Coeficiente de flujo

El coeficiente de flujo de un dispositivo es una medida relativa de su eficiencia para permitir el paso de fluidos . Describe la relación entre la caída de presión a través de una válvula de orificio u otro conjunto y el caudal correspondiente . Una mayor restricción del flujo generará una mayor caída de presión a través del dispositivo y, por lo tanto, un coeficiente de flujo menor; por el contrario, un dispositivo con poca restricción del flujo tendrá una pequeña caída de presión y un coeficiente de flujo mayor. Por ejemplo, el coeficiente de flujo de una válvula de bola de 1 pulgada puede ser de 80, mientras que el de una válvula de globo de tamaño similar en la misma aplicación puede ser de 10.

Matemáticamente, el coeficiente de flujo C _v (o capacidad de flujo nominal de la válvula) se puede expresar como

$${\displaystyle C_{\text{v}}=Q{\sqrt {\frac {\text{SG}}{\Delta P}}},}$$

dónde,

Q es el caudal (expresado en galones estadounidenses por minuto),

SG es la gravedad específica del fluido (para el agua = 1),

Δ P es la caída de presión a través de la válvula (expresada en psi).

En términos más prácticos, el coeficiente de flujo C _v es el volumen (en galones estadounidenses) de agua a 60 °F (16 °C) que fluirá por minuto a través de una válvula con una caída de presión de 1 psi (6,9 kPa) a través de la válvula.

El uso del coeficiente de flujo ofrece un método estándar para comparar capacidades de válvulas y dimensionar válvulas para aplicaciones específicas, ampliamente aceptado por la industria. La definición general del coeficiente de flujo se puede ampliar en ecuaciones que modelan el flujo de líquidos, gases y vapor utilizando el coeficiente de descarga .

Para el flujo de gas en un sistema neumático, se puede utilizar el C _{v para el mismo conjunto con una ecuación más compleja.} ^{[ 1 ] [ 2 ]} Se deben utilizar presiones absolutas (psia) para el gas en lugar de simplemente presión diferencial.

Para el flujo de aire a temperatura ambiente , cuando la presión de salida es menor que la mitad de la presión absoluta de entrada, el flujo se vuelve bastante simple (aunque alcanza la velocidad del sonido internamente). Con C _v = 1,0 y una presión de entrada de 200 psia, el flujo es de 100 pies cúbicos estándar por minuto (scfm). El flujo es proporcional a la presión absoluta de entrada, por lo que el flujo en scfm sería igual al coeficiente de flujo C _v si la presión de entrada se redujera a 2 psia y la salida se conectara a un vacío con una presión absoluta menor a 1 psi (1,0 scfm cuando C _v = 1,0, entrada de 2 psia).

El factor de flujo _equivalente métrico ( Kv ) se calcula utilizando unidades métricas:

$${\displaystyle K_{\text{v}}=Q{\sqrt {\frac {\text{SG}}{\Delta P}}},}$$

donde, ^{[ 3 ]}

K _v es el factor de flujo (expresado en m ³ /h),

Q es el caudal (expresado en m³ ^/ h),

SG es la gravedad específica del fluido (para el agua = 1),

∆ P es la presión diferencial a través del dispositivo (expresada en bares).

K _v se puede calcular a partir de C _v usando la ecuación ^{[ 4 ].}

$${\displaystyle C_{\text{v}}=1.156\cdot K_{\text{v}}.}$$

El factor k _v o valor, como también se le llama, se define en la norma VDI/VDE Richtlinien No. 2173. ^{[ 5 ]} Una versión simplificada de la definición es: El factor k _{v de una válvula indica "El caudal de agua en m} ³ /h, con una caída de presión a través de la válvula de1 kgf/cm² ^cuando la válvula está completamente abierta. La definición completa también dice que el medio de flujo debe tener una densidad de1000 kg/m ³ y una viscosidad cinemática de10 ⁻⁶  m ² /s , por ejemplo, agua.

• Coeficiente de descarga