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La caída de presión en una válvula de mariposa es la diferencia de presión entre los lados aguas arriba y aguas abajo de la válvula cuando el fluido pasa a través de ella. Incluso cuando una válvula de mariposa está completamente abierta, el disco y el vástago siguen estando en la trayectoria del flujo, por lo que la válvula genera cierta resistencia al flujo y una pérdida de presión.
El Cv de una válvula de mariposa, también conocido como coeficiente de flujo, se utiliza para describir la cantidad de flujo que puede pasar a través de la válvula ante una caída de presión determinada, bajo condiciones de prueba definidas. Un Cv más alto generalmente significa que la válvula puede permitir un mayor caudal para la misma caída de presión, pero el Cv no es un valor universal fijo para todas las válvulas de mariposa. Depende del tamaño de la válvula, la posición del disco, el ángulo de apertura, el diseño del cuerpo, el diseño del asiento, las propiedades del fluido y los datos de pruebas del fabricante.
Para el trabajo de selección, no utilices un valor Cv genérico de la válvula de mariposa como base definitiva para el dimensionamiento. Utilice la tabla de Cv del fabricante, la tabla de caída de presión, la hoja de datos o la confirmación de dimensionamiento para el diseño específico de la válvula y la posición de apertura. Esto es especialmente importante para aplicaciones de estrangulamiento, flujo de alta velocidad, medios viscosos o aplicaciones en las que la cavitación, el destello, el ruido o la estabilidad del control puedan ser motivo de preocupación.
Analizar correctamente la caída de presión y el valor Cv de una válvula de mariposa ayuda a evitar una capacidad de flujo insuficiente, una pérdida excesiva de energía en la bomba, un comportamiento de control deficiente y una selección incorrecta de la válvula. Este artículo explica el principio de la caída de presión, la relación con el valor Cv, el efecto del ángulo de apertura, el método para leer los gráficos y los requisitos de datos para las solicitudes de cotización; no proporciona una tabla universal de valores Cv para válvulas de mariposa ni una calculadora en línea de caída de presión.
Para conocer el contexto de la familia de productos en el que se enmarca este artículo, consulte el sitio de NTGD válvulas de mariposa industriales antes de delimitar el diseño en función del Cv, la posición de apertura y las condiciones de servicio.
¿Qué es la caída de presión en una válvula de mariposa?
La caída de presión en una válvula de mariposa es la pérdida de presión que se produce cuando el fluido pasa a través del cuerpo de la válvula y alrededor del disco. En un sistema de tuberías, el lado aguas arriba de la válvula tiene una presión, y el lado aguas abajo tiene una presión más baja después de que el flujo pasa a través de la restricción. La diferencia entre estos dos valores es la caída de presión de la válvula.
En la selección práctica de válvulas, la caída de presión es importante porque afecta la pérdida de energía del sistema, la altura de bombeo, la capacidad de flujo, el comportamiento de control y la capacidad del sistema de tuberías para satisfacer el flujo de proceso requerido. A menudo se elige una válvula de mariposa porque es compacta, relativamente liviana y adecuada para muchas aplicaciones de aislamiento y regulación moderada del flujo, pero sigue siendo una restricción al flujo dentro de la tubería.
Caída de presión vs. pérdida de presión vs. resistencia al flujo
Estos términos están estrechamente relacionados, pero no siempre se utilizan exactamente de la misma manera.
| Término | Importancia de la selección de válvulas | Cómo se relaciona con las válvulas de mariposa |
|---|---|---|
| Caída de presión | La diferencia de presión a través de la válvula, desde la entrada hasta la salida | Se utiliza para el dimensionamiento, la revisión de la altura de bombeo y el cálculo del coeficiente Cv |
| Pérdida de presión | Una expresión general para la pérdida de presión causada por la resistencia al flujo | Se utiliza a menudo como sinónimo de caída de presión |
| Resistencia al flujo | La restricción generada por la geometría de la válvula, el disco, el asiento y la trayectoria del flujo | La razón física por la que se produce la caída de presión |
| Cv / coeficiente de caudal | Un valor que indica la capacidad de flujo de la válvula en condiciones definidas | Se utiliza para estimar el flujo o la caída de presión cuando se cuenta con los datos correctos |
| Kv | Coeficiente de flujo métrico que se utiliza habitualmente fuera del sistema estadounidense | Está relacionado con Cv, pero no es el mismo sistema de unidades; en los proyectos que utilicen el sistema métrico, se debe verificar si la hoja de datos utiliza Cv o Kv antes de comparar los valores |
En la mayoría de los debates sobre válvulas B2B, la caída de presión y la pérdida de presión pueden considerarse términos estrechamente relacionados. Lo más importante es determinar si la pérdida de presión es aceptable para el proceso y si la válvula de mariposa seleccionada tiene suficiente capacidad de flujo para las condiciones de operación requeridas.
Por qué la caída de presión es importante en la selección de válvulas
La caída de presión no es solo un dato de cálculo. Afecta el funcionamiento real del sistema. Si la caída de presión es demasiado alta, es posible que la bomba tenga que trabajar más, que no se alcance el caudal requerido o que el sistema pierda eficiencia. Si se subestima la caída de presión, la válvula seleccionada puede parecer correcta en teoría, pero generar problemas durante la puesta en marcha.
Si se subestima la caída de presión de la válvula de mariposa, es posible que el sistema no alcance el caudal requerido, que la bomba no cuente con suficiente altura manométrica disponible o que el consumo de energía sea mayor de lo esperado. Si se sobreestima la caída de presión, es posible que en el proyecto se elija una válvula sobredimensionada, una bomba sobredimensionada o un diseño innecesariamente conservador, lo que aumentaría los costos y reduciría la capacidad de control.
En aplicaciones de aislamiento, la caída de presión suele evaluarse en la posición de apertura total. En aplicaciones de regulación, la caída de presión debe evaluarse en el ángulo de apertura previsto para el funcionamiento, no solo en la posición de apertura total. Esta es una de las razones por las que las tablas de Cv de las válvulas de mariposa suelen mostrar diferentes valores de Cv para distintos ángulos de apertura.
¿Por qué una válvula de mariposa provoca una caída de presión?
Una válvula de mariposa genera una caída de presión porque el flujo debe pasar alrededor del disco y el vástago de la válvula. A diferencia de una válvula de bola de paso total o una válvula de compuerta completamente abierta, una válvula de mariposa no deja el paso totalmente libre cuando está abierta. El disco gira hasta una posición que permite el paso del flujo, pero permanece dentro del paso de la tubería.
Esta geometría interna modifica la trayectoria del flujo y genera una resistencia local. El resultado es una diferencia de presión a través de la válvula.
El disco y el vástago permanecen en la trayectoria del flujo
La razón más importante de la caída de presión en una válvula de mariposa es el disco. Cuando la válvula está abierta, el disco queda en posición paralela o casi paralela al flujo. Sin embargo, sigue teniendo un espesor y una superficie. Además, la unión entre el vástago y el disco también permanece en la trayectoria del flujo.
Esto significa que el flujo debe dividirse y rodear los componentes internos. Dependiendo del perfil del disco, el diseño del asiento y la geometría del cuerpo, esto puede generar turbulencias, cambios de velocidad y pérdidas de presión locales.
Turbulencia, cambio de velocidad y resistencia local
A medida que el fluido pasa por la válvula, puede acelerar al rodear el disco y luego recuperar su velocidad aguas abajo. Este cambio en el patrón de flujo puede generar turbulencias y pérdida de energía. La pérdida de presión puede ser pequeña en algunas aplicaciones a baja velocidad y con la válvula completamente abierta, pero no se debe dar por sentado que sea nula.
La caída de presión real depende de varios factores:
| Factor | Efecto sobre la caída de presión |
|---|---|
| Posición del disco | Una abertura más pequeña suele generar una mayor restricción y requiere datos de Cv específicos para esa abertura |
| Velocidad del flujo | Una mayor velocidad suele aumentar la caída de presión y puede generar problemas relacionados con el ruido, la vibración o la erosión |
| Tamaño de la válvula | Las válvulas más grandes pueden tener una velocidad menor para el mismo caudal, dependiendo del tamaño de la tubería y del diseño del sistema |
| Diseño de válvulas | Los diseños concéntricos, de doble desplazamiento, de triple desplazamiento y de alto rendimiento pueden presentar diferentes trayectorias de flujo y comportamientos del coeficiente Cv |
| Propiedades de los fluidos | La densidad, la viscosidad y el estado de fase influyen en la pérdida de presión y en la confiabilidad de la fórmula |
| Disposición de las tuberías | Las perturbaciones en las secciones aguas arriba y aguas abajo pueden afectar el rendimiento de la instalación y la recuperación de presión |
Por qué «totalmente abierto» no significa «cero resistencia»
Una válvula de mariposa completamente abierta puede presentar una caída de presión relativamente baja en comparación con otros tipos de válvulas más restrictivas, pero “completamente abierta” no significa “sin caída de presión”. El disco sigue estando presente en la trayectoria del flujo. El cuerpo, el asiento, el eje y la forma del disco siguen influyendo en el flujo.
A diferencia de una válvula de bola de paso total o una válvula de compuerta totalmente abierta, en una válvula de mariposa el disco y el vástago permanecen dentro del paso incluso cuando está abierta; por eso, su valor Cv en posición totalmente abierta debe verificarse, en lugar de dar por sentado que representa una tubería sin obstrucciones. Por esta razón, los valores de Cv en posición totalmente abierta deben entenderse como valores de capacidad de flujo bajo condiciones definidas, no como prueba de que la válvula no genera resistencia alguna.
Para una comparación interna relacionada con la capacidad de flujo en conducto liso, consulte la guía de NTGD sobre Caída de presión y capacidad de flujo de una válvula de bola de paso total explica por qué la geometría de los puertos modifica el comportamiento de la pérdida de presión.
¿Qué es el coeficiente Cv o de flujo en una válvula de mariposa?
Cv es el coeficiente de caudal de una válvula. En términos sencillos, describe la capacidad de flujo de una válvula bajo una condición definida de caída de presión. En muchas especificaciones de válvulas, el Cv se utiliza para indicar la cantidad de agua que fluye a través de una válvula con una caída de presión específica, bajo condiciones de referencia estándar.
En el caso de una válvula de mariposa, el valor Cv no solo depende del tamaño de la válvula, sino que también está relacionado con el ángulo de apertura, la geometría del disco, el diseño del cuerpo y los datos de pruebas del fabricante.
El CV como indicador de la capacidad de flujo
Un valor de Cv más alto significa que, en las mismas condiciones básicas, la válvula puede dejar pasar un mayor caudal con una menor caída de presión. Un valor de Cv más bajo significa que la válvula genera una mayor restricción para el mismo caudal.
A efectos de selección, el Cv ayuda a responder preguntas como:
- ¿Esta válvula puede permitir el flujo requerido?
- ¿Qué caída de presión se debe esperar con el caudal requerido?
- ¿La válvula es adecuada únicamente para aislamiento, o se utilizará también para la regulación del caudal?
- ¿Se encuentra la posición de apertura seleccionada dentro de un rango operativo razonable?
- ¿La tabla del fabricante confirma el caudal y la caída de presión requeridos?
El Cv es útil, pero por sí solo no basta para tomar una decisión definitiva sobre el dimensionamiento. Debe interpretarse teniendo en cuenta las condiciones de servicio correctas.
Coeficiente de flujo, Cv y Kv: lo que deben saber los compradores
En muchos debates de ingeniería, el “coeficiente de flujo” es el concepto general. Cv es el coeficiente de flujo común en EE. UU., mientras que Kv es el coeficiente de flujo métrico. Están relacionados, pero no son la misma expresión.
| Término | Significado a nivel del comprador | Uso práctico |
|---|---|---|
| Coeficiente de caudal | Término general para referirse a la capacidad de flujo de una válvula | Se utiliza ampliamente en debates técnicos |
| Cv | Coeficiente de caudal estadounidense | Es común en las hojas de datos de válvulas y en los análisis de dimensionamiento que utilizan unidades del sistema habitual de EE. UU. |
| Kv | Coeficiente de flujo métrico | Es común en las hojas de datos métricas y en las referencias europeas; confirma el sistema de unidades antes de compararlo con el Cv |
| K / Zeta | Coeficiente de pérdida de presión | Término más avanzado del cálculo hidráulico, que por lo general no es necesario para una revisión básica de la solicitud de cotización |
A efectos de una referencia de unidades neutral, Engineering ToolBox define Cv como el caudal de agua en galones estadounidenses por minuto con una caída de presión de 1 psi, y Kv como el factor de caudal métrico; por lo tanto, las hojas de datos de los proyectos no deben comparar ambos valores sin confirmar las unidades: Referencia de coeficientes de caudal Cv y Kv.
Si la ficha técnica del proyecto utiliza datos de flujo en el sistema métrico, confirma si el fabricante proporciona el valor Cv o Kv antes de comparar tablas o calcular la caída de presión. En la mayoría de las solicitudes de cotización industriales, los compradores deben proporcionar el caudal requerido, la presión de operación, la temperatura, el medio, el tamaño de la tubería y el tipo de servicio. De esta manera, el fabricante de la válvula o el ingeniero podrá confirmar el valor adecuado de Cv, la caída de presión y el diseño de la válvula.
Por qué los datos de Cv deben coincidir con el diseño de la válvula y la posición de apertura
Los datos de Cv no deben mezclarse entre diferentes diseños o marcas de válvulas. Es posible que un valor de Cv para una serie de válvulas no sea aplicable a otra serie, incluso si ambas válvulas tienen el mismo tamaño nominal. Una válvula de mariposa con asiento elástico concéntrico, una válvula de mariposa de alto rendimiento y una válvula de mariposa de triple desplazamiento pueden tener características de flujo diferentes.
El valor Cv también debe corresponder a la posición de apertura. Un valor Cv con la válvula totalmente abierta no es el mismo que el valor Cv con la válvula parcialmente abierta. Esto es especialmente importante cuando la válvula se utiliza para la regulación o el control del flujo.
La combinación de datos de Cv de otro fabricante, serie de válvulas, clase de presión, diseño de asiento o ángulo de apertura puede dar lugar a una estimación incorrecta de la caída de presión. En un proyecto, ese error puede hacer que la válvula seleccionada no cumpla con las condiciones de flujo requeridas o que funcione fuera del rango de control esperado.
Cómo afecta el ángulo de apertura al coeficiente Cv y a la caída de presión de una válvula de mariposa
El ángulo de apertura es uno de los factores más importantes en la caída de presión de una válvula de mariposa. A medida que el disco gira desde la posición cerrada hacia la abierta, cambia el área de flujo disponible. El coeficiente de flujo aumenta, pero normalmente no lo hace siguiendo una línea recta simple.
Por eso, muchas tablas de Cv de válvulas de mariposa muestran los valores de Cv en diferentes ángulos de apertura o porcentajes de apertura.
La curva de tensión-corriente no es lineal desde la posición cerrada hasta la posición totalmente abierta
Un error común es suponer que una válvula que está 50% abierta tiene aproximadamente 50% de su coeficiente de flujo (Cv) a plena apertura. En el caso de una válvula de mariposa, esta suposición no suele ser segura. La relación entre el ángulo del disco y el coeficiente de flujo no es lineal.
El disco crea una trayectoria de flujo variable a medida que gira. En aberturas pequeñas, un movimiento mínimo puede provocar un gran cambio en la velocidad local y una pérdida de presión. En aberturas más grandes, la trayectoria de flujo se vuelve más amplia, pero el disco sigue permaneciendo dentro del orificio.
Una curva típica de Cv de apertura debe interpretarse como una guía de tendencia, no como una fuente de datos universal. Los compradores deben prestar atención a la rapidez con la que cambia el Cv en las diferentes zonas de apertura y deben evitar dar por sentado que el porcentaje de apertura es igual al porcentaje de Cv. Para la revisión final, se debe seguir utilizando la tabla de ángulos de apertura del fabricante correspondiente a la serie de válvulas en cuestión.
| Condición de apertura | Interpretación típica | Advertencia sobre la selección |
|---|---|---|
| Casi cerrado | Alta restricción y variación sensible del flujo | No des por sentado que la regulación es estable basándote en datos genéricos; evalúa el ruido, la vibración y los riesgos de control si la válvula va a funcionar casi cerrada |
| Parcialmente abierto | El Cv varía considerablemente con el ángulo del disco | Utilice los datos del fabricante sobre el ángulo de apertura para el punto de funcionamiento previsto |
| En su mayor parte abierto | Menor restricción que las posiciones de apertura pequeñas | Es útil para un análisis preliminar de baja resistencia, pero de todos modos hay que verificar la caída de presión real, la velocidad y la base de la tabla. |
| Totalmente abierto | Valor Cv más alto para esa configuración de válvula | Adecuado para analizar la caída de presión en el aislamiento, pero no es suficiente para representar las condiciones de estrangulamiento |
Esta tabla solo explica el comportamiento. No sustituye a la tabla de Cv del fabricante.
CV totalmente abierto frente a CV con limitación
El Cv a plena apertura resulta útil cuando la válvula de mariposa se utiliza principalmente para el aislamiento y, por lo general, opera en posición abierta o cerrada. En ese caso, es posible que el comprador desee conocer la caída de presión cuando la válvula está abierta en la tubería.
El Cv en condiciones de estrangulamiento es diferente. Si la válvula se utiliza para regular el flujo, el Cv relevante es el que corresponde a la apertura real de funcionamiento. Una válvula puede tener un buen Cv cuando está completamente abierta, pero aun así no ser adecuada para una aplicación específica de estrangulamiento si el punto de control requerido se encuentra en un rango de apertura sensible o inestable.
En el caso de los servicios de regulación de caudal, la solicitud de cotización debe indicar las condiciones de caudal mínimo, normal y máximo previstas, junto con la caída de presión prevista y la apertura de funcionamiento, si se conoce.
Por qué son importantes los datos del ángulo de apertura proporcionados por el fabricante
Los datos del fabricante sobre el ángulo de apertura ayudan al comprador y al ingeniero a evitar las conjeturas. Una tabla de Cv adecuada para válvulas de mariposa puede mostrar los valores de Cv según el tamaño y la posición de apertura. Algunas tablas también pueden clasificar los diferentes diseños de válvulas, clases de presión o estilos de cuerpo.
Al analizar la caída de presión en las válvulas de mariposa, la tabla debe considerarse como información específica del diseño. No debe utilizarse como una tabla universal para todas las válvulas de mariposa.
Una tabla de referencia de Cv para válvulas de mariposa, que enumera los valores según el ángulo del disco, también señala que se deben verificar los datos del fabricante antes de su uso real; úsela únicamente como referencia para practicar la lectura de gráficos: Cv de la válvula de mariposa según la posición de apertura.
Cómo calcular la caída de presión en una válvula de mariposa utilizando el coeficiente Cv
El valor Cv se puede utilizar para estimar la caída de presión cuando se cuenta con los datos correctos sobre el valor Cv de la válvula y las condiciones de servicio. Para el servicio con líquidos, la relación básica se expresa comúnmente mediante el caudal, el valor Cv y la gravedad específica.
El concepto práctico es sencillo: para un caudal dado, un valor de Cv más alto suele significar una caída de presión menor; un valor de Cv más bajo suele significar una caída de presión mayor.
Datos básicos de la fórmula de líquidos: caudal, Cv y densidad relativa
Para realizar una estimación básica de la caída de presión en un sistema de fluidos, los datos principales son:
| Entrada | Significado | Por qué es importante |
|---|---|---|
| Q | Caudal | Determina la cantidad de líquido que debe pasar por la válvula |
| Cv | Coeficiente de caudal de la válvula | Indica la capacidad de flujo para el diseño de válvula y la posición de apertura seleccionados |
| SG | Densidad del fluido | Corrige la estimación de la densidad del líquido en relación con el agua |
| ΔP | Caída de presión | La diferencia de presión a través de la válvula |
Para una revisión preliminar del servicio de líquidos, la relación habitual es:
ΔP = SG × (Q / Cv)²
Dónde Q es el caudal, Cv es el coeficiente de caudal de la válvula seleccionada, SG es la gravedad específica, y ΔP es la caída de presión. El valor Cv utilizado en esta ecuación debe corresponder al diseño real de la válvula y a su posición de apertura. Si el valor Cv se toma de un diseño de válvula incorrecto, de un ángulo de apertura erróneo o de una hoja de datos equivocada, la estimación de la caída de presión no será confiable.
En cuanto a los límites de la fórmula, la guía Cv/Kv de Pipe Flow muestra cómo el Cv relaciona el caudal, la pérdida de presión y la gravedad específica en el caso de los líquidos, lo que respalda el uso que se hace en este artículo de la ecuación únicamente como una herramienta de análisis preliminar: Referencia para el cálculo de la pérdida de presión en válvulas Cv y Kv.
Esta ecuación es útil para comprender la relación entre el caudal, el Cv y la caída de presión. No debe considerarse como una aprobación definitiva del dimensionamiento para todas las condiciones de servicio.
Cuándo resulta útil la fórmula
La fórmula resulta útil para realizar un análisis preliminar de la caída de presión cuando el fluido es un líquido limpio, se conoce el caudal, se dispone de la densidad y el valor de Cv proviene de los datos correctos del fabricante para la apertura prevista de la válvula.
En las primeras etapas de la solicitud de cotización, esta fórmula ayuda al comprador a comprender por qué es necesario analizar conjuntamente el Cv y la caída de presión. También puede ayudar a determinar si vale la pena analizar más a fondo el tamaño propuesto de una válvula antes de solicitar una confirmación detallada del dimensionamiento.
Cuando el cálculo del Cv no es suficiente
El cálculo del Cv por sí solo no es suficiente cuando el servicio es complejo o cuando las condiciones de operación pueden generar riesgos especiales. Se requiere una revisión adicional en los siguientes casos:
- Servicio de alta velocidad: Una alta velocidad puede aumentar el ruido, la vibración, el riesgo de erosión y la pérdida real de presión.
- Fluidos viscosos: La viscosidad puede hacer que la caída de presión real difiera de una estimación simple basada en agua limpia.
- Lodos o medios sucios: Los sólidos pueden afectar la idoneidad de la válvula, el desgaste del asiento, el comportamiento del flujo y la pérdida de presión a largo plazo.
- Servicio de gas, vapor o gas: El flujo compresible requiere un análisis de dimensionamiento diferente y no debe basarse únicamente en una simple ecuación de Cv para líquidos.
- Riesgo de flashing o cavitación: Una estimación básica del coeficiente Cv no permite confirmar si la recuperación de presión o las condiciones locales de presión son aceptables.
- Flujo bifásico: El comportamiento en fase mixta requiere un análisis específico para cada aplicación.
- Servicio con restricción severa: Es posible que la válvula funcione en un rango de apertura sensible y que sea necesario revisar la estabilidad del control.
- Disposición inusual de las tuberías aguas arriba o aguas abajo: Los codos, los reductores, las salidas de las bombas o los tramos rectos cortos pueden afectar el rendimiento del sistema una vez instalado.
- Preocupaciones relacionadas con el ruido o las vibraciones: Esto podría indicar que es necesario analizar más a fondo la caída de presión, la velocidad o la posición de funcionamiento.
En estos casos, el comprador no debe basarse únicamente en una simple ecuación de Cv. El fabricante de la válvula o el equipo de ingeniería deben analizar las condiciones de la aplicación.
Cómo leer un gráfico de Cv o de caída de presión de una válvula de mariposa
Se debe leer con atención una tabla de Cv o de caída de presión de una válvula de mariposa. El objetivo no es solo encontrar un número, sino confirmar si ese número se aplica a la válvula en cuestión y a las condiciones de servicio.
Una revisión práctica de las tablas debe seguir una secuencia: primero, hacer coincidir la serie de la válvula, el tamaño, la clase de presión, el estilo del cuerpo, el asiento y el diseño del disco; luego, verificar el ángulo de apertura o el porcentaje de apertura; a continuación, verificar los supuestos sobre el fluido y las condiciones de prueba; y, por último, utilizar los datos del fabricante para la revisión final de la caída de presión y el dimensionamiento.
No considere una tabla de un solo fabricante, serie de válvulas, clase de presión o diseño de asiento como una tabla universal para todas las válvulas de mariposa.
Tamaño, diseño y clase de presión de la válvula de retención
Empieza por verificar que la tabla corresponda a la válvula que estás seleccionando. Revisa:
- tamaño nominal;
- clase de presión o clasificación PN;
- estilo de carrocería;
- tipo de asiento;
- diseño del disco;
- serie de válvulas;
- cerrar conexión;
- norma aplicable o referencia de la hoja de datos.
Las especificaciones técnicas de una válvula de mariposa con asiento elástico concéntrico no deben aplicarse automáticamente a una válvula de mariposa de triple desplazamiento. No se debe dar por sentado que las especificaciones técnicas de una clase de presión se aplican a otra clase de presión, a menos que el fabricante lo confirme.
Verificar el ángulo de apertura o el porcentaje de apertura
Para evaluar la caída de presión, la posición de la válvula es importante. Si la tabla solo muestra el valor de Cv con la válvula completamente abierta, puede ser útil para aplicaciones de aislamiento, pero no es suficiente para aplicaciones de regulación de caudal.
Para el control de caudal o la regulación, el comprador debe verificar los valores de Cv en las aperturas de operación previstas. Se debe revisar la tabla comparando los puntos de caudal normal, mínimo y máximo.
Verifica las suposiciones sobre los fluidos y las condiciones de prueba
Muchas tablas de Cv se basan en agua o en condiciones de prueba específicas. El comprador debe verificar si los supuestos de la tabla coinciden con el proceso real.
Entre los puntos importantes se incluyen:
| Campo del gráfico o suposición | Por qué es importante |
|---|---|
| Medio de prueba | Es posible que sea necesario corregir los valores basados en el agua cuando el medio real tenga una densidad, viscosidad o comportamiento de fase diferentes. |
| Temperatura | La temperatura puede alterar las propiedades de los fluidos y también puede influir en la elección de los asientos o de los materiales |
| Gravedad específica | Requerido para la estimación de la caída de presión del líquido y la revisión del Cv |
| Apertura de la válvula | Una válvula parcialmente abierta puede tener un valor Cv muy diferente al de la posición totalmente abierta |
| Diseño de válvulas | Los distintos diseños de cuerpo, disco y asiento requieren su propia tabla del fabricante |
| Clase de presión | La geometría del cuerpo y del disco puede variar según la clasificación o la serie, por lo que se debe confirmar la aplicabilidad de la tabla |
| Dirección del flujo o condiciones de instalación | Algunos diseños o condiciones de servicio pueden requerir una confirmación adicional del comportamiento una vez instalado |
Utilice los datos del fabricante para la selección final
Las referencias genéricas de Cv pueden ayudar a comprender el tema en un primer momento, pero para la selección final se deben utilizar los datos del fabricante. Para una solicitud de cotización de un proyecto, el comprador debe solicitar al fabricante la confirmación del valor de Cv, la caída de presión y el dimensionamiento correspondientes al diseño específico de la válvula y a las condiciones de operación.
Esto evita que en el proyecto se utilice un diagrama que parezca correcto, pero que no coincida con la válvula que se va a suministrar.
Factores que influyen en la caída de presión de una válvula de mariposa
La caída de presión en una válvula de mariposa depende tanto del diseño de la válvula como de las condiciones del sistema. Una válvula del mismo tamaño nominal puede comportarse de manera diferente según la geometría de la válvula, la velocidad del flujo, las propiedades del fluido y las condiciones de instalación.
| Factor | Cómo puede afectar la caída de presión | Nota de selección |
|---|---|---|
| Diseño de válvulas | El perfil del disco, la disposición de los vástagos, el diámetro interior del cuerpo y el diseño del asiento modifican la trayectoria del flujo | Utilice los datos de Cv específicos del diseño correspondientes a la serie correcta de válvulas |
| Ángulo de apertura | Las aberturas más pequeñas suelen aumentar la restricción y modificar el coeficiente de flujo | Utilice los valores de Cv del ángulo de apertura para la regulación o la revisión del control |
| Velocidad del flujo | Una mayor velocidad suele aumentar la pérdida de presión y puede aumentar el ruido o la vibración | Verifica los límites de velocidad y la caída de presión tanto en el caudal normal como en el máximo |
| Densidad del fluido | Los líquidos más densos influyen en el cálculo de la caída de presión | Indique la gravedad específica para la revisión de la caída de presión del líquido |
| Viscosidad | Es posible que los fluidos más viscosos no se ajusten a los supuestos básicos que se aplican al agua limpia | Solicita que se revise tu solicitud en lugar de basarte únicamente en un currículum genérico |
| Disposición de las tuberías | Los codos, los reductores, las bombas o los tramos rectos cortos pueden alterar el flujo | Revisa las condiciones de instalación si la válvula se encuentra cerca de una fuente de perturbación |
| Tipo de servicio | El aislamiento y la limitación requieren métodos diferentes de revisión de Cv | Indique si la válvula está normalmente completamente abierta, parcialmente abierta o es modulante |
| Tamaño de la válvula | Influye en el área de flujo y la velocidad | Verifica el tamaño de la tubería, el tamaño de la válvula y si la válvula es de tamaño completo o reducida en el sistema |
| Geometría del asiento y del disco | Influye en la capacidad de flujo, la recuperación de presión y el comportamiento operativo | Confirme la serie exacta de la válvula, el diseño del asiento y el material del disco |
Diseño de válvulas: diseños concéntricos, descentrados y de alto rendimiento
Los distintos diseños de válvulas de mariposa pueden tener diferentes coeficientes de flujo. Es posible que una válvula de asiento elástico concéntrico, una válvula de doble desplazamiento, una válvula de triple desplazamiento y una válvula de mariposa de alto rendimiento no tengan el mismo comportamiento en cuanto al coeficiente Cv.
No se debe dar por sentado que las válvulas de mariposa concéntricas, descentradas, de alto rendimiento y con triple descentramiento tengan el mismo valor de Cv o el mismo comportamiento en cuanto a la caída de presión, incluso si tienen el mismo tamaño nominal. La regla clave para la selección es sencilla: utilice los datos de Cv correspondientes a la serie exacta de válvulas y a las condiciones de servicio que se estén analizando.
Cuando la aplicación requiere una configuración de desplazamiento más especializada o para condiciones de servicio extremo, el válvula de mariposa de alto rendimiento Esta página puede ayudar a diferenciar las preguntas sobre la configuración del producto de la revisión general de Cv que se presenta en este artículo.
Velocidad del flujo y trazado de las tuberías
Una alta velocidad puede aumentar la caída de presión y también puede incrementar el riesgo de ruido, vibración, erosión o un funcionamiento inestable. La disposición de las tuberías también puede influir en el desempeño una vez instalada. Es posible que una válvula instalada cerca de codos, reductores, bombas u otras fuentes de perturbación no funcione exactamente igual que una válvula probada en condiciones controladas.
En el caso de servicios importantes, el comprador debe proporcionar información sobre las tuberías o un boceto básico durante la revisión de la solicitud de cotización.
Densidad y viscosidad del fluido, y condiciones de servicio
Las propiedades de los fluidos son importantes. Los líquidos similares al agua son más fáciles de analizar con fórmulas básicas de Cv. Los fluidos viscosos, las suspensiones, los gases, el vapor, el servicio de destilación instantánea o las condiciones bifásicas requieren un análisis más minucioso.
La solicitud de cotización debe indicar claramente el medio, la temperatura, la presión, el estado de fase y la presencia de cualquier componente sólido o corrosivo.
Asiento, disco y geometría del cuerpo
La geometría del asiento y del disco puede modificar la trayectoria interna del flujo. La forma y el espesor del disco, el perfil del asiento y el diámetro interior del cuerpo influyen en la resistencia al flujo. Esta es otra razón por la que los valores Cv genéricos solo deben utilizarse para una comprensión preliminar.
Servicio de activación/desactivación frente al servicio de limitación: por qué cambia la revisión de Cv
Una válvula de mariposa que se utiliza únicamente para el aislamiento (abierta/cerrada) se evalúa de manera diferente a una válvula de mariposa que se utiliza para la regulación del caudal. El tipo de servicio determina qué datos de Cv son relevantes.
Servicio de aislamiento de encendido/apagado
En el servicio de apertura/cierre, la válvula normalmente funciona totalmente abierta o totalmente cerrada. El análisis de la caída de presión se centra principalmente en la condición de válvula totalmente abierta. El comprador desea confirmar que la válvula abierta no genere demasiada resistencia al flujo en el sistema de tuberías.
Para muchos servicios generales de aislamiento, una válvula de mariposa puede ser una opción compacta y eficiente. Sin embargo, se debe verificar la caída de presión en posición totalmente abierta cuando la capacidad de flujo, la altura de bombeo o la eficiencia del sistema sean factores importantes.
Servicio de limitación de ancho de banda o control de flujo
En el servicio de regulación, la válvula opera en posiciones intermedias. La caída de presión y el valor Cv deben evaluarse en la apertura real de funcionamiento, no solo en la posición de apertura total.
El servicio de limitación de ancho de banda puede requerir más datos, entre ellos:
- caudal mínimo, normal y máximo;
- presión aguas arriba y aguas abajo;
- caída de presión prevista;
- propiedades de los fluidos;
- límites permitidos de ruido o vibración;
- tipo de actuador y requisitos de control;
- rango de apertura operativo previsto.
Una válvula de mariposa puede utilizarse en algunas aplicaciones de regulación, pero no debe seleccionarse únicamente porque se adapte al tamaño de la tubería. Es necesario analizar el comportamiento de control requerido y el rango de operación.
Por qué el control de aduanas necesita más datos de las solicitudes
La función de control presenta más incertidumbre que la simple función de aislamiento. Una válvula que sea adecuada para un servicio de apertura y cierre puede no ser la ideal para un control preciso del flujo. Es posible que la válvula opere en un rango de apertura sensible, o que la caída de presión no se ajuste a los requisitos del proceso.
Si se selecciona una válvula basándose únicamente en datos de apertura total, pero posteriormente se utiliza para regular el flujo, es posible que funcione la mayor parte del tiempo en un rango de apertura inadecuado. Esto puede provocar una respuesta inestable del flujo, una caída de presión excesiva, un rendimiento deficiente del control o problemas en la selección del actuador.
Por esta razón, la solicitud de cotización debe indicar claramente si la válvula es para aislamiento, regulación manual o control automatizado.
Errores comunes al utilizar el coeficiente de flujo (CV) de una válvula de mariposa
El Cv es útil, pero a menudo se utiliza de manera incorrecta. Muchos errores de selección se deben a que se aplica un valor de Cv incorrecto a una condición de servicio inadecuada.
Uso de un CV totalmente abierto para una válvula regulada
El valor Cv en posición totalmente abierta no debe utilizarse como única referencia para una aplicación de regulación. Una válvula utilizada en las posiciones 40%, 50% o 60% puede tener un valor de Cv diferente al de la posición de apertura total. El uso del valor de Cv en posición de apertura total puede subestimar la caída de presión en una posición de apertura parcial y puede provocar que la válvula no alcance el punto de control requerido.
Medida correcta: utilice los datos de Cv del fabricante correspondientes a la apertura de funcionamiento prevista, no solo a la posición de apertura total.
Usar la tabla del fabricante incorrecta
Es posible que una tabla de otro fabricante de válvulas o de otra serie de válvulas no coincida con la válvula seleccionada. Aunque el tamaño nominal sea el mismo, el disco, el cuerpo, el asiento, la clase de presión y el tipo de diseño pueden ser diferentes.
El uso de una tabla incorrecta puede provocar un error significativo en el dimensionamiento, ya que es posible que el Cv seleccionado no corresponda a la válvula que se va a suministrar. Siempre que sea posible, utilice la tabla correspondiente a la serie de válvulas concreta.
Sin tomar en cuenta la gravedad específica ni las propiedades del fluido
En un cálculo sencillo de la caída de presión se puede suponer un comportamiento similar al del agua. Si el medio real tiene una densidad, viscosidad, contenido de sólidos o estado de fase diferentes, es posible que el resultado no refleje las condiciones reales de operación.
Si no se toman en cuenta las propiedades del fluido, la estimación de la caída de presión puede parecer aceptable, aunque el sistema instalado se comporte de manera diferente. Siempre incluya los datos del fluido en la solicitud de cotización.
El uso de los valores típicos de Cv como datos definitivos para el dimensionamiento
Los valores típicos de Cv pueden servir como referencia inicial, pero no deben sustituir las especificaciones del fabricante. La revisión final de la caída de presión debe basarse en la válvula que se suministrará realmente.
Considerar los valores típicos como datos definitivos puede dar lugar a un análisis erróneo de la altura de bombeo, a una selección incorrecta de las válvulas o a resultados deficientes en la puesta en servicio. Utilice el valor Cv típico únicamente como referencia preliminar.
Combinar Cv, Kv y el coeficiente de pérdida sin verificar las unidades
Los valores Cv, Kv y el coeficiente de pérdida están relacionados con el flujo y la pérdida de presión, pero no son lo mismo. Si el proyecto utiliza datos métricos, confirma si la hoja de datos utiliza Cv o Kv. Si un modelo hidráulico utiliza K o Zeta, confirma el significado y las unidades antes de comparar los valores.
Combinar estos valores sin verificar las unidades puede generar errores de cálculo, incluso cuando los datos de la válvula en sí son correctos.
Lista de verificación de datos de solicitud de cotización y dimensiones para la revisión de la caída de presión en válvulas de mariposa
Una solicitud de cotización clara ayuda al fabricante de válvulas o al equipo de ingeniería a confirmar los datos correctos de caída de presión y Cv de la válvula de mariposa. Si la solicitud de cotización solo indica “tamaño DN y clase de presión”, la selección podría ser incompleta.
Procesar datos para proporcionar
| Artículo de la solicitud de cotización | Por qué es necesario |
|---|---|
| Medio | Determina la densidad, la viscosidad, la corrosión, los sólidos, el estado de fase y la idoneidad para el servicio |
| Caudal | Se utiliza para calcular la caída de presión esperada y el valor de Cv requerido |
| Caudal normal / mínimo / máximo | Ayuda a revisar el punto de aceleración, el rango de apertura y la estabilidad de control |
| Presión de funcionamiento | Información necesaria para la revisión de la clasificación de la válvula y el contexto de la caída de presión |
| Presión aguas abajo, si se conoce | Ayuda a confirmar el ΔP real a través de la válvula |
| Temperatura de funcionamiento | Influye en la selección de materiales, la idoneidad de los asientos y las propiedades de los fluidos |
| Gravedad específica | Requisitos para el cálculo de la caída de presión de un líquido utilizando el valor Cv |
| Viscosidad | Ayuda a determinar si una estimación simple del Cv en estado líquido es confiable |
| Contenido de sólidos o de lodo | Puede afectar el diseño de la válvula, la selección del asiento, el riesgo de desgaste y el comportamiento del flujo |
Datos sobre válvulas y tuberías que se proporcionarán
| Artículo de la solicitud de cotización | Por qué es necesario |
|---|---|
| Diámetro de la tubería | Verifica la velocidad del flujo y si el tamaño de la válvula se ajusta al sistema |
| Tamaño de la válvula | Ayuda a confirmar si la válvula seleccionada puede cumplir con los requisitos de caudal y caída de presión |
| Clase de presión / Clasificación PN | Confirma la clasificación del cuerpo y si la tabla seleccionada es aplicable |
| Tipo de conexión | Las conexiones tipo wafer, con orejetas, con brida u otras influyen en la selección del producto y el alcance de la instalación |
| Diseño de válvulas | Los diseños concéntricos, descentrados, con triple descentramiento o de alto rendimiento requieren la tabla de Cv correcta |
| Material del asiento y del disco | Afecta la compatibilidad del servicio, la trayectoria del flujo y las series de válvulas disponibles |
| Requisito relativo a la dirección del flujo | Importante para diseños o servicios con una dirección de instalación recomendada |
| Plano de instalación | Ayuda a identificar perturbaciones en las etapas anteriores o posteriores que puedan afectar el comportamiento del sistema instalado |
| Método de accionamiento | El tipo de operación (manual, mecánica, neumática, eléctrica o hidráulica) influye en la revisión del servicio y el control |
| Tipo de servicio | Distingue entre la revisión de Cv totalmente abierta y la revisión de Cv con limitación |
Para las decisiones sobre el tipo de conexión en la solicitud de cotización, compara Válvula de mariposa tipo wafer frente a válvula de mariposa con brida requisitos antes de dar por concluida la conexión de la tubería y los datos de instalación.
Datos de la tabla o del CV que deben confirmarse con el fabricante
Pídale al fabricante o al proveedor que confirme lo siguiente:
- Cv en posición totalmente abierta;
- Cv en la apertura de estrangulamiento prevista, si corresponde;
- caída de presión a caudal normal y máximo;
- base de los gráficos y condiciones de prueba;
- si los valores se aplican al diseño de la válvula seleccionada;
- si el servicio requiere una revisión adicional para detectar cavitación, destellos, ruido o alta velocidad;
- si la válvula es adecuada para la posición de funcionamiento prevista.
Esta información ayuda a evitar elegir una válvula basándose únicamente en su tamaño nominal.
Preguntas frecuentes sobre la caída de presión y el coeficiente Cv de las válvulas de mariposa
¿Qué es el Cv en una válvula de mariposa?
Cv es el coeficiente de caudal de la válvula. Indica la capacidad de flujo de la válvula de mariposa en condiciones definidas. En el proceso de selección, el Cv se utiliza para relacionar el caudal y la caída de presión, pero debe corresponder al diseño correcto de la válvula y a su posición de apertura.
¿Un valor más alto de Cv significa un mayor flujo?
Sí, en las mismas condiciones básicas, un valor de Cv más alto significa que la válvula puede permitir un mayor caudal con una menor caída de presión. Sin embargo, el valor de Cv debe interpretarse con cuidado, ya que depende del tamaño de la válvula, su diseño, el ángulo de apertura y los datos del fabricante.
¿Cómo se calcula la caída de presión en una válvula de mariposa?
Para realizar un cálculo básico del líquido, la relación habitual es ΔP = SG × (Q / Cv)², donde Q es el caudal, Cv es el coeficiente de caudal de la válvula seleccionada, SG es la gravedad específica y ΔP es la caída de presión. Utilice el valor de Cv correspondiente al diseño y la posición de apertura correctos de la válvula. Esta fórmula es útil para una revisión preliminar, no para la aprobación definitiva del dimensionamiento en todos los casos de uso.
¿Cuál es la diferencia entre caída de presión y pérdida de presión?
En muchos debates sobre la selección de válvulas, los términos «caída de presión» y «pérdida de presión» se utilizan de manera similar. Ambos se refieren a la pérdida de presión que se produce cuando el fluido pasa a través de la válvula. La caída de presión suele expresarse como la diferencia entre la presión aguas arriba y la presión aguas abajo.
¿Cómo afecta el ángulo de apertura al coeficiente Cv de una válvula de mariposa?
El ángulo de apertura modifica el área de flujo disponible alrededor del disco. A medida que la válvula se abre, el valor Cv aumenta, pero no sigue un patrón lineal simple. Una válvula de mariposa parcialmente abierta debe evaluarse utilizando los datos de Cv correspondientes al ángulo de apertura, y no solo el valor de Cv cuando está completamente abierta.
¿Puedo usar una válvula de mariposa para regular el flujo o controlar el caudal?
Una válvula de mariposa puede utilizarse para algunas aplicaciones de regulación o control de flujo, pero no debe seleccionarse basándose únicamente en el tamaño de la tubería o en el valor Cv a plena apertura. Antes de confirmar la elección de la válvula, se deben analizar el rango de flujo, la caída de presión, la posición de apertura, el tipo de actuador, las propiedades del fluido y los requisitos de control.
¿Debería usar la tabla de Cv del fabricante?
Sí. Para la selección final se debe utilizar una tabla de Cv o de caída de presión del fabricante, ya que los valores de Cv varían según el diseño de la válvula, su tamaño, el ángulo de apertura, la clase de presión y la serie del producto. Las tablas genéricas solo sirven para tener una idea preliminar.
¿Qué datos se necesitan para calcular la caída de presión en una válvula de mariposa?
Como mínimo, indique el caudal, el medio, la densidad, la presión de operación, la temperatura, el tamaño de la tubería, el tamaño de la válvula, el tipo de servicio y la posición de apertura prevista si la válvula se utiliza para regular el flujo. En el caso de servicios complejos, indique también la viscosidad, el contenido de sólidos, la presión aguas abajo y el trazado de las tuberías.
¿Cuál es la diferencia entre Cv y Kv en las válvulas de mariposa?
Tanto Cv como Kv describen la capacidad de flujo de una válvula, pero utilizan sistemas de unidades diferentes. No compares Cv y Kv directamente sin realizar una conversión o sin la confirmación del fabricante. Al revisar una solicitud de cotización, confirma qué coeficiente utiliza la hoja de datos antes de comparar tablas o calcular la caída de presión.
Conclusión: Confirmar la caída de presión de la válvula de mariposa con el valor de Cv, los datos de la tabla y las condiciones de servicio
La caída de presión en una válvula de mariposa no es un valor fijo. Depende del diseño de la válvula, la posición del disco, el ángulo de apertura, el caudal, las propiedades del fluido y las condiciones de la tubería. El coeficiente de flujo (Cv) de una válvula de mariposa es una forma útil de comprender la capacidad de flujo, pero debe corresponderse con la serie de válvula y la posición de operación correctas.
En el caso de un servicio de aislamiento, el valor de Cv con la válvula completamente abierta puede ser suficiente para una revisión preliminar de la caída de presión. Para servicios de estrangulamiento o control, la revisión debe incluir el valor de Cv en el rango de apertura previsto, la caída de presión permitida, las propiedades del fluido y los datos de las tablas del fabricante.
Antes de confirmar el uso de una válvula de mariposa para un proyecto, determine el caudal, la presión, la temperatura, el medio, la densidad, el tamaño de la válvula, el tipo de conexión, el tipo de servicio y la posición de operación requeridos. Esto permite que el fabricante de la válvula o el equipo de ingeniería verifique si la válvula de mariposa seleccionada puede cumplir con la caída de presión y la capacidad de flujo requeridas.
Soporte técnico para aplicaciones y especificaciones
Si no estás seguro de si debes utilizar un Cv de apertura total, un Cv de apertura parcial o una tabla de Cv específica del fabricante para tu aplicación de válvula de mariposa, NTGD puede analizar las condiciones de la aplicación antes de que confirmes la solicitud de cotización.
Para la selección de proyectos, NTGD puede ayudar a verificar el diseño de la válvula de mariposa, la caída de presión prevista, los requisitos de datos de Cv, las condiciones de apertura y la idoneidad para el servicio. Para facilitar una revisión más precisa, proporcione el medio, el caudal, la presión de operación, la temperatura, el tamaño de la tubería, la clase de presión, la preferencia de diseño de la válvula y si la válvula se utilizará para aislamiento o para regulación de flujo.
Puedes enviar las condiciones del proyecto a través de Página de contacto de NTGD para que se revise la solicitud antes de confirmar las especificaciones definitivas de la válvula de mariposa.
