Guia Prático Cv Coeficiente Vazão

Na determinação do tamanho adequado da válvula de controle, que está diretamente relacionado ao tamanho da porta, é fundamental realizar o cálculo do coeficiente de vazão (Cv) do processo. Esse cálculo baseia-se em mais de 50 anos de conhecimento e experiência acumulados na área, sendo influenciado por diversos parâmetros técnicos.

Um dos aspectos críticos a ser considerado no cálculo do Cv é o número de Reynolds (Re), que é um indicador importante para avaliar o regime de fluxo dos fluidos. Além disso, a análise abrange a vazão do fluido através do sistema, considerando a quantidade de substância que passa pela válvula em um determinado período de tempo.

Outros fatores impactantes incluem a avaliação de possíveis choques, como o risco de asfixia, que podem ocorrer durante o processo. A presença e características das juntas nos tubos (montagem) também desempenham um papel crucial nesse contexto. Cada uma dessas variáveis é cuidadosamente ponderada e integrada ao cálculo do Cv, com a precisão sendo garantida pela vasta experiência acumulada ao longo das décadas.

É relevante ressaltar que a determinação do tamanho da válvula não se limita apenas a dimensões físicas, mas está profundamente vinculada aos aspectos dinâmicos e termodinâmicos do processo. Portanto, ao calcular o Cv, o engenheiro ou profissional responsável está, na verdade, realizando uma análise abrangente que considera as complexidades e inter-relações entre as diferentes variáveis técnicas envolvidas. Esse enfoque multidimensional assegura a seleção da válvula mais adequada para otimizar o desempenho do sistema.

O padrão IEC 60534-2-1:1998, desenvolvido pela International Electro Technical Commission (IEC), representa um marco essencial na padronização da indústria de válvulas de controle. Este padrão é reconhecido como o ponto de referência primário para fabricantes e profissionais, orientando a concepção, fabricação e operação de válvulas em escala global.

Quando nos referimos a esse padrão específico, estamos, na verdade, mergulhando em uma compilação minuciosa de requisitos técnicos que abrangem praticamente todos os aspectos relacionados às válvulas de controle. Nesse contexto, destaca-se a importância do coeficiente de vazão (Cv), um indicador crítico para avaliar o desempenho desses dispositivos.

Os padrões relacionados ao coeficiente Cv, conforme definidos pelo IEC 60534-2-1:1998, são notáveis pela sua profundidade e complexidade técnica. Eles vão além de considerações superficiais sobre dimensões e características físicas, adentrando os domínios dinâmicos e termodinâmicos do fluxo de fluidos.

Essa complexidade técnica reflete uma compreensão abrangente e aprofundada dos fenômenos complexos que ocorrem durante o processo de controle. Incluem-se aqui análises detalhadas de fatores como a influência da geometria da válvula, o impacto do número de Reynolds, a presença de turbulências e vórtices, entre outros. A abordagem técnica adotada por esses padrões visa garantir não apenas a conformidade com requisitos normativos, mas também a otimização do desempenho em condições operacionais diversas.

Engenheiros e profissionais que aplicam esses padrões enfrentam o desafio de integrar esses detalhes técnicos complexos em seus projetos e processos de seleção de válvulas. A referência à complexidade dos padrões do coeficiente Cv IEC destaca a necessidade de expertise especializada na implementação dessas diretrizes para garantir a eficácia e confiabilidade contínuas das válvulas de controle em ambientes industriais diversos. Essa complexidade também reforça a importância de um enfoque técnico rigoroso para a concepção e aplicação de válvulas de controle em sistemas industriais complexos.

A minha recomendação inicial é recorrer aos dados fornecidos pelo fabricante da válvula de controle específica. Essa abordagem é fundamentada na premissa de que o fabricante, ao projetar a válvula, incorpora conhecimentos detalhados sobre as características específicas do produto, considerando fatores como geometria, materiais utilizados e condições operacionais ideais.

No entanto, reconhecendo que há situações em que a verificação e o cálculo do coeficiente de vazão (Cv) podem ser necessários de maneira mais direta, disponibilizamos uma fórmula simples para facilitar esse processo. Essa fórmula visa simplificar o procedimento de cálculo do Cv, tornando-o mais acessível, especialmente em cenários em que dados específicos do fabricante podem não estar prontamente disponíveis ou em casos de ajustes e personalizações específicas do sistema.

Essa fórmula leva em consideração vários parâmetros cruciais, como o número de Reynolds, a vazão e outros fatores que influenciam diretamente no desempenho da válvula. Dessa forma, proporciona uma abordagem pragmática e eficiente para a determinação do Cv, permitindo uma avaliação rápida e precisa, mesmo em situações em que a obtenção de dados detalhados do fabricante possa ser desafiadora.

Assim, ao sugerir a utilização da fórmula simples para cálculo do Cv, estou propondo uma solução prática e flexível que pode ser aplicada quando necessário, mantendo a recomendação inicial de priorizar as informações fornecidas pelo fabricante sempre que possível. Isso oferece uma abordagem equilibrada entre a praticidade do cálculo direto e a confiança nos dados específicos do produto para garantir a seleção apropriada da válvula de controle no contexto do sistema em questão.

Cálculo do valor de CV

A) Fórmula simples do valor Cv: caso do líquido

Explicação Detalhada:

1. Coeficiente de Vazão (Cv): O Cv é uma medida padronizada que expressa a capacidade de uma válvula de controle permitir o fluxo de fluido. Quanto maior o Cv, maior a capacidade de vazão.
2. Caudal (Q_L): Representa a vazão do líquido através da válvula, indicando a quantidade de fluido que passa por unidade de tempo.
3. Pressão Diferencial (ΔP): Refere-se à diferença de pressão entre a entrada e a saída da válvula. Esta é uma variável crucial que influencia diretamente o desempenho da válvula.
4. Gravidade Específica (G_L): Indica a densidade relativa do líquido em comparação com a água. Para a água, a gravidade específica é 1.
5. Aceleração devido à Gravidade (g): Representa a aceleração causada pela gravidade. Este valor padrão é aproximadamente 9.81 m/s².

A fórmula incorpora essas variáveis para proporcionar um cálculo preciso e simplificado do Cv, facilitando a seleção adequada da válvula de controle para um determinado sistema líquido. A utilização dessa fórmula é valiosa para engenheiros e profissionais que precisam dimensionar corretamente as válvulas em suas aplicações.

B) Fórmula para o Cálculo do Valor Cv para Gás em Fluxo Não Bloqueado:

I) Fluxo não bloqueado ΔP <P1 / 2

Onde:

• Cv: Coeficiente de vazão.
• Qg​: Vazão de gás em metros cúbicos por hora (m³/h) a 15°C e 1 atm.
• ΔP: Pressão diferencial em quilogramas por centímetro quadrado (kg/cm²).
• Gg​: Gravidade específica do gás (para o a Gg​=1).
• t: Temperatura em graus Celsius (°C).
• Pm​: Média das pressões P1 e P2 dividida por 2.

Explicação Detalhada:

1. Coeficiente de Vazão (Cv): Indica a capacidade de uma válvula de controle em permitir o fluxo de gás. Um valor maior de Cv indica uma maior capacidade de vazão.
2. Vazão de Gás (Qg): Representa a quantidade de gás que passa pela válvula por unidade de tempo, ajustada para condições padrão de temperatura e pressão (15°C e 1 atm).
3. Pressão Diferencial (ΔP): Refere-se à diferença de pressão entre a entrada e a saída da válvula. Essa é uma variável crítica no controle do fluxo de gás.
4. Gravidade Específica do Gás (Gg): Indica a densidade relativa do gás em comparação com o ar. Para o ar, a gravidade específica é 1.
5. Temperatura (t): Representa a temperatura do gás em graus Celsius. A temperatura influencia diretamente o comportamento do gás.
6. Pressão Média (Pm): É a média das pressões P1 e P2, o que fornece um ponto de referência para o cálculo.

Essa fórmula incorpora essas variáveis específicas para gás, levando em consideração fatores como temperatura e pressão diferencial, garantindo uma avaliação precisa do desempenho da válvula em condições específicas de gás. A utilização desta fórmula é fundamental para engenheiros e profissionais que precisam dimensionar válvulas de controle em sistemas que envolvem fluxo de gás.

II) Fórmula para o Cálculo do Valor Cv para Gás em Fluxo Bloqueado: ΔP ≥ P1 / 2

Explicação Detalhada:

1. Coeficiente de Vazão (Cv): Indica a capacidade da válvula de controle em permitir o fluxo de gás em condições de fluxo bloqueado.
2. Vazão de Gás (Q_g): Representa a quantidade de gás que passa pela válvula por unidade de tempo, ajustada para condições padrão de temperatura e pressão (15°C e 1 atm).
3. Pressão de Entrada do Gás ((P_1)): Refere-se à pressão na entrada da válvula, influenciando diretamente o comportamento do fluxo de gás.
4. Gravidade Específica do Gás (G_g): Indica a densidade relativa do gás em comparação com o ar. Para o ar, a gravidade específica é 1.
5. Temperatura (t): Representa a temperatura do gás em graus Celsius. A temperatura é um fator crucial no comportamento dos gases.

Esta fórmula específica para fluxo bloqueado considera os parâmetros essenciais para o cálculo do Cv em condições em que a pressão diferencial é maior ou igual a metade da pressão de entrada. Esses cálculos são fundamentais para engenheiros e profissionais que buscam selecionar e dimensionar válvulas de controle de maneira precisa em sistemas que envolvem fluxo de gás sob diferentes condições operacionais.

C) Fórmula simples do valor Cv: caso do vapor (vapor)

I) Fórmula para o Cálculo do Valor Cv para Vapor em Fluxo Não Bloqueado (Vapor de Saturação): ΔP <P1 / 2

Onde:

• Cv: Coeficiente de vazão para vapor.
• Qs​: Caudal de vapor em quilogramas por hora (kg/h).
• Y: Fator de correção do vapor (para vapor de água,Y=19.4).
• ΔP: Pressão diferencial em quilogramas por centímetro quadrado (kg/cm2).
• Pm​: Média das pressões (P1​ – P2​)/2.

Explicação Detalhada:

1. Coeficiente de Vazão para Vapor (Cv): Indica a capacidade da válvula de controle em permitir o fluxo de vapor de saturação.
2. Caudal de Vapor (Qs​): Representa a quantidade de vapor que passa pela válvula por unidade de tempo, expresso em quilogramas por hora (kg/h).
3. Fator de Correção do Vapor (Y): Um fator específico para corrigir as características do vapor. Para vapor de água, o valor é normalmente 19.419.4, levando em conta as propriedades específicas desse vapor.
4. Pressão Diferencial (ΔP): Refere-se à diferença de pressão entre a entrada e a saída da válvula, uma variável crítica para o controle do vapor.
5. Pressão Média (Pm): É a média das pressões (P1​ – P2​)/2.P2​, fornecendo um ponto de referência para o cálculo do Cv.

Esta fórmula é aplicada especificamente quando lidamos com vapor em estado de saturação, e a pressão diferencial é menor que metade da pressão de entrada. Ela oferece uma abordagem direta e eficiente para calcular o coeficiente de vazão, sendo essencial para a seleção e dimensionamento adequados de válvulas de controle em sistemas que envolvem vapor.

II) Fórmula para o Cálculo do Valor Cv para Vapor em Fluxo Bloqueado (Saturação de Vapor): ΔP ≥ P1 / 2

Onde:

• Cv: Coeficiente de vazão para vapor.
• Qs​: Caudal de vapor em quilogramas por hora (��/ℎkg/h).
• Y: Fator de correção do vapor (para vapor de água, �=19.4Y=19.4).
• P1​: Pressão de entrada em quilogramas-força por centímetro quadrado absolutos (kgf/cm²(ABS)).

Explicação Detalhada:

1. Coeficiente de Vazão para Vapor (Cv): Indica a capacidade da válvula de controle em permitir o fluxo de vapor em condições de saturação, quando a pressão diferencial é maior ou igual a metade da pressão de entrada.
2. Caudal de Vapor (Qs​): Representa a quantidade de vapor que passa pela válvula por unidade de tempo, expresso em quilogramas por hora (kg/h).
3. Fator de Correção do Vapor (Y): Um fator específico para corrigir as características do vapor. Para vapor de água, o valor é normalmente 19.419.4, levando em conta as propriedades específicas desse vapor.
4. Pressão de Entrada (P1​): Refere-se à pressão na entrada da válvula, uma variável crucial que influencia diretamente o comportamento do fluxo de vapor.

Esta fórmula é aplicada quando a pressão diferencial é maior ou igual à metade da pressão de entrada, caracterizando um estado de saturação de vapor. Permite um cálculo direto e eficiente do coeficiente de vazão em condições específicas de vapor, sendo essencial para a seleção adequada de válvulas de controle em sistemas que envolvem vapor em estado de saturação.

III) Fórmula para o Cálculo do Valor Cv para Vapor Úmido em Fluxo Não Bloqueado:  ΔP <P1 / 2

Onde:

• Cv: Coeficiente de vazão para vapor úmido.
• Qs​: Caudal de vapor em quilogramas por hora (kg/h).
• X: Qualidade do vapor, onde X=1 representa vapor seco.
• Y: Fator de correção do vapor (para vapor de água, Y=19.4).
• ΔP: Pressão diferencial em quilogramas por centímetro quadrado (kgf/cm2).
• Pm​: Média das pressões P1​ – P2​/2.

Explicação Detalhada:

1. Coeficiente de Vazão para Vapor Úmido (Cv): Indica a capacidade da válvula de controle em permitir o fluxo de vapor úmido quando a pressão diferencial é menor que metade da pressão de entrada.
2. Caudal de Vapor (Qs​): Representa a quantidade de vapor úmido que passa pela válvula por unidade de tempo, expresso em quilogramas por hora (kg/h).
3. Qualidade do Vapor (X): Define a fração de vapor no vapor úmido. Quando X=1, temos vapor seco, enquanto valores menores indicam uma mistura de vapor e líquido.
4. Fator de Correção do Vapor (Y): Um fator específico para corrigir as características do vapor. Para vapor de água, o valor é normalmente 19.419.4, levando em conta as propriedades específicas desse vapor.
5. Pressão Diferencial (ΔP): Refere-se à diferença de pressão entre a entrada e a saída da válvula, uma variável crítica para o controle do vapor.
6. Pressão Média (Pm): É a média das pressões P1 –P2​)/2, fornecendo um ponto de referência para o cálculo do Cv.

Esta fórmula específica para vapor úmido considera a qualidade do vapor, proporcionando uma avaliação precisa do desempenho da válvula em condições específicas de vapor. A utilização dessa fórmula é crucial para engenheiros e profissionais que precisam dimensionar válvulas de controle em sistemas que envolvem vapor com diferentes proporções de líquido.

IV) Fórmula para o Cálculo do Valor Cv para Vapor Úmido em Fluxo Bloqueado: ΔP ≥ P1 / 2

Onde:

• Cv: Coeficiente de vazão para vapor úmido.
• Qs​: Caudal de vapor em quilogramas por hora (kg/h).
• X: Qualidade do vapor, onde X=1 representa vapor seco.
• Y: Fator de correção do vapor (para vapor de água, Y=19.4).
• P1​: Pressão de entrada em quilogramas-força por centímetro quadrado absolutos (kgf/cm²(ABS)).

Explicação Detalhada:

1. Coeficiente de Vazão para Vapor Úmido (Cv): Indica a capacidade da válvula de controle em permitir o fluxo de vapor úmido quando a pressão diferencial é maior ou igual à metade da pressão de entrada.
2. Caudal de Vapor (Qs​): Representa a quantidade de vapor úmido que passa pela válvula por unidade de tempo, expresso em quilogramas por hora (kg/h).
3. Qualidade do Vapor (X): Define a fração de vapor no vapor úmido. Quando X=1, temos vapor seco, enquanto valores menores indicam uma mistura de vapor e líquido.
4. Fator de Correção do Vapor (Y): Um fator específico para corrigir as características do vapor. Para vapor de água, o valor é normalmente 19.419.4, levando em conta as propriedades específicas desse vapor.
5. Pressão de Entrada (P1​): Refere-se à pressão na entrada da válvula, uma variável crucial que influencia diretamente o comportamento do fluxo de vapor.

Esta fórmula é aplicada quando a pressão diferencial é maior ou igual à metade da pressão de entrada, caracterizando um estado de vapor úmido com fluxo bloqueado. Permite um cálculo direto e eficiente do coeficiente de vazão em condições específicas de vapor úmido, sendo essencial para a seleção adequada de válvulas de controle em sistemas que envolvem vapor com diferentes proporções de líquido.

v) Vapor superaquecido: fluxo não bloqueado   ΔP <P1 / 2

• Cv: Coeficiente de vazão para vapor superaquecido.
• Qs​: Caudal de vapor em quilogramas por hora (kg/h).
• X: Qualidade do vapor, onde X=1 representa vapor seco.
• ΔP: Pressão diferencial em quilogramas por centímetro quadrado (kgf/cm2).
• Pm: Média das pressões (P1​-P2​)/2.

Explicação Detalhada:

1. Coeficiente de Vazão para Vapor Superaquecido (Cv): Indica a capacidade da válvula de controle em permitir o fluxo de vapor superaquecido quando a pressão diferencial é menor que metade da pressão de entrada.
2. Caudal de Vapor (Qs​): Representa a quantidade de vapor superaquecido que passa pela válvula por unidade de tempo, expresso em quilogramas por hora (kg/h).
3. Qualidade do Vapor (X): Define a fração de vapor no vapor superaquecido. Quando X=1, temos vapor seco.
4. Pressão Diferencial (ΔP): Refere-se à diferença de pressão entre a entrada e a saída da válvula, uma variável crítica para o controle do vapor.
5. Pressão Média (Pm): É a média das pressões (P1​-P2)/2​, fornecendo um ponto de referência para o cálculo do Cv.

VI) Vapor superaquecido: fluxo bloqueado ΔP ≥ P1 / 2

Q _s  :  Caudal (kg / H)

Y:      Fator de correção do vapor (vapor de água = 19,4)

S:      Superaquecimento ( ^o C)

P ₁  :   Pressão de entrada (kgf / cm ² ABS)

No exemplo para o cálculo. Cálculo de tempo ciente disso. A unidade de fabricação terá um abs total.

Exemplo 1

Aplicação: Água Fluida

Caudal 50 M ³ / HR.

Pressão de entrada 10 kgf / cm ² G.

Pressão de saída 5 kgf / cm ² G.

Pressão diferente 5 kgf / cm ² G.

Temperatura 120 graus C

Densidade 943 kg / M ³

Porque o líquido é um líquido Então vamos usar a fórmula

Para determinar o valor de ��Cv para a aplicação de água fluida, utilizamos a fórmula especializada para líquidos. Essa fórmula é essencial para avaliar a capacidade de uma válvula de controle em gerenciar o fluxo de líquidos com precisão. Vamos analisar mais detalhadamente cada componente da fórmula:

Conceitos Importantes:

• ��Cv (Coeficiente de Vazão): Indica a capacidade da válvula de controle em permitir o fluxo de líquidos. Quanto maior o ��Cv, maior a capacidade de vazão.
• ��QL​ (Caudal do Líquido): Representa a quantidade de líquido que passa pela válvula por unidade de tempo, expresso em metros cúbicos por hora (�3/ℎm3/h).
• Δ�ΔP (Pressão Diferencial): Refere-se à diferença de pressão entre a entrada e a saída da válvula. É um fator crucial para o controle preciso do fluxo.
• ��GL​ (Gravidade Específica do Líquido): Indica a densidade relativa do líquido em comparação com a água.
• �g (Aceleração devido à Gravidade): É uma constante aproximada igual a 9.81 �/�29.81 m/s2, influenciando a fórmula ao converter a pressão diferencial para uma unidade de medida compatível.

Dados Fornecidos:

• QL​=50 m3/h
• ΔP=5 kgf/cm2
• GL​=943 kg/m3

Cálculos:

Portanto, para essa aplicação específica com água fluida, o Cv calculado é aproximadamente 22.3922.39. Esse valor é crucial para os engenheiros e profissionais no processo de seleção e dimensionamento adequado de válvulas de controle, garantindo um controle eficiente do fluxo de líquidos no sistema em questão

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Exemplo 2

Aplicação: Gás Fluido

• Qg​=48,000m3/h
• P1​=33.03kgf/cm²(A)
• G=0.86 (Densidade do Gás em relação à densidade do ar)
• t=240C

1. Converter P1​ para pressão absoluta P1​+1atm=33.03+1=34.03kgf/cm2(A)
2. Calcular Cv = > Cv=248×34.0348,000​×0.86×(273+240)​
3. Simplificar a expressão: Cv≈8,433.4448,000​×0.86×513​
4. Continuar simplificando: Cv≈8,433.4448,000​×442.18​
5. Calcular a raiz quadrada:Cv≈8,433.4448,000​×21.03
6. Finalizar o cálculo: Cv≈123.08

O valor de Cv para esta aplicação específica com gás é 123.08123.08.

emerson

manutenção em válvula de controle