, la válvula está predeterminada y se puede calcular el caudal adecuado para esa válvula haciendo retroceder la fórmula gracias al valor Cv/Kv conocido. En las secciones siguientes se explica cómo estimar cada parámetro para el cálculo del coeficiente de caudal.
Coeficiente de caudal Cv
El valor Cv es el caudal de agua en galones estadounidenses por minuto (GPM) a una temperatura de 60 𐩑F con una caída de presión de 1 psi a través de la válvula. Por ejemplo, una válvula con un Cv de 10 pasará 10 GPM de fluido a 60 𐩑F y 1 psi de caída de presión a través de la válvula. El valor Cv figura en la descripción del producto o en la etiqueta de especificaciones de la válvula. Lea nuestro artículo sobre la calculadora de C v de válvulas para obtener más detalles sobre el cálculo de los valores de Cv de líquidos y gases.
Coeficiente de flujo Kv
Kv es el volumen de agua en metros cúbicos que fluye a través de una válvula por hora a una caída de presión de 1 bar con una válvula totalmente abierta. Por ejemplo, un Kv de 20 significa que la válvula tiene una capacidad de caudal de 20 metros cúbicos por hora (m³/h) cuando hay una caída de presión de 1 bar a través de la válvula. El valor Kv figura en la descripción del producto o en la etiqueta de especificaciones de la válvula. Lea nuestro artículo sobre la calculadora de Kv para obtener más detalles sobre el cálculo de los valores de Kv de líquidos y gases.
Caudal
El caudal viene dado por:
- Q: Caudal
- A: El área de la sección transversal en un punto de la trayectoria del flujo
- v: Velocidad del fluido en el punto
Existen múltiples formas de medir el caudal de un sistema. Para calcular el caudal que pasa a través de un orificio (como el orificio de una válvula o una espita), deja que se acumule un volumen determinado en un recipiente y mide el tiempo que tarda. Por ejemplo, el caudal de una espita puede medirse dejando que el fluido llene un cubo de 7 galones y registrando el tiempo. Divide 7 por el tiempo empleado para obtener el número de galones por unidad de tiempo. Para determinar el caudal de una abertura diminuta, como un emisor de goteo, utilice un recipiente más pequeño, como una jarra de un litro, y un intervalo de tiempo más largo. No obstante, el concepto básico no ha cambiado.
Caudalímetros
El caudal puede medirse colocando un caudalímetro en el sistema de manipulación de fluidos. Existen varios caudalímetros, como los venturi, los de placas de orificio y los de turbina, que miden el caudal de un fluido. El caudalímetro debe calibrarse para garantizar mediciones precisas.
Utilizando la fórmula del caudal
La velocidad del fluido y el área de la sección transversal por la que circula dan una estimación del caudal.
Orificio/tubo transparente
- Si el fluido pasa por un orificio o un tubo transparente, utiliza colorante como marcador y calcula cuánto tarda el colorante en pasar por dos puntos. A continuación, calcula la velocidad dividiendo la distancia entre ambos puntos por el tiempo empleado en el recorrido.
- Mide el radio del orificio o tubo con una cinta y utiliza la expresión πr2 para calcular el área de la sección transversal.
- Multiplique el área por la velocidad para calcular el caudal.
Utilizar la presión
Si el fluido circula por una tubería cerrada, es difícil medir su velocidad. En este caso, mide la presión del fluido con un manómetro y utiliza la ley de Poiseuille que se indica a continuación para calcular el caudal del fluido.
- Δp: Diferencia de presión entre los extremos de la tubería
- R: Radio del tubo
- L: Longitud del tubo
- μ: Viscosidad del fluido
Caída de presión
La caída de presión a través de la válvula puede medirse utilizando manómetros colocados a ambos lados de la válvula. La diferencia de presión entre los dos extremos da la caída de presión a través de la válvula.
La caída de presión a través de una válvula también puede calcularse mediante la siguiente fórmula:
- ΔP: caída de presión a través de la válvula en libras por pulgada cuadrada (psi).
- f: factor de fricción, que tiene en cuenta las pérdidas por fricción que se producen cuando el fluido circula por la válvula.
- L: longitud de la válvula en pies
- v: velocidad del fluido en pies por segundo
- g: aceleración debida a la gravedad, que es de aproximadamente 9,8 m/s2
El factor de fricción, f, es función de las propiedades del fluido, la geometría de la válvula y el número de Reynolds, que es un valor adimensional que describe el régimen de flujo del fluido. El factor de fricción puede estimarse utilizando tablas publicadas o calcularse mediante software de dinámica de fluidos computacional (CFD).
Peso específico
El peso específico se define como la relación entre la densidad del fluido y la densidad del agua a una temperatura determinada. El peso específico de un fluido puede determinarse experimentalmente midiendo su densidad y comparándola con la densidad del agua. El peso específico de un fluido también puede calcularse a partir de su composición utilizando una base de datos de las densidades de los componentes individuales si se conoce la composición del fluido. Es importante tener en cuenta que el peso específico de un fluido puede verse afectado por la temperatura, por lo que es importante medir la densidad y el peso específico del fluido a una temperatura determinada para garantizar resultados precisos. Normalmente, el valor puede estimarse a partir de tablas estándar para la gravedad específica, siempre que el fluido se mantenga a la misma temperatura mencionada en la tabla.