INFORMAZIONI TECNICHE dati relativi alla portata calcolo del coefficiente di portata e del diametro di passaggio Importanza delle dimensioni delle valvole La scelta della dimensione delle valvole è molto importante. La scelta di una valvola troppo grande o troppo piccola si ripercuoterà negativamente sul funzionamento del sistema. Il sottodimensionamento di una valvola può comportare : 1) la riduzione della portata voluta 2) la vaporizzazione dei liquidi in uscita dalla valvola ) la diminuzione della pressione in uscita 4) un importante perdita di carico nelle tubazioni Il sovradimensionamento di una valvola può comportare: 1) costi inutili nell impianto sovradimensionato 2) una portata variabile attraverso la valvola oppure un comando irregolare della portata ) la riduzione della durata di certe valvole a causa delle oscillazioni delle parti interne quando la portata non è in grado di mantenere le pressioni differenziali interne richieste 4) un funzionamento irregolare di alcuni pezzi tali come guasti al cambio di posizione a causa della mancanza di portata richiesta nelle valvole a e 4 vie 5) erosione o trafilamento delle sedi in alcuni pezzi poiché essi funzionano a posizione quasi chiusa Definizione del coefficiente di portata Kv Il coefficiente di portata Kv in m /h o in l/ min corrisponde a una portata volumetrica sperimentale (capacità) ottenuta in una valvola per la quale, per una corsa specifica, vengono stabilite le seguenti condizioni: - perdita di carico ammessa ( p Kv ) attraverso la valvola pari a 10 5 Pa (1bar) - impiego dell acqua come fluido controllato con temperatura compresa tra 278 K e 1 K (da 5 C a 40 C) - l unità della portata volumetrica è misurata in m /h o in l/min Il valore del coefficiente di portata Kv si ottiene mediante la seguente equazione partendo dai risultati delle prove: Kv p. ρ = pkv. ρw dove: è la portata volumetrica misurata in m /h o in l/min p Kv è la perdita di carico ammessa di 10 5 Pa (vedere sopra) p è la perdita di pressione ammessa in pascal attraverso la valvola ρ è la densità del fluido in kg/m ρw è la densità dell acqua (vedere sopra)in kg/m (secondo IEC 54) Condizioni da tenere in considerazione In linea di principio, per ogni applicazione considerata è necessario raggruppare il più elevato numero di condizioni possibile: Portata indicata in metri cubi ora (m /h) per i liquidi, in Normal metri cubi ora (Nm / h) per i gas, oppure in chilogrammi/ora (kg/h) per il vapore. uesto valore viene determinato dall utilizzatore tramite sia le informazioni riportate sulle targhette di identificazione delle apparecchiature di pompaggio, sia i diagrammi delle caldaie o ancora attraverso calcoli. Pressione in ingresso (p 1 ) - uesto valore si ottiene quando si conosce la fonte di alimentazione, oppure collocando un manometro vicino all ingresso della valvola. Pressione in uscita (p 2 ) - uesto valore può essere letto sul manometro, ma figura spesso nelle caratteristiche tecniche che riguardano la perdita di carico ammessa nel sistema. Conoscendo i valori della pressione in entrata e della perdita di carico, è molto semplice calcolare quello della pressione in uscita. Perdita di carico ( p) - Nei sistemi complessi o di grande dimensioni, si consiglia di mantenere la perdita di carico attraverso la valvola a un livello minimo. Inoltre, l utilizzatore dispone spesso delle caratteristiche tecniche riguardanti questo coefficiente. Se la valvola scarica nell atmosfera e se il fluido trasportato è un liquido, la perdita di carico corrisponde ovviamente alla pressione in entrata. uando si procede alla selezione di una valvola destinata al controllo di un gas o di vapore, è necessario tenere in considerazione, per esprimere la perdita di carico utilizzata nelle formule, il 50% della pressione in entrata (comunemente chiamata perdita di carico critica). In tutti gli altri casi, la perdita di carico corrisponderà alla differenza tra i valori della pressione in entrata e in uscita. Nota: Spesso è difficile comprendere il significato di pressione differenziale minima di funzionamento (vedere pagina V10). Il funzionamento di alcune elettrovalvole servoassistite è garantito da una pressione differenziale creata all interno della valvola. Per effettuare la misurazione di questa pressione, va considerato che essa corrisponde alla differenza tra le condizioni in ingresso e in uscita di tutta la valvola. ualora si conoscano solo i dati relativi alla portata e non le condizioni di pressione, è necessario utilizzare gli abachi o le formule per calcolare la perdita di carico. Se la perdita di carico è inferiore alla pressione differenziale necessaria, la valvola è sovradimensionata. In questo caso sarà necessario scegliere una valvola con una pressione differenziale minima di funzionamento inferiore oppure selezionare una valvola di dimensione inferiore con un minore coefficiente di portata Kv. Le formule richieste per determinare il coefficiente di portata Kv sono abbastanza complicate: per questo motivo la ASCO/ JUCOMATIC ha preparato una serie di abachi di portata per rendere meno difficile questa operazione. Il calcolo di portata per un fluido è stato quindi ricondotto a una formula di base: Portata di richiesta: Kv = --------------------- Coefficiente: F gm, F, F gl I coefficienti F gm, F, F gl, possono essere facilmente ottenuti riportando i parametri conosciuti per ogni applicazione negli abachi da I a X contenuti nelle pagine seguenti (vedere esempi di calcolo nella pagina successiva). Le tabelle sotto riportate consentono di determinare il coefficiente di portata Kv qualora si conosca il diametro di passaggio approssimativo, o viceversa. I valori di queste tabelle si riferiscono alle caratteristiche delle valvole in linea. Per ottenere le dimensioni precise di una valvola e la conversione dei coefficienti di portata di una valvola specifica in portata reale, è necessario consultare sia gli abachi delle portate sia i valori reali dei Kv definiti nelle pagine relative a ogni prodotto. ø di passaggio appross. (mm) 0,8 1,2 1,6 2,4,2,6 4,8 6,4 8 9 Kv appross. (m /h) (l/min) 0,02 0,05 0,08 0,17 0,26 0,1 0,45 0,60 0, 0,8 1, 2,8 4, 5,17 7,50 10,0 25,0 28, ø di passaggio Kv appross. appross. (mm) (m /h) (l/min) 1,5 1,7 1 16 18 19 25 2 8 51 64 76 80 100 5 150 4 4,5 6,5 11 15 22 41 51 86 99 150 264 8 50,0 66,7 75,0 108 18 250 66 68 850 14 1650 2500 4400 675 V15-IT-R2
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE PROBLEMI CAMPIONE LIUIDI (abachi I e III) Per determinare il coefficiente di portata Kv: uale coefficiente di portata Kv è richiesto per far passare 22 litri di olio/ minuto con una densità relativa di 0,9 ed una perdita di carico di 1,5 bar? La viscosità è minore di 9 Engler. Soluzione: La formula sarà: Kv (m /h) = F Kv (l/min) = F gm gl (m /h). F (m /h). F Per trovare Fg, usare l Abaco Portata Liquido. Il coefficiente Fgm è quello che corrisponde ad una perdita di carico di 1,5 bar ed è uguale a 1,25. Il coefficiente Fg1 è 0,075. Il coefficiente F si ottiene dalla tabella F ed è quello che corrisponde alla densità relativa di 0.09 ed è uguale a 1,05. Inserire i valori nella formula: ARIA E GAS (abachi I e dal IV al VII) Per determinare il coefficiente di portata Kv: Si vuole trovare una valvola che controlli 14Nm /h a una pressione in ingresso di 4 bar e con una perdita di carico (Dp) di 0,5bar. Trovare il coefficiente di portata Kv se il fluido è anidride carbonica. Soluzione: Far riferimento all abaco 1-10 bar. La formula utilizzata sarà: (Nm /h) Kv (Nm /h) = F. F gm gl (Nm /h) Kv (Nl/min) = F. F Trovare Fgm a partire dall intersezione della pressione in ingresso 4 bar e con la caratteristica di perdita di carico p=0,5 bar (curva lunga). Scendere per trovare Fgm = 4,5. Il coefficiente Fgl corrispondente è 2,61 Trovare il coefficiente F corrispondente alla densità dell anidride carbonica (= 1,5) sulla tabella F. F = 0,81. Inserire i valori nella formula: VAPORE (abachi VIII - X) Per determinare il coefficiente di portata Kv: Si vuole trovare una valvola che controlli 25 kg/h di vapore saturo a una pressione in ingresso di 1 bar e un p pari a 0,2 bar. ual è il coefficiente di portata Kv? Soluzione: Attenersi agli abachi corrispondenti al vapore: Usare la formula: (kg/h) Kv (m /h) = F gm (kg/h) Kv (l/min) = F gl Trovare Fg sull abaco corrispondente alla pressione in ingresso di 1 bar e una p=0,2 bar (curva lunga). Fgm = 1,8 e il Fgl = 0,8 Inserire i valori nella formula: Kv = 60. 22. 10 = 1 5105,., m/h (Nm /h) Kv = = 14 =, F. F 4, 5. 0, 81 04 gm Nm /h (kg/h) Kv = = 25 = 18, 1, 8 F gm m/h Kv = 60. 22. 10 = 16, 7 l/min 0, 075. 1, 05 (Nm /h) Kv = = 14 =, F. F 261081,., 662 gl Nl/min (kg/h) Kv = = 25 = 0 08, F gl l/min Formule per i liquidi Formule per i gas (con correzione della temperatura) (m /h) = Kv p SG.. (Nm /h) = Kv. 18, 9 p( 2P1 p) 29 ( SG..) ( 27 + t ) 2 (dm /min) = Kv1 p SG.. (Ndm /h) = Kv. 18, 9 p( 2P1 p) 29 ( SG..) ( 27 + t ) 2 S.G. : densità relativa rispetto all acqua (liquidi) e all aria (gas) t 2 : temperatura del fluido (in C) V15-2
INFORMAZIONI TECNICHE SEZIONE Abaco I : Determinazione del coefficiente F Abaco II : Determinazione del coefficiente Ft di correzione della temperatura Coefficiente F Coefficiente Ft ALTRE DENSITA Densità relativa (S.G.) densità relativa (per 1 bar assoluto e 15 C) ALTRE TEMPERATURE TEMPERATURA DEL FLUIDO t 2 ( C) In un intervallo da -7 C a +65 C la correzione della temperatura da eseguire è molto piccola e può essere ignorata per applicazioni comuni. Abaco III : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per i liquidi 0,54 0,48 0,42 Coefficiente Fgm (m /h) 0,6 0,0 0,24 0,18 0, 0,06 0,0 0 V15-
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE Abaco IV : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per aria/gas Pressione in ingresso da 0,01 a 0,1 bar (manometrico) Coefficiente Fgm (m /h) 0,17 0,18 0,21 0,24 0,27 0,0 0,6 0,42 0,48 0,54 Abaco V : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per aria/gas Pressione in ingresso da 0,1 a 1 bar (manometrico) Curva limitatrice di portata Non V15-4 Coefficiente Fgm (m /h) 0,24 0,0 0,6 0,42 0,48 0,6 0,72 0,84 0,96 1,08 1,2 1,2 1,44 1,56 1,68 1,8 1,92 2,04 0,54 0,66 0,78 0,9 1,02 1,14 1,26 1,8 1,5 1,62 1,74 1,86 1,98 2,1
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE Abaco VI : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per aria/gas Pressione in ingresso da 1 a 10 bar (manometrico) 0,6 1,2 1,8 2,4,0 Coefficiente Fgm (m /h),6 4,2 4,8 5,4 6 6,6 7,2 7,8 8,4 9 9,6 1,02 1,08 Abaco VII : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per aria/gas Pressione in ingresso da 10 a 100 bar (manometrico) 0 6 18 24 Coefficiente Fgm (m /h) 0 6 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 V15-5
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE Abaco VIII : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per il vapore Pressione in ingresso da 0,1 a 1 bar (manometrico) Coefficiente Fgm (m /h) 0,18 0, 0,42 0,54 0,66 0,78 0,9 1,02 1,08 1,14 1,2 1,26 1,2 1,8 1,44 1,5 1,56 1,62 1,68 0,24 0,6 0,48 0,6 0,72 0,84 0,96 Abaco IX : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per il vapore Pressione in ingresso da 1 a 10 bar (manometrico) 0 0,6 1,2 1,8 2,4,0,6 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 Coefficiente Fgm (m /h) 7,2 7,8 8,4 9,6 Abaco X : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per il vapore Pressione in ingresso da 10 a 100 bar (manometrico) 0 6 18 24 0 V15-6 6 42 Curva limitatrice di portata Non 48 54 60 Coefficiente Fgm (m /h) 66 72 78 84
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE ALTRE FORMULE DI PORTATA E ALTRI DATI FISICI Definizione del coefficiente di portata Kv- (o Cv-) Il coefficiente di portata della valvola Kv (o Cv) è la portata dell acqua (densità relativa = 1), espresse in unità di volume A per unità di tempo B, che passeranno attraverso una valvola con una perdita di carico pari all unità di pressione C. (Vedere la tabella in basso) Tabella di conversione Kv e Cv unità volume A tempo B press. C litro min. bar metro cubo ora bar gallone GB min. psi gallone US min. psi simboli Kvl Kv Cve Cv formule di conversione 16,7 Kv = 17, Cve = 14,4 Cv 0,06 Kvl = 1,04 Cve = 0,865 Cv 0,058 Kvl = 0,96 Kv = 0,8 Cv 0,069 Kvl = 1,16 Kv = 1,2 Cve Calcolo della portata In generale: I valori di perdita di carico che non sono mostrati in nessuna curva, possono essere determinati mediante l interpolazione nei grafici. Tuttavia, risultati più precisi si possono ottenere per il calcolo dei valori richiesti usando le seguenti equazioni (sulle quali si basano i grafici della portata): p 1 = pressione assoluta in ingresso (bar) = più 1,01 bar di pressione atmosferica p 2 = pressione assoluta di uscita (bar) = più 1,01 bar di pressione atmosferica p = p 1 - p 2 = perdita di carico attraverso la valvola (bar) t = 0 C Nota: Nella maggior parte dei sistemi è preferibile mantenere la perdita di carico al minimo. Se necessario - nel caso dei liquidi - la perdita di carico può essere pari alla pressione totale in ingresso (manometrica). uesto è valido anche per l aria, gas e vapore fino alla pressione in ingresso di 1,01 bar (manometrica), ma per questi fluidi non utilizzare mai un p superiore al 50 % della pressione in entrata assoluta, in modo da evitare eccessive perdite di carico che potrebbero provocare una portata irregolare. ualora il Dp non sia specificato e questa informazione non sia necessaria per il dimensionamento della valvola, è possibile calcolare rapidamente la perdita di carico diminuendo del 10% la pressione in entrata. Liquidi Fgm = p (m /h) e Fgl = 006, p (l/min) Esempio: per p = 1,7 bar, si avrà Fgm = 1, (m /h) e Fgl = 0,08 (l/min) Nota: se la viscosità media del fluido è maggiore di 00 SSU (appross. 9 E), il valore del coefficiente Kv deve essere regolato. In questo caso, consultare il proprio fornitore ASCO/JOUCOMATIC. Aria e Gas Fgm = 18, 9 p ( 2p 1 p) (m /h) Fgl = 11, p ( 2p 1 p) (l/min) Esempio: p = 0,4 bar; p 1 = bar manometrico o 4,01 bar assoluto. Calcolo : F gm = 18, 9 0, 4( 8, 026 0, 4) = m/h F gl = 1, 1 0, 4( 8, 026 0, 4) = 1, 97 l/min Nota: Le formule relative al gas vengono applicate con precisione solo nel caso di una temperatura del fluido di 20 (nell ambito del presente catalogo, il metro cubo standard Nm è stato definito per 20 C e 1,01 bar assoluto o 760 mm di mercurio). A una temperatura diversa (= t 2 C) il valore del coefficiente di portata Kv 1 -deve essere modificato mediante il seguente coefficiente di correzione: F = 29 t 27 + t2 Densità di alcuni liquidi a 20 C (rispetto all acqua a 4 C) Alcool etilico 0,79 Benzene 0,88 Tetracloruro di carbonio 1,589 Olio di ricino 0,95 Olio combustibile no. 1 0,8 Olio combustibile no. 2 0,84 Olio combustibile no. 0,89 Olio combustibile no. 4 0,91 Olio combustibile no. 5 0,95 Olio combustibile no. 6 0,99 Benzina da 0,75 a 0,78 Glicerina 1,26 Olio di lino 0,94 Olio di oliva 0,98 Trementina 0,862 Acqua 1,000 Il coefficiente di portata reale sarà: Kv Kv = 2 F t 1 Vapore e vapori (es. refrigeranti) Per vapore: F = 15 gm, 8 p( 2 P 1 P) (m /h) Fgl = 095, p( 2P 1 P) (l/min) Esempio: P = 7 bar, P 1 = 40 bar o 41,01 bar ass. Calcolo : F gm = 15,8 7( 82, 026 7) = 6 m /h F gl = 0, 95 7( 82, 026 7) = 21,8 l/ min Nota 1: Le formule che si applicano al vapore riguardano il vapore saturo. Nel caso del vapore surriscaldato, sarà necessario applicare un coefficiente correttore. In questo caso, consultare la ASCO/ JOUCOMATIC. Nota 2: Per altri vapori (come ad es. il freon) si renderà necessario l impiego di altri coefficienti. Densità di alcuni gas (per una temperatura di 20 C, alla pressione atmosferica e rispetto all aria) Acetilene 0,91 Aria 1,000 Ammoniaca 0,596 Butano 2,067 Anidride carbonica 1,5 Cloruro 2,486 Etano 1,05 Cloruro di etilene 2,26 Elio 0,18 Metano 0,554 Cloruro di metilene 1,785 Azoto 0,971 Ossigeno 1,105 Propano 1,56 Biossido di zolfo 2,264 V15-7
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE V15-8