DADOS TÉCNICOS Caudal, avaliação do coeficiente de caudal e do diâmetro de passagem

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1 Avaliação do tamanho das válvulas É importante escolher bem o tamanho das válvulas. Se seleccionarmos uma válvula demasiado grande ou demasiado pequena, haverá efeitos nefastos no funcionamento do sistema. Subdimensionar uma válvula, risco de: 1) reduzir o caudal desejado 2) provocar a vaporização dos líquidos à saída da válvula ) provocar uma perda significativa de carga nas tubagens e na válvula 4) diminuir a pressão de saída Sobredimensionar uma válvula, risco de: 1) aumentar o custo das instalações por causa dos equipamentos sobredimensionados Para as electroválvulas de comando assistido: 2) provocar um caudal variável através da válvula ou ainda um comando irregular do caudal devido a um P insuficiente ) reduzir a duração de vida de certas válvulas devido às oscilações nas partes internas quando o caudal não permite manter as pressões diferenciais internas necessárias 4) provocar uma utilização irregular de certas válvulas: por exemplo, uma válvula de três e quatro orifícios corre o risco de não mudar de posição porque o caudal é insuficiente 5) diminuir a duração de vida dos assentos e obturadores pelo aparecimento de um fenómeno de cavitação provocado pela rapidez de circulação do fluido. Definição do coeficiente de caudal O coeficiente de caudal em m /h ou l/min é um caudal volumétrico experimental (capacidade) realizada através de uma válvula que, para um trabalho específico, terá as seguintes condições: - perda de pressão admissível ( p ) através da válvula igual a 10 5 Pa (1 bar) - o fluido transportado é água para uma zona de temperatura de 278 K a 1 K (5 C a 40 C) - a unidade de caudal volumétrico é o m /h ou l/min O valor do coeficiente de caudal obtém-se por meio da seguinte equação a partir dos resultados dos testes: p Q p. ρ = p p. ρw onde: Q é o caudal volumétrico medido em m /h ou em l/min p é a perda de carga admissível de 10 5 Pa (ver acima) p é a perda de carga admissível em pascais, medida através da válvula ρ é a densidade do fluido em kg/m é a densidade da água (ver acima) em kg/m (segundo a norma CEI 54) DADOS TÉCNICOS Caudal, avaliação do coeficiente de caudal e do diâmetro de passagem Condições a ter em conta Regra geral, é necessário reunir o máximo de condições a respeito da aplicação considerada: Caudal - Está indicado em metros cúbicos por hora (m /h) para os líquidos, em Normal metros cúbicos por hora (Nm /h) para os gases, ou em kilogramas por hora (kg/h) para o vapor. Este valor é definido pelo utilizador: lendo as informações inscritas nas placas sinaléticas dos materiais de bombagem, diagramas de caldeiras ou calculados. Pressão de entrada (p 1 ) - Obtém-se este valor quando se conhece a fonte de alimentação ou colocando um manómetro na entrada da válvula. Pressão de saída (p 2 ) - Este valor é obtido no manómetro, mas faz frequentemente parte das especificações relativas à perda de carga no sistema. Se se conhece a pressão de entrada e a perda de carga, é fácil calcular a pressão de saída. Perda de carga ( p) - Nos sistemas complicados ou de grande tamanho, aconselha-se manter a perda de carga através da válvula a um nível mínimo. Por outro lado, o utilizador tem com frequência as suas próprias especificações no que diz respeito a este coeficiente. Se a válvula descarga no ar livre e se o fluido transportado é um líquido, a perda de carga é evidentemente igual à pressão de entrada. Quando se procede à escolha de uma válvula que transportará um gás ou um vapor, não se pode ter em conta, para exprimir a perda de carga utilizada nas fórmulas, mais de 50 % da pressão de entrada (correntemente chamada de perda de carga crítica). Aplica-se também se a válvula descarga na atmosfera. Em todos os outros casos, a perda de carga será a diferença entre as pressões de entrada e de saída. Nota: É muitas vezes difícil compreender o significado do termo "pressão diferencial mínima de funcionamento" (ver página V1210). Certas electroválvulas de comando assistido funcionam graças a uma pressão diferencial criada no interior da válvula. Esta pressão diferencial é a diferença entre as condições de entrada e de saída de toda a válvula. Se apenas se conhecem as informações de caudal, sem ter em conta as condições de pressão, é necessário utilizar as tabelas das fórmulas para calcular a perda de carga daí resultante. Se a perda de carga é inferior à pressão diferencial necessária, a válvula está sobredimensionada. Neste caso, será necessário propôr uma válvula com uma pressão diferencial mínima de funcionamento inferior ou escolher uma válvula de tamanho mais pequeno com um coeficiente de caudal mais baixo. As fórmulas necessárias para determinar o coe- ficiente de caudal são bastante complicadas: é a razão pela qual a ASCO/JOUCOMATIC oferece uma série de gráficos de caudal para reduzir este problema. O cálculo de caudal para um fluido foi reduzido a uma fórmula de base : Caudal Débit demandé solicitado: = : Q Coefficient Coeficiente(s): ( s F, F, F Encontrará facilmente os coeficientes F, F, F, situando os parâmetros conhecidos para cada aplicação nos gráficos I a X das páginas seguintes (ver exemplos de cálculo na página seguinte). Os quadros abaixo permitem avaliar o coeficiente de caudal se o diâmetro de passagem aproximado é conhecido, ou vice-versa. Este quadro baseia-se nas propriedades das válvulas em linha. Para um dimensionamento preciso da válvula e uma conversão dos coeficientes de caudal de uma válvula específica em caudal real, é necessário consultar os gráficos de caudal assim como os valores reais dos definidos nas páginas de cada produto. Ø passagem aprox. aprox. Ø passagem aprox. aprox. (mm) (m³/h) (l/min) (mm) (m³/h) (l/min) 0,8 0,02 0, 1 50,0 1,2 1,6 2,4,2,6 4,8 6, ,05 0,08 0,17 0,26 0,1 0,45 0,60 1,5 1,7 0,8 1, 2,8 4, 5,17 7,50 10,0 25,0 28, ,7 18 4,5 75,0 19 6, V050-1 A

2 Caudal - DADOS TÉCNICOS EXEMPLOS DE PROBLEMAS LÍQUIDOS (gráficos I e III) Para encontrar o coeficiente de caudal : Qual é o coeficiente de caudal necessário para permitir a passagem de 22 litros de óleo por minuto com uma densidade relativa de 0,9 e uma perda de carga de 1,5 bar? A viscosidade é inferior a 9 Ener. Solução: A fórmula será: Q (m /h) = F (m /h). F AR E GÁS (gráficos I e IV a VII) Para encontrar o coeficiente de caudal : Procurar uma válvula que veiculará 14 Nm /h a uma pressão de entrada de 4 bar e para uma perda de carga ( p) de 0,5 bar. Qual será o coeficiente de caudal quando o fluido transportado é dióxido de carbono? Solução: Remeter ao gráfico VI (pressão de entrada de 1 a 10 bar). A fórmula utilizada será: Q (Nm /h) (Nm /h) = F. F VAPOR (gráficos VIII a X) Para encontrar o coeficiente de caudal : Procurar uma válvula que veiculará 25 kg/h de vapor saturado a uma pressão de entrada de 1 bar e uma perda de carga ( p) de 0,2 bar. Qual é o coeficiente de caudal? Solução: Remeter aos gráficos de vapor correspondentes (gráficos VIII e IX). A fórmula utilizada será: Q (kg/h) (m /h) = F Q (l/min) = F (m /h). F Q (Nm /h) (Nl/min) = F. F Q (l/min) = (kg/h) F Para encontrar os coeficientes F e F, utilizar o gráfico (III) de caudal dos líquidos. O coeficiente F corresponde a uma perda de carga de 1,5 bar e é igual a 1,25. O coeficiente F correspondente é 0,075. Obtemos o coeficiente F a partir do gráfico I. Corresponde a uma densidade relativa de 0,9 e é igual a 1,05. Aplicação numérica: = = ,., m/h = = 16, 7 l/min 0, , 05 Localizar o F a partir da intersecção da pressão de entrada 4 bar e da característica da perda de carga p=0,5 bar. Descer para encontrar F = 4,5. O coeficiente correspondente F é 2,61. Marcar o F correspondente à densidade relativa do dióxido de carbono (= 1,5) no diagrama I. F = 0,81 Aplicação numérica: Q (Nm /h) = = 14 =, Nm /h F. F 4, 5. 0, Q (Nm /h) = = 14 =, Nl/min F. F ,., 662 Localizar os coeficientes F e F nos gráficos VIII ou IX, intersecção da pressão de entrada 1 bar e de p 0,2 bar. Descer para encontrar: F = 1,8 e F = 0,8 Aplicação numérica: Q (kg/h) = = 25 = 18, 1, 8 F F m/h Q (kg/h) = = 25 = 0 l/min 08, Fórmulas para os líquidos Fórmulas para gases (com correcção da temperatura) (1) (S.G.) (kg/m ) : densidade relativa em relação à água (líquidos) (S.G.)N (kg/m ) : densidade relativa em relação ao ar (gases) T 1 ( C) : temperatura do fluido à entrada da válvula T2 ( C) : temperatura do fluido à saída da válvula Q (m /h) : caudal QN (Nm /h) : caudal volumétrico através da válvula (m /h) : coeficiente de caudal p 1 (bar) : pressão à entrada da válvula p 2 (bar) : pressão à saída da válvula p (bar) : perda de carga (1) Para o cálculo do caudal volumétrico QN é necessário: - o KV coeficiente - a densidade (S.G.)N do fluido - a perda de carga p através da válvula - a pressão do fluido p 2 depois da válvula - a temperatura do fluido T1 antes da válvula V050-2

3 Gráfico I: Determinação do coeficiente F Caudal - DADOS TÉCNICOS Gráfico II: Determinação do coeficiente Ft de correcção de temperatura A coeficiente F coeficiente Ft OUTRAS DENSIDADES Densidade relativa (S.G.) densidade relativa (para 1 bar absoluto e OUTRAS TEMPERATURAS TEMPERATURA DO FLUIDO t 2 ( C) Num intervalo de -7 C a +65 C a correcção de temperatura a efectuar é muito pequena e pode ser ignorada para as aplicações correntes Gráfico III: Determinação dos coeficientes de caudais F e F para um líquido 0,54 0,48 0,42 0,6 Coeficiente F (m /h) 0,0 0,24 0,18 0,12 0,06 0,0 0 V050-

4 Caudal - DADOS TÉCNICOS Gráfico IV: Determinação dos coeficientes de caudais F e F para ar ou gás Pressão de entrada de 0,01 a 0,1 bar (manométrica) Coeficiente F (m /h) 0,17 0,18 0,21 0,24 0,27 0,0 0,6 0,42 0,48 0,54 Gráfico V: Determinação dos coeficientes de caudais F e F para ar ou gás Pressão de entrada de 0,1 a 1 bar (manométrica) Coeficiente F (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 V050-4

5 Gráfico VI: Determinação dos coeficientes de caudais F e F para ar ou gás Caudal - DADOS TÉCNICOS A Pressão de entrada de 1 a 10 bar (manométrica) 0,6 1,2 1,8 2,4,0 Coeficiente F (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 Gráfico VII : Determinação dos coeficientes de caudal F e F para ar ou gás Pressão de entrada de 10 a 100 bar (manométrica) Coeficiente F (m /h) V050-5

6 Caudal - DADOS TÉCNICOS Gráfico VIII: Determinação dos coeficientes de caudais F e F para o vapor Pressão de entrada de 0,1 a 1 bar (manométrica) 0,18 0, 0,24 Coeficiente F (m /h) 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 0,6 0,48 0,6 0,72 0,84 0,96 Gráfico IX: Determinação dos coeficientes de caudais F e F para o vapor Pressão de entrada de 1 a 10 bar (manométrca) 0 0,6 1,2 1,8 2,4,0,6 4,2 4,8 5,4 6,0 6,6 Coeficiente F (m /h) 7,2 7,8 8,4 9,6 Gráfico X : Determinação dos coeficientes de caudal F e F para o vapor Pressão de entrada de 10 a 100 bar (manométrica) Coeficiente F (m /h) V050-6

7 OUTRAS FÓRMULAS DE CAUDAL E OUTROS DADOS FÍSICOS Definição do coeficiente de caudal (ou Cv) O coeficiente de caudal de uma válvula (ou Cv) é o caudal de água (densidade de Caudal - DADOS TÉCNICOS 1) expressa em unidades de volume "A" por unidade de tempo "B". Este caudal atravessará uma válvula tendo uma per-da de carga igual à unidade de pressão "C". (ver quadro abaixo) A Tabela de conversão e Cv unidades volume "A" tempo "B" pressão "C" símbolo fórmulas de conversão litro min. bar l 16,7 = 17, Cve = 14,4 Cv metro cúbico hora bar 0,06 l = 1,04 Cve = 0,865 Cv galão GB min. psi Cve 0,058 l = 0,i6 = 0,8 Cv galão US min. psi Cv 0,069 l = 1,6 = 1,2 Cve Cálculos de caudal Informações gerais: Os valores de perda de carga que não figuram nas curvas podem ser determinadas por interpolação nos gráficos. Todavia, podem-se obter resultados mais precisos para o cálculo dos valores desejados, e tal graças às fórmulas seguintes (sobre as quais estão baseados os gráficos de caudal): p 1 = pressão absoluta de entrada (bar) = pressão manométrica + pressão atmosférica igual a 1,01 bar p 2 = pressão absoluta de saída (bar) = pressão manométrica + pressão atmosférica igual a 1,01 bar p = p 1 - p 2 = perda de carga através da válvula (bar) t = 0 C Nota: Na maior parte dos sistemas, convém manter a perda de carga a um nível mínimo. Se necessário - no caso de líquidos - a perda de carga pode ser igual à pressão total de entrada (manométrica). O caso é igual para o ar, os gases e o vapor sendo a pressão de entrada (manométrica) de 1,01 bar. Todavia para estes fluidos, não é preciso utilizar um p superior a 50 % da pressão de entrada absoluta de modo a evitar as perdas de carga excessivas que correm o risco de provocar um caudal irregular. Se o p não é especificado e se esta informação é necessária para poder dimensionar a válvula, pode-se rapidamente calcular a perda de carga tomando 10 % da pressão de entrada. Líquidos e F = p (m /h) F = 006, p (l/min) Exemplo: para p = 1,7 bar, teremos: F = 1, (m /h) e F = 0,08 (l/min) Nota: Se a viscosidade do fluido é superior a 00 SSU (cerca de 9 E), o valor do coeficiente de caudal deve ser modificado, consultar. Ar e Gás F = 18 9 p 2 p p (m³/h), ( 1 ) F (l/min) = 11, p ( 2p 1 p) Exemplo: p = 0,4 bar; p 1 = bar relativos ou 4,01 bar absolutos. Cálculo: F = 18, 9 0, 4( 8, 026 0, 4) = m/h Nota: As fórmulas para os gases só se aplicam com precisão para uma temperatura do fluído de 20 C (neste catálogo, o metro cúbico standard Nm foi definido para 20 C e 1,01 bar absoluto). A temperatura diferente t 2 ( C) - ver gráfico II - o valor do coeficiente do caudal 1 deve ser modificado com a ajuda do coeficiente corrector seguinte: F = 29 t 27 + t2 Densidade de certos líquidos a 20 C (em relação à água 4 C) Álcool etílico 0,79 Benzeno 0,88 Tetracloreto de carbono 1,589 Óleo de rícino 0,95 Fuel n 1 0,8 Fuel n 2 0,84 Fuel n 0,89 Fuel n 4 0,91 Fuel n 5 0,95 Fuel n 6 0,99 Gasolina 0,75 a 0,78 Glicerina 1,26 Óleo de linhaça 0,94 Azeite 0,98 Terebintina 0,862 Água 1,000 O coeficiente de caudal real é Vapores (p.ex. refrigerantes) Para o vapor: F = 15, 8 p( 2 P 1 P) (m³/h) F (l/min) = 095, p( 2P 1 P) Exemplo: p = 7 bar, p 1 = 40 bar ou 41,01 bar abs. Cálculo: F = 11, 0, 4( 8, 026 0, 4) = 1, 97 l/min F = 15,8 7( 82, 026 7) = 6 m /h 2 = F t 1 ( ) = 21,8 l/ min F = 0, , Nota 1: As fórmulas que se aplicam ao vapor são relativas ao vapor saturado. Para o vapor sobreaquecido, será necessário aplicar um coeficiente corrector. Neste caso, consultar a ASCO/JOUCOMATIC. Nota 2: Para outros vapores (como por exemplo o fréon), é necessário utilizar outros coeficientes. Densidade de certos gases (para uma temperatura de 20 C, à pressão atmosférica e em relação ao ar) Acetileno 0,91 Ar 1,000 Amoníaco 0,596 Butano 2,067 Dióxido de carbono 1,5 Cloro 2,486 Etano 1,05 Cloreto de etileno 2,26 Hélio 0,18 Metano 0,554 Cloreto de metileno 1,785 Azoto 0,971 Oxigénio 1,105 Propano 1,56 Dióxido de enxofre 2,264 V050-7

8 Caudal - DADOS TÉCNICOS V050-8 A ASCO/JOUCOMATIC reserva o direito de modificar os seus produtos sem pré-aviso.