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Cálculo Cv de válvula de control paso a paso: Kv, flujo estrangulado y apertura
Para un líquido turbulento, sin estrangulamiento y con válvula del diámetro de la línea, la IEC 60534 se reduce a Kv = Q * sqrt(G / dP), y Cv = 1.156 * Kv. En el ejemplo, 50 m3/h con 1,2 bar piden Kv 45,6 y 15 m3/h con 2,7 bar piden Kv 9,1; una válvula isoporcentual de Kv 100 trabaja entre 38,8 % y 79,9 % de apertura.
Una válvula de control en una línea bombeada de agua debe pasar de 15 a 50 m³/h. Con las presiones que da el proceso en cada condición, vamos a hallar el Kv necesario, verificar si hay flujo estrangulado, elegir el Kv nominal y ver en qué apertura trabajará la válvula.
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Datos de proceso
Siempre se dimensiona en al menos dos condiciones: caudal máximo y mínimo, cada una con las presiones reales aguas arriba y aguas abajo. En el mínimo la bomba sube por su curva y la válvula retiene más ΔP.
Qmáx = 50 m³/h · P1 = 6,0 · P2 = 4,8 bar(g)
Qmín = 15 m³/h · P1 = 6,8 · P2 = 4,1 bar(g)
Fórmulas en texto
- Kv necesario (líquido, IEC 60534 simplificada)
Kv = Q * sqrt(G / dP) ; Cv = 1.156 * Kv- Kv = coeficiente de caudal (m3/h con 1 bar de caída) · Cv = coeficiente de caudal (gpm estadounidense con 1 psi de caída) · Q = caudal (m3/h) · G = densidad relativa al agua (-) · dP = P1 - P2 en la válvula (bar)
- Límite de flujo estrangulado
dP_crit = FL^2 * (P1 - FF * Pv), FF = 0.96 - 0.28 * sqrt(Pv / Pc)- FL = factor de recuperación de presión del líquido (-) · FF = factor de relación de presión crítica del líquido (-) · P1 = presión absoluta aguas arriba (bar a) · Pv = presión de vapor (bar a) · Pc = presión crítica del líquido (bar a) · si dP >= dP_crit, se dimensiona con dP_crit
- Característica isoporcentual
Kv(x) = Kv100 * R^(x - 1)- x = carrera de la válvula (fracción de 0 a 1) · Kv100 = Kv nominal con la válvula totalmente abierta · R = rangeabilidad (50 en el ejemplo)
- Apertura para un Kv necesario
x = 1 + ln(Kv / Kv100) / ln(R)- meta: cerca de 20 % <= x <= 90 % en Qmín y Qmáx
Preguntas frecuentes
¿Cómo convertir Kv a Cv?
Cv = 1,156 * Kv, y Kv = 0,865 * Cv. Kv es el caudal de agua en m3/h con 1 bar de caída; Cv es el caudal en galones estadounidenses por minuto con 1 psi de caída.
¿Qué es el flujo estrangulado en una válvula de control?
Cuando la presión en la vena contracta baja hasta la presión de vapor, el líquido se vaporiza y el caudal deja de crecer con el dP. La IEC 60534 fija el límite dP_crit = FL^2 * (P1 - FF * Pv); en el ejemplo el dP queda muy por debajo en las dos condiciones.
¿En qué apertura debe trabajar una válvula de control?
Una regla usual es quedar entre cerca del 20 % y el 90 % de carrera, del caudal mínimo al máximo. Casi cerrada es inestable y se erosiona; totalmente abierta, pierde autoridad para subir el caudal.
¿Por qué dimensionar la válvula en dos condiciones?
El dP disponible cambia con el caudal: en el mínimo la bomba sube por su curva y la válvula retiene más caída. Verificar Qmáx y Qmín con sus presiones reales asegura que el Kv elegido controle en ambos extremos.