12
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
3) 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
3) 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 3 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 m3/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 105 Pa (1bar)
- impiego dell’acqua come fluido
controllato con temperatura compresa
tra 278 K e 313 K (da 5°C a 40°C)
- l’unità della portata volumetrica è
misurata in m3/h o in l/min
Il valore del coefficiente di portata Kv si
ottiene mediante la seguente equazione
partendo dai risultati delle prove:
Kv = Q
∆pKv . ρ
∆p . ρw
dove:
Q
è la portata volumetrica misurata in
m3/h o in l/min
∆p Kv è la perdita di carico ammessa di
105Pa (vedere sopra)
∆p è la perdita di pressione ammessa
in pascal attraverso la valvola
ρ
è la densità del fluido in kg/m3
ρw è la densità dell’acqua (vedere
sopra)in kg/m3 (secondo IEC 534)
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 (m3/h)
per i liquidi, in Normal metri cubi ora (Nm3/
h) per i gas, oppure in chilogrammi/ora
(kg/h) per il vapore. Questo 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 (p1) - Questo valore si
ottiene quando si conosce la fonte di
alimentazione, oppure collocando un
manometro vicino all’ingresso della valvola.
Pressione in uscita (p2) - Questo 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.
Quando 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
V1210).
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. Qualora 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: Q
Kv = --------------------Coefficiente: Fgm, Fsg, Fgl
I coefficienti Fgm, Fsg, Fgl, 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 Kv appross.
appross.
(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
9
1,7
ø di
passaggio Kv appross.
appross.
(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
25,0
28,3
Consultare la nostra documentazione su : www.ascojoucomatic.it
V1215-IT-R2
12
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE 12
PROBLEMI CAMPIONE
LIQUIDI (abachi I e III)
ARIA E GAS (abachi I e dal IV al VII)
VAPORE (abachi VIII - X)
Per determinare il coefficiente di portata
Kv: Quale 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?
Per determinare il coefficiente di portata
Kv: Si vuole trovare una valvola che
controlli 14Nm3/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.
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.
Qual è il coefficiente di portata Kv ?
Soluzione: Far riferimento all’abaco
1-10 bar.
La formula utilizzata sarà:
Soluzione: Attenersi agli abachi
corrispondenti al vapore:
Usare la formula:
La viscosità è minore di 9° Engler.
Soluzione: La formula sarà:
Kv (m3 /h) =
3
Q (m /h)
Fgm . Fsg
3
Q (m /h)
Kv (l/min) =
Fgl . Fsg
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.
Kv (Nm3 /h) =
Q (Nm3 /h)
Fgm . Fsg
Kv (Nl/min) =
Q (Nm3 /h)
Fgl . Fsg
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 = 43,5.
Il coefficiente Fgl corrispondente è 2,61
Kv (m3 /h) =
Q (kg/h)
Fgm
Kv (l/min) =
Q (kg/h)
Fgl
Trovare Fg sull’abaco corrispondente alla
pressione in ingresso di 1 bar e una
∆p=0,2 bar (curva lunga).
Fgm = 13,8 e il Fgl = 0,83
Il coefficiente Fsg si ottiene dalla tabella
Fsg ed è quello che corrisponde alla
densità relativa di 0.09 ed è uguale a 1,05.
Trovare il coefficiente Fsg corrispondente
alla densità dell’anidride carbonica
(= 1,5) sulla tabella Fsg.
Fsg = 0,81.
Inserire i valori nella formula:
Inserire i valori nella formula:
−3
Kv = 60.22.10 = 1 m3 /h
1, 25.1, 05
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
−3
Kv = 60.22.10 = 16, 7 l/min
0, 075.1, 05
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
Formule per i liquidi
Q (m3 /h) = Kv
∆p
S.G.
Q (dm3 /min) = Kv1
Formule per i gas (con correzione della temperatura)
Q (Nm3 /h) = Kv.18, 9
∆p
S.G.
Q (Ndm3 /h) = Kv.18, 9
S.G. : densità relativa rispetto all’acqua (liquidi) e all’aria (gas)
t2 : temperatura del fluido (in °C)
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V1215-2
Inserire i valori nella formula:
∆p(2P1 − ∆p)
⋅ 293
(S.G.)
(273 + t 2 )
∆p(2P1 − ∆p)
⋅ 293
(S.G.)
(273 + t 2 )
INFORMAZIONI TECNICHE SEZIONE 12
Abaco II : Determinazione del coefficiente Ft di correzione della temperatura
Coefficiente Ft
Coefficiente Fsg
Abaco I : Determinazione del coefficiente Fsg
TEMPERATURA DEL FLUIDO t2 (°C)
Densità relativa (S.G.)
ALTRE TEMPERATURE
ALTRE DENSITA’
densità relativa (per 1 bar assoluto e 15°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
0,48
0,42
Coefficiente Fgm (m3/h)
Coefficiente Fgl (l/min)
0,54
0,36
0,30
0,24
0,18
0,12
0,06
0,03
0
Perdita di carico ∆p (bar)
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V1215-3
12
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE 12
Abaco IV : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per aria/gas
Pressione in ingresso da 0,01 a 0,1 bar (manometrico)
Perdita di carico ∆p (bar)
Curva limitatrice di portata - Non
leggere oltre questa curva
Coefficiente Fgm (m3/h)
0,17
0,18
0,21
0,24
0,27
0,30
0,42
0,36
0,48
0,54
Coefficiente Fgl (l/min)
Abaco V : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per aria/gas
Pressione in ingresso da 0,1 a 1 bar (manometrico)
Perdita di carico ∆p (bar)
Curva limitatrice di portata – Non
leggere oltre questa curva
Coefficiente Fgm (m3/h)
0,24
0,30
0,36
0,42
0,48
0,54
0,6
0,66
0,72
0,78
0,84
0,9
0,96
1,02
1,08
1,14
1,2
1,26
1,32
1,38
1,44
1,5
1,56
1,62
1,68
1,74
1,8
1,86
1,92
1,98
2,04
2,1
Coefficiente Fgl (l/min)
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V1215-4
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE 12
Abaco VI : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per aria/gas
Pressione in ingresso da 1 a 10 bar (manometrico)
Perdita di carico ∆p (bar)
Curva limitatrice di portata - Non
leggere oltre questa curva
Coefficiente Fgm (m3/h)
0,6
1,8
1,2
3,0
2,4
3,6
4,2
4,8
5,4
6
7,8
7,2
6,6
8,4
9,6
9
1,02
1,08
Coefficiente Fgl (l/min)
Pressione in ingresso da 10 a 100 bar (manometrico)
Abaco VII : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per aria/gas
Perdita di carico ∆p (bar)
Curva limitatrice di portata - Non
leggere oltre questa curva
Coefficiente Fgm (m3/h)
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
78
84
90
96
102
Coefficiente Fgl (l/min)
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V1215-5
12
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE 12
Pressione in ingresso da 0,1 a 1 bar (manometrico)
Abaco VIII : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per il vapore
Perdita di carico ∆p (bar)
Curva limitatrice di portata - Non
leggere oltre questa curva
Coefficiente Fgm (m3/h)
0,18
0,24
0,3
0,36
0,42
0,54
0,66
0,78
0,9
0,72
0,48
0,6
0,84
0,96
1,02
1,08
1,14
1,2
1,26
1,32
1,38
1,44
1,5
1,56
1,62
1,68
Coefficiente Fgl (l/min)
Pressione in ingresso da 1 a 10 bar (manometrico)
Abaco IX : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per il vapore
Perdita di carico ∆p (bar)
Curva limitatrice di portata - Non
leggere oltre questa curva
Coefficiente Fgm (m3/h)
0
0,6
1,2
1,8
2,4
3,0
3,6
4,2
4,8
5,4
6,0
6,6
7,2
7,8
8,4
9,6
Coefficiente Fgl (l/min)
Perdita di carico ∆p (bar)
Pressione in ingresso da 10 a 100 bar (manometrico)
Abaco X : Determinazione dei coefficienti di portata Fgm e Fgl per il vapore
Curva limitatrice di portata – Non
leggere oltre questa curva
Coefficiente Fgm (m3/h)
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
78
84
Coefficiente Fgl (l/min)
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V1215-6
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE 12
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
volume “A”
litro
metro cubo
gallone GB
gallone US
unità
tempo “B”
min.
ora
min.
min.
simboli
press. “C”
bar
bar
psi
psi
Kvl
Kv
Cve
Cv
formule di conversione
16,7 Kv
0,06 Kvl
0,058 Kvl
0,069 Kvl
=
=
=
=
17,3 Cve = 14,4
1,04 Cve = 0,865
0,963 Kv = 0,833
1,16 Kv = 1,2
Cv
Cv
Cv
Cve
Calcolo della portata
Aria e Gas
Vapore e vapori (es. refrigeranti)
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):
Fgm = 18, 9 ∆p (2p1 − ∆p) (m3/h)
Per vapore:
Fgl = 1, 13 ∆p (2p1 − ∆p) (l/min)
Fgm = 15, 83 ∆p(2P1 − ∆P) (m3/h)
p1 =
p2 =
∆p =
t
=
pressione assoluta in ingresso
(bar) = più 1,013 bar
di pressione atmosferica
pressione assoluta di uscita
(bar) = più 1,013 bar
di pressione atmosferica
p 1 - p 2 = perdita di carico
attraverso la valvola (bar)
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). Questo è valido anche
per l’aria, gas e vapore fino alla pressione
in ingresso di 1,013 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. Qualora
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
(m3 /h)
e
Fgl = 0, 06 ∆p
(l/min)
Esempio: per ∆p = 1,7 bar, si avrà Fgm =
1,3 (m3/h) e Fgl = 0,08 (l/min)
Nota: se la viscosità media del fluido è
maggiore di 300 SSU (appross. 9°E), il
valore del coefficiente Kv deve essere
regolato. In questo caso, consultare il
proprio fornitore ASCO/JOUCOMATIC.
Esempio: ∆p = 0,4 bar; p1 = 3 bar
manometrico o 4,013 bar assoluto.
Fgl = 0, 95 ∆p(2P1 − ∆P) (l/min)
Calcolo :
Esempio: ∆P = 7 bar,
P1 = 40 bar o 41,013 bar ass.
Fgm = 18, 9 0, 4(8, 026 − 0, 4) = 33 m3 /h
Calcolo :
Fgl = 1, 13 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 Nm3 è stato definito per
20°C e 1,013 bar assoluto o 760 mm di
mercurio).
A una temperatura diversa (= t2 °C) il
valore del coefficiente di portata Kv1-deve
essere modificato mediante il seguente
coefficiente di correzione:
Ft =
Fgm = 15, 83 7(82, 026 − 7) = 363 m /h
3
Fgl = 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.
293
273 + t 2
Densità di alcuni liquidi a 20°C (rispetto
all’acqua a 4°C)
Alcool etilico
Benzene
Tetracloruro di carbonio
Olio di ricino
Olio combustibile no. 1
Olio combustibile no. 2
Olio combustibile no. 3
Olio combustibile no. 4
Olio combustibile no. 5
Olio combustibile no. 6
Benzina
Glicerina
Olio di lino
Olio di oliva
Trementina
Acqua
0,79
0,88
1,589
0,95
0,83
0,84
0,89
0,91
0,95
0,99
da 0,75 a 0,78
1,26
0,94
0,98
0,862
1,000
Il coefficiente di portata reale sarà:
Kv 2 =
Kv1
Ft
Densità di alcuni gas (per una
temperatura di 20°C, alla pressione
atmosferica e rispetto all’aria)
Acetilene
Aria
Ammoniaca
Butano
Anidride carbonica
Cloruro
Etano
Cloruro di etilene
Elio
Metano
Cloruro di metilene
Azoto
Ossigeno
Propano
Biossido di zolfo
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
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V1215-7
12
CARATTERISTICHE TECNICHE SEZIONE 12
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V1215-8