DADOS TÉCNICOS
Caudal,
avaliação do coeficiente de caudal e do diâmetro de passagem
Condições a ter em conta
É importante escolher bem o tamanho das
válvulas. Se seleccionarmos uma válvula
demasiado grande ou demasiado pequena,
haverá efeitos nefastos no funcionamento
do sistema.
Regra geral, é necessário reunir o máximo
de condições a respeito da aplicação considerada:
Subdimensionar uma válvula, risco de:
1) reduzir o caudal desejado
2) provocar a vaporização dos líquidos à
saída da válvula
3) provocar uma perda significativa de carga
nas tubagens e na válvula
4) diminuir a pressão de saída
Sobredimensionar uma válvula, risco de:
1) aumentar o custo das instalações por causa
dos equipamentos sobredimensionados
Para as electroválvulas de comando assistido:
2) provocar um caudal variável através da
válvula ou ainda um comando irregular
do caudal devido a um ∆P insuficiente
3) reduzir a duração de vida de certas válvulas devido às oscilações nas partes
internas quando o caudal não permite
manter as pressões diferenciais internas
necessárias
4) provocar uma utilização irregular de certas válvulas: por exemplo, uma válvula
de três e quatro orifícios corre o risco de
não mudar de posição porque o caudal é
insuficiente
5) diminuir a duração de vida dos assentos
e obturadores pelo aparecimento de um
fenómeno de cavitação provocado pela
rapidez de circulação do fluido.
Definição do coeficiente de caudal Kv
O coeficiente de caudal Kv em m3/h ou l/min
é um caudal volumétrico experimental (capacidade) realizada através de uma válvula
que, para um trabalho específico, terá as
seguintes condições:
- perda de pressão admissível (∆pKv) através
da válvula igual a 105 Pa (1 bar)
- o fluido transportado é água para uma
zona de temperatura de 278 K a 313 K
(5°C a 40°C)
- a unidade de caudal volumétrico é o m3/h
ou l/min
O valor do coeficiente de caudal Kv obtém-se
por meio da seguinte equação a partir dos
resultados dos testes:
Kv = Q
∆p
∆
pKv
ρ
Kv . ρ
∆p . ρw
∆p
onde:
Q
∆pKv
∆p
ρ
é o caudal volumétrico medido em
m3/h ou em l/min
é a perda de carga admissível de 105 Pa
(ver acima)
é a perda de carga admissível em pascais, medida através da válvula
é a densidade do fluido em kg/m3
é a densidade da água (ver acima) em
kg/m3 (segundo a norma CEI 534)
Caudal - Está indicado em metros cúbicos por
hora (m3/h) para os líquidos, em Normal metros
cúbicos por hora (Nm3/h) para os gases, ou
em kilogramas por hora (kg/h) para o vapor.
Este valor é definido pelo utilizador: lendo as
informações inscritas nas placas sinaléticas
dos materiais de bombagem, diagramas de
caldeiras ou calculados.
Pressão de entrada (p1) - Obtém-se este valor
quando se conhece a fonte de alimentação
ou colocando um manómetro na entrada da
válvula.
Pressão de saída (p2) - Este valor é obtido
no manómetro, mas faz frequentemente
parte das especificações relativas à perda
de carga no sistema. Se se conhece a
pressão de entrada e a perda de carga, é
fácil calcular a pressão de saída.
Perda de carga (∆p) - Nos sistemas complicados ou de grande tamanho, aconselha-se
manter a perda de carga através da válvula a
um nível mínimo. Por outro lado, o utilizador
tem com frequência as suas próprias especificações no que diz respeito a este coeficiente.
Se a válvula descarga no ar livre e se o fluido
transportado é um líquido, a perda de carga
é evidentemente igual à pressão de entrada.
Quando se procede à escolha de uma válvula
que transportará um gás ou um vapor, não
se pode ter em conta, para exprimir a perda
de carga utilizada nas fórmulas, mais de
50 % da pressão de entrada (correntemente
chamada de perda de carga crítica). Aplica-se
também se a válvula descarga na atmosfera.
Em todos os outros casos, a perda de carga
será a diferença entre as pressões de entrada
e de saída.
Nota: É muitas vezes difícil compreender o significado do termo "pressão diferencial mínima
de funcionamento" (ver página V1210).
Certas electroválvulas de comando assistido
funcionam graças a uma pressão diferencial
criada no interior da válvula. Esta pressão
diferencial é a diferença entre as condições
de entrada e de saída de toda a válvula. Se
apenas se conhecem as informações de
caudal, sem ter em conta as condições de
pressão, é necessário utilizar as tabelas das
fórmulas para calcular a perda de carga daí
resultante.
Se a perda de carga é inferior à pressão
diferencial necessária, a válvula está sobredimensionada. Neste caso, será necessário propôr uma válvula com uma pressão diferencial
mínima de funcionamento inferior ou escolher
uma válvula de tamanho mais pequeno com
um coeficiente de caudal Kv mais baixo.
As fórmulas necessárias para determinar o coe-
ficiente de caudal Kv são bastante complicadas:
é a razão pela qual a ASCO/JOUCOMATIC
oferece uma série de gráficos de caudal para
reduzir este problema.
O cálculo de caudal para um fluido foi reduzido
a uma fórmula de base :
Kv
Kv =
Caudal
solicitado:: Q
Q
Débit demandé
Coeficiente(s):
Fglgl
Fsg, F
Coefficient
(s) : FFgm
gm, Fsg
Encontrará facilmente os coeficientes Fgm,
Fsg, Fgl, situando os parâmetros conhecidos
para cada aplicação nos gráficos I a X das
páginas seguintes (ver exemplos de cálculo
na página seguinte).
Os quadros abaixo permitem avaliar o
coeficiente de caudal Kv se o diâmetro
de passagem aproximado é conhecido,
ou vice-versa. Este quadro baseia-se nas
propriedades das válvulas em linha. Para
um dimensionamento preciso da válvula e
uma conversão dos coeficientes de caudal
de uma válvula específica em caudal real, é
necessário consultar os gráficos de caudal
assim como os valores reais dos Kv definidos nas páginas de cada produto.
Ø
passaKv aprox.
gem
aprox.
(mm) (m³/h) (l/min)
0,8
0,02
0,33
1,2
0,05
0,83
1,6
0,08
1,33
2,4
0,17
2,83
3,2
0,26
4,33
3,6
0,31
5,17
4,8
0,45
7,50
6,4
0,60 10,0
8
1,5
25,0
9
1,7
28,3
Ø
passaKv aprox.
gem
aprox.
(mm) (m³/h) (l/min)
13
3
50,0
16
4
66,7
18
4,5 75,0
19
6,5
108
25
11
183
32
15
250
38
22
366
51
41
683
64
51
850
76
86
1433
80
99
1650
100
150
2500
125
264
4400
150
383
6375
00011PT-2006/R01
Avaliação do tamanho das válvulas
A
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V050-1
Caudal - DADOS TÉCNICOS
EXEMPLOS DE PROBLEMAS
LÍQUIDOS (gráficos I e III)
AR E GÁS (gráficos I e IV a VII)
VAPOR (gráficos VIII a X)
Para encontrar o coeficiente de caudal
Kv: Qual é o coeficiente de caudal necessário
para permitir a passagem de 22 litros de óleo
por minuto com uma densidade relativa de 0,9
e uma perda de carga de 1,5 bar?
Para encontrar o coeficiente de caudal
Kv: Procurar uma válvula que veiculará
14 Nm3/h a uma pressão de entrada de
4 bar e para uma perda de carga (∆p) de
0,5 bar.
Qual será o coeficiente de caudal quando o
fluido transportado é dióxido de carbono?
Para encontrar o coeficiente de caudal
Kv: Procurar uma válvula que veiculará 25
kg/h de vapor saturado a uma pressão de
entrada de 1 bar e uma perda de carga
(∆p) de 0,2 bar.
Qual é o coeficiente de caudal Kv ?
Solução: Remeter ao gráfico VI (pressão
de entrada de 1 a 10 bar). A fórmula utilizada será:
Solução: Remeter aos gráficos de vapor
correspondentes (gráficos VIII e IX). A
fórmula utilizada será:
A viscosidade é inferior a 9° Engler.
Solução: A fórmula será:
Kv (m3 /h) =
Q (m3 /h)
Fgm . Fsg
Kv (Nm3 /h) =
Q (Nm3 /h)
Fgm . Fsg
Kv (m3 /h) =
Q (kg/h)
Fgm
Kv (l/min) =
Q (m3 /h)
Fgl . Fsg
Kv (Nl/min) =
Q (Nm3 /h)
Fgl . Fsg
Kv (l/min) =
Q (kg/h)
Fgl
Para encontrar os coeficientes Fgl e
Fgm, utilizar o gráfico (III) de caudal dos
líquidos.
O coeficiente Fgm corresponde a uma perda
de carga de 1,5 bar e é igual a 1,25.
O coeficiente Fgl correspondente é
0,075.
Obtemos o coeficiente Fsg a partir do gráfico
I. Corresponde a uma densidade relativa
de 0,9 e é igual a 1,05.
Localizar o Fgm a partir da intersecção da
pressão de entrada 4 bar e da característica
da perda de carga ∆p=0,5 bar. Descer para
encontrar Fgm = 43,5.
O coeficiente correspondente Fgl é 2,61.
Localizar os coeficientes Fgm e Fgl nos
gráficos VIII ou IX, intersecção da pressão
de entrada 1 bar e de ∆p 0,2 bar. Descer
para encontrar:
Fgm = 13,8 e Fgl = 0,83
Marcar o Fsg correspondente à densidade
relativa do dióxido de carbono (= 1,5) no
diagrama I.
Fsg = 0,81
Aplicação numérica:
Aplicação numérica:
Aplicação numérica:
Kv =
Q (Nm3 /h)
14
=
= 0, 4 Nm3 /h
Fgm . Fsg
43, 5.0, 81
Kv =
Q (kg/h)
= 25 = 1, 8 m3 /h
Fgm
13, 8
Kv =
Q (Nm3 /h)
14
=
= 6, 62 Nl/min
Fgl . Fsg
2, 61.0, 81
Kv =
Q (kg/h)
= 25 = 30 l/min
Fgl
0, 83
−3
Kv = 60.22.10 = 1 m3 /h
1, 25.1, 05
Kv = 60.22.10 = 16, 7 l/min
0, 075.1, 05
Fórmulas para os líquidos
(S.G.)
(S.G.)N
T1
T2
Q
QN
Kv
p1
p2
∆p
(kg/m3)
(kg/m3)
(°C)
(°C)
(m3/h)
(Nm3/h)
(m3/h)
(bar)
(bar)
(bar)
Fórmulas para gases (com correcção da temperatura) (1)
: densidade relativa em relação à água (líquidos)
: densidade relativa em relação ao ar (gases)
: temperatura do fluido à entrada da válvula
: temperatura do fluido à saída da válvula
: caudal
: caudal volumétrico através da válvula
: coeficiente de caudal
: pressão à entrada da válvula
: pressão à saída da válvula
: perda de carga
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V050-2
(1)
Para o cálculo do caudal volumétrico QN é necessário:
- o KV coeficiente
- a densidade (S.G.)N do fluido
- a perda de carga ∆p através da válvula
- a pressão do fluido p2 depois da válvula
- a temperatura do fluido T1 antes da válvula
00011PT-2006/R01
−3
Caudal - DADOS TÉCNICOS
Gráfico II: Determinação do coeficiente Ft de correcção de temperatura
A
coeficiente Ft
coeficiente Fsg
Gráfico I: Determinação do coeficiente Fsg
TEMPERATURA DO FLUIDO t2 (°C)
Densidade relativa (S.G.)
OUTRAS DENSIDADES
OUTRAS TEMPERATURAS
densidade relativa (para 1 bar absoluto e
Num intervalo de -7°C a +65°C a correcção de temperatura a efectuar é
muito pequena e pode ser ignorada
para as aplicações correntes
Gráfico III: Determinação dos coeficientes de caudais Fgm e Fgl para um líquido
0,48
0,42
Coeficiente Fgm (m3/h)
0,36
0,30
0,24
0,18
0,12
0,06
0,03
00011PT-2006/R01
Coeficiente Fgl (l/min)
0,54
0
Perda de carga ∆p (bar)
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V050-3
Caudal - DADOS TÉCNICOS
Gráfico IV: Determinação dos coeficientes de caudais Fgm e Fgl para ar ou gás
Pressão de entrada de 0,01 a 0,1 bar (manométrica)
Perda de carga ∆p (bar)
Não ler abaixo desta curva de limite
Coeficiente Fgm (m3/h)
0,17
0,18
0,21
0,24
0,27
0,30
0,36
0,42
0,48
0,54
Coeficiente Fgl (l/min)
Pressão de entrada de 0,1 a 1 bar (manométrica)
Gráfico V: Determinação dos coeficientes de caudais Fgm e Fgl para ar ou gás
Perda de carga ∆p (bar)
Coeficiente Fgm (m3/h)
0,24
0,30
0,36
0,42
0,48
0,54
0,6
0,66
0,72
1,08
1,56
0,84
0,96
1,2
1,32
1,8
2,04
1,92
1,44
1,68
0,9
1,26
1,38
1,62
0,78
1,14
1,74
1,98
1,02
1,86
2,1
1,5
Coeficiente Fgl (l/min)
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V050-4
00011PT-2006/R01
Não ler abaixo desta curva de limite
Caudal - DADOS TÉCNICOS
Gráfico VI: Determinação dos coeficientes de caudais Fgm e Fgl para ar ou gás
Pressão de entrada de 1 a 10 bar (manométrica)
Perda de carga ∆p (bar)
A
Não ler abaixo desta curva de limite
0,6
1,8
1,2
3,0
2,4
3,6
4,2
4,8
5,4
6
6,6
7,8
7,2
8,4
9
Coeficiente Fgm (m3/h)
9,6
1,02
1,08
Coeficiente Fgl (l/min)
Pressão de entrada de 10 a 100 bar (manométrica)
Gráfico VII : Determinação dos coeficientes de caudal Fgm e Fgl para ar ou gás
Perda de carga ∆p (bar)
00011PT-2006/R01
Não ler abaixo desta curva de limite
Coeficiente Fgm (m3/h)
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
78
84
90
96
102
Coeficiente Fgl (l/min)
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V050-5
Caudal - DADOS TÉCNICOS
Pressão de entrada de 0,1 a 1 bar (manométrica)
Gráfico VIII: Determinação dos coeficientes de caudais Fgm e Fgl para o vapor
Perda de carga ∆p (bar)
Não ler abaixo desta curva de limite
0,18
0,3
0,54
0,42
0,66
0,9
0,78
0,72
0,24
0,36
0,48 0,6
0,84
0,96
1,02
1,08
1,14
1,2
1,26
1,32
1,38
Coeficiente Fgm (m3/h)
1,44
1,5
1,56
1,62
1,68
Coeficiente Fgl (l/min)
Pressão de entrada de 1 a 10 bar (manométrca)
Gráfico IX: Determinação dos coeficientes de caudais Fgm e Fgl para o vapor
Perda de carga ∆p (bar)
Não ler abaixo desta curva de limite
0
0,6
1,2
1,8
2,4
3,0
3,6
4,2
4,8
5,4
6,0
6,6
Coeficiente Fgm (m3/h)
7,2
7,8
8,4
9,6
Coeficiente Fgl (l/min)
Pressão de entrada de 10 a 100 bar (manométrica)
Gráfico X : Determinação dos coeficientes de caudal Fgm e Fgl para o vapor
Perda de carga ∆p (bar)
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
Coeficiente Fgm (m3/h)
66
72
78
84
Coeficiente Fgl (l/min)
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V050-6
00011PT-2006/R01
Não ler abaixo desta curva de limite
Caudal - DADOS TÉCNICOS
OUTRAS FÓRMULAS DE CAUDAL E
OUTROS DADOS FÍSICOS
Definição do coeficiente de caudal Kv
(ou Cv)
O coeficiente de caudal de uma válvula Kv
(ou Cv) é o caudal de água (densidade de
1) expressa em unidades de volume "A"
por unidade de tempo "B". Este caudal
atravessará uma válvula tendo uma per-da
de carga igual à unidade de pressão "C".
(ver quadro abaixo)
A
Tabela de conversão Kv e Cv
unidades
símbolo
fórmulas de conversão
tempo "B"
pressão "C"
litro
min.
bar
Kvl
metro cúbico
hora
bar
Kv
0,06 Kvl = 1,04
Cve = 0,865 Cv
galão GB
min.
psi
Cve
0,058 Kvl = 0,i63
Kv
= 0,833 Cv
galão US
min.
psi
Cv
0,069 Kvl = 1,6
Kv
= 1,2
Cálculos de caudal
Informações gerais: Os valores de perda de
carga que não figuram nas curvas podem ser
determinadas por interpolação nos gráficos.
Todavia, podem-se obter resultados mais
precisos para o cálculo dos valores desejados, e tal graças às fórmulas seguintes
(sobre as quais estão baseados os gráficos
de caudal):
p1 = pressão absoluta de entrada (bar)
= pressão manométrica + pressão
atmosférica igual a 1,013 bar
p2 = pressão absoluta de saída (bar) =
pressão manométrica + pressão
atmosférica igual a 1,013 bar
∆p = p1 - p2 = perda de carga através da
válvula (bar)
t = 0°C
Nota: Na maior parte dos sistemas, convém
manter a perda de carga a um nível mínimo.
Se necessário - no caso de líquidos - a perda
de carga pode ser igual à pressão total de
entrada (manométrica). O caso é igual para
o ar, os gases e o vapor sendo a pressão de
entrada (manométrica) de 1,013 bar. Todavia
para estes fluidos, não é preciso utilizar um
∆p superior a 50 % da pressão de entrada
absoluta de modo a evitar as perdas de carga
excessivas que correm o risco de provocar um
caudal irregular. Se o ∆p não é especificado e
se esta informação é necessária para poder
dimensionar a válvula, pode-se rapidamente
calcular a perda de carga tomando 10 % da
pressão de entrada.
Líquidos
Fgm = ∆p
(m3 /h)
e
Fgl = 0, 06 ∆p
(l/min)
Exemplo: para ∆p = 1,7 bar, teremos:
Fgm = 1,3 (m3/h) e Fgl = 0,08 (l/min)
Nota: Se a viscosidade do fluido é superior a
300 SSU (cerca de 9°E), o valor do coeficiente
de caudal Kv deve ser modificado, consultar.
16,7
Ar e Gás
Fgm = 18, 9 ∆p (2p1 − ∆p) (m³/h)
Fgl = 1, 13 ∆p (2p1 − ∆p) (l/min)
Exemplo: ∆p = 0,4 bar;
p1 = 3 bar relativos ou
4,013 bar absolutos.
Cálculo:
Fgm = 18, 9 0, 4(8, 026 − 0, 4) = 33 m3 /h
Fgl = 1, 13 0, 4(8, 026 − 0, 4) = 1, 97 l/min
Nota: As fórmulas para os gases só se aplicam com precisão para uma temperatura
do fluído de 20°C (neste catálogo, o metro
cúbico standard Nm3 foi definido para 20°C
e 1,013 bar absoluto).
A temperatura diferente t2 (°C) - ver gráfico
II - o valor do coeficiente do caudal Kv1 deve
ser modificado com a ajuda do coeficiente
corrector seguinte:
Ft =
293
273 + t 2
Densidade de certos líquidos a 20°C
(em relação à água 4°C)
Álcool etílico
Benzeno
Tetracloreto de carbono
Óleo de rícino
Fuel n° 1
Fuel n° 2
Fuel n° 3
Fuel n° 4
Fuel n° 5
Fuel n° 6
Gasolina
Glicerina
Óleo de linhaça
Azeite
Terebintina
Água
0,79
0,88
1,589
0,95
0,83
0,84
0,89
0,91
0,95
0,99
0,75 a 0,78
1,26
0,94
0,98
0,862
1,000
Kv = 17,3
Cve = 14,4
Cv
Cve
Vapores (p.ex. refrigerantes)
Para o vapor:
Fgm = 15, 83 ∆p(2P1 − ∆P) (m³/h)
Fgl = 0, 95 ∆p(2P1 − ∆P) (l/min)
Exemplo: ∆p = 7 bar,
p1 = 40 bar ou
41,013 bar abs.
Cálculo:
Fgm = 15, 83 7(82, 026 − 7) = 363 m /h
3
Fgl = 0, 95 7(82, 026 − 7) = 21, 8 l/ min
Nota 1: As fórmulas que se aplicam ao vapor
são relativas ao vapor saturado. Para o vapor
sobreaquecido, será necessário aplicar um
coeficiente corrector. Neste caso, consultar
a ASCO/JOUCOMATIC.
Nota 2: Para outros vapores (como por
exemplo o fréon), é necessário utilizar
outros coeficientes.
Densidade de certos gases (para uma
temperatura de 20°C, à pressão atmosférica e em relação ao ar)
Acetileno
Ar
Amoníaco
Butano
Dióxido de carbono
Cloro
Etano
Cloreto de etileno
Hélio
Metano
Cloreto de metileno
Azoto
Oxigénio
Propano
Dióxido de enxofre
0,91
1,000
0,596
2,067
1,53
2,486
1,05
2,26
0,138
0,554
1,785
0,971
1,105
1,56
2,264
O coeficiente de caudal real é Kv = Kv1
2
Ft
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