Coeficiente de caudal

Δ p, , ρ	: Pérdida de presión, Flujo de volumen y Densidad en el punto de servicio del componente
Δ po, o, ρo	: Pérdida de presión, Flujo de volumen y Densidad en el punto de referencia del componente

El fabricante de válvulas Mason-Neilan (MA, USA) introdujo en los años 40 el coeficiente de caudal cv. En los años 50 se representó como valor kv (es decir valor kvs para recorrido nominal) en el sistema métrico [Früh 1957]. Los coeficientes de caudal cv y kv determinan el punto de referencia de una válvula. Se selecciona el agua como medio de referencia [VDI/VDE 2173-2007 página 8].

kv	: o = kv [m³/h]	@   Δpo = 1 [bar]
cv,us	: o = cv,us [USgal/min]	@   Δpo = 1 [psi]		≡		o[m³/h] = 0.2271 cv,us [USgal/min]	@   Δpo = 0.0689 [bar]
cv,uk	: o = cv,uk [UKgal/min]	@   Δpo = 1 [psi]		≡		o[m³/h] = 0.2728 cv,uk [UKgal/min]	@   Δpo = 0.0689 [bar]

Después de resolver la ecuación (1) para se obtiene la relación entre k_v y c_v   (ρ/ρ_o=1):

Ecuación (1) se deriva de ecuación (2). Ecuación (2) es una estimación general para la pérdida de carga de tuberías y componentes en analogía con la fórmula Darcy-Weisbach :

K	: Coeficiente de resistencia (Factor de fricción) sin dimensiones del componente. Aquí K = constante.
v	: Velocidad media en el sección transversal característica
A	: Sección transversal característica
d	: Diámetro interior de la sección transversal característica. Para válvulas en general es el diámetro nominal DN.

El coeficiente de resistencia se supone constante para la rango de caudal considerado aquí. Esta hipótesis es correcta para un flujo turbulento en el componente. En otros muchos casos es aceptable esta inexactitud.
Después de resolver la ecuación (3) para K y fijado A = π/4 d², se obtiene con la ecuación (5) la relación entre el coeficiente de resistencia K y el coeficiente de caudal kv:

Mediante la reducción de la presión detrás del componente, el flujo no se pierde discrecionalmente. Una disminución de la presión de vapor en el componente produce cavitatión. Primero se produce un aumento de ruido, en caso de cavitación máxima, limitación del flujo. Según [VDI/VDE 2173-2007 página 10] se cumpe para las servoválvulas:

p1: Presión absoluta en la entrada pv: Presión de vapor pc: Presión crítica (Aqua: pc=221,2 bar)

Válvula de bola : FL= 0.5-0.7 Válvula de mariposa (ángulo de apertura 60-70º)> : FL= 0.55-0.75 Válvula de control silenciosa : FL= 0.88-0.98

Hay datos detallados (también para el área no turbulenta) en [DIN EN 60534 2012].

Literatura

[DIN EN 60534 2012] DIN EN 60534-2-1: Stellventile für die Prozessregelung, Beuth-Verlag Berlin, Januar 2012

[Früh 1957] K.F.Früh: Berechnung des Durchflusses in Regelventilen mit Hilfe des kv-Koeffizienten, Regelungstechnik Heft 9; 5. Jahrgang 1957

[VDI/VDE 2173-2007] VDI/VDE 2173: Stömungstechnische Kenngrössen von Stellventilen und deren Bestimmung, Beuth-Verlag Berlin, September 2007