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DONNEES TECHNIQUES...0,03 0,48 0,54 0,42 0,36 0,30 0,18 0,12 0,06 0 0,24 Abaque I : Détermination du coefficient Fsg Abaque II : Détermination du coefficient Ft de correction de

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  • Evaluation de la taille des vannesIl est important de bien choisir la taille des vannes. Si l'on sélectionne une vanne trop grande ou trop petite, cela aura des effets néfastes sur le fonctionnement du système.

    Sous-dimensionner une vanne risque :

    1) de réduire le débit souhaité2) de provoquer la vaporisation des liquides

    à la sortie de la vanne3) d'entraîner une importante perte de charge

    dans les tuyauteries et dans la vanne4) de diminuer la pression de sortie

    Sur-dimensionner une vanne risque :

    1) d'augmenter le coût des installations à cause d'équipements surdimensionnés

    Pour les électrovannes à commande assistée :2) de provoquer un débit variable au travers de

    la vanne ou encore une commande irrégu-lière du débit à cause d'un ∆P insuffisant

    3) de réduire la durée de vie de certaines vannes à cause des oscillations dans les parties internes lorsque le débit n'est pas en mesure de maintenir les pressions différentielles internes nécessaires

    4) d'entraîner une utilisation irrégulière de certaines vannes : par exemple, une vanne à trois et quatre orifices risque de ne pas changer de position parce que le débit est insuffisant

    5) de diminuer la durée de vie des sièges et clapets par l'apparition d'un phénomène de cavitation lié à la vitesse d'écoulement du fluide.

    Définition du coefficient de débit KvLe coefficient de débit Kv en m3/h ou l/min est un débit volumétrique expérimental (capacité) réalisé au travers d'une vanne qui, pour une course spécifique, aura les conditions suivantes :- perte de pression admissible (∆pKv) au tra-

    vers de la vanne égale à 105 Pa (1 bar)- le fluide véhiculé est de l'eau pour une

    plage de température de 278 K à 313 K (5°C à 40°C)

    - l'unité de débit volumétrique est le m3/h ou l/min

    La valeur du coefficient de débit Kv s'obtient au moyen de l'équation suivante à partir de résultats de tests :

    Kv Qpp

    Kv

    w

    = ∆∆

    . .

    ρρ

    où :Q est le débit volumétrique mesuré en

    m3/h ou en l/min∆pKv est la perte de charge admissible de

    105 Pa (voir ci-dessus)∆p est la perte de charge admissible en pas-

    cals, mesurée au travers de la vanneρ est la masse volumique du fluide en

    kg/m3ρw est la masse volumique de l'eau (voir ci-

    dessus) en kg/m3 (selon norme CEI 534)

    Si la perte de charge est inférieure à la pression différentielle nécessaire, la vanne est surdimensionnée. Dans ce cas, il faudra proposer une vanne avec une pression différentielle minimale de fonctionnement inférieure ou choisir une vanne de plus petite taille avec un coefficient de débit Kv plus faible.Les formules nécessaires pour déterminer le coefficient de débit Kv sont assez com-pliquées : c'est la raison pour laquelle une série d'abaques de débit a été mise au point pour réduire ce problème.Le calcul de débit pour un fluide a donc été ramené à une formule de base :

    Kv Débit demandé QCoefficient s F F Fgm sg gl

    = :( ) : , ,

    On trouvera facilement les coefficients Fgm, Fsg, Fgl, en reportant les paramètres connus pour chaque application dans les abaques I à X des pages suivantes (voir exemples de calcul au verso).

    Les tableaux ci-dessous permettent d'évaluer le coefficient de débit Kv si le diamètre de pas-sage approximatif est connu, ou vice-versa. Ce tableau se base sur les propriétés des vannes en ligne. Pour un dimensionnement précis de la vanne et une convertion des coefficients de débit d'une vanne spécifique en débit réel, il faut consulter les abaques de débits ainsi que les valeurs réelles des Kv définies dans les pages de chaque produit.

    Ø pas-sage

    approx.

    Kv approx.

    Ø pas-sage

    approx.

    Kv approx.

    (mm) (m³/h) (l/min) (mm) (m³/h) (l/min)

    0,8

    1,2

    1,6

    2,4

    3,2

    3,6

    4,8

    6,4

    8

    9

    0,02

    0,05

    0,08

    0,17

    0,26

    0,31

    0,45

    0,60

    1,5

    1,7

    0,33

    0,83

    1,33

    2,83

    4,33

    5,17

    7,50

    10,0

    25,0

    28,3

    13 3 50,0

    16 4 66,7

    18 4,5 75,0

    19 6,5 108

    25 11 183

    32 15 250

    38 22 366

    51 41 683

    64 51 850

    76 86 1433

    80 99 1650

    100 150 2500

    125 264 4400

    150 383 6375

    Conditions à prendre en compte

    En règle générale, il faut réunir le maximum de conditions au sujet de l'application en-visagée :

    Débit - Il est indiqué en mètres cube par heure (m3/h) pour les liquides, en Normo mètres cube par heure (Nm3/h) pour les gaz, ou en kilogrammes par heure (kg/h) pour la vapeur. Cette valeur est à définir par l'utili-sateur : en lisant les informations inscrites sur les plaques signalétiques des matériels de pompage, diagrammes de chaufferies ou encore d'après calculs.

    Pression d'entrée (p1) - On obtient cette valeur lorsque l'on connaît la source d'alimentation ou en plaçant un manomètre près de l'entrée de la vanne.

    Pression de sortie (p2) - On obtient cette valeur en la relevant sur le manomètre, mais elle fait souvent partie des spécifications concernant la perte de charge admissible dans le système. Si l'on connaît la pression d'entrée et la perte de charge, il est bien sûr aisé de calculer la pression de sortie.

    Perte de charge (∆p) - Dans les systèmes compliqués ou de grande taille, il est conseillé de maintenir la perte de charge au travers de la vanne à un niveau minimum. Par ailleurs, l'utilisateur a souvent ses propres spécifica-tions concernant ce coefficient. Si la vanne se décharge à l'air libre et si le fluide véhiculé est un liquide, la perte de charge est bien évidemment égale à la pression d'entrée. Lorsque l'on procède au choix d'une vanne qui véhiculera un gaz ou de la vapeur, on ne peut prendre en compte, pour exprimer la perte de charge utilisée dans les formules, que 50 % de la pression d'entrée (couram-ment appelée perte de charge critique). Ceci s'applique même si la vanne doit débiter à l'air libre. Dans tous les autres cas, la perte de charge sera la différence entre les pressions d'entrée et de sortie.

    Nota : Il est souvent difficile de comprendre la signification du terme "pression diffé-rentielle minimale de fonctionnement" (voir page V045).Certaines électrovannes à commande assis-tée fonctionnent grâce à une pression diffé-rentielle créée à l'intérieur de la vanne.Cette pression différentielle se mesure ainsi : c'est la différence entre les conditions d'entrée et de sortie de la vanne entière. Si l'on connaît uniquement les données de débit sans avoir les conditions de pression, il faut utiliser les abaques ou les formules pour calculer la perte de charge qui en résulte.

    DONNEES TECHNIQUESDébit,

    évaluation du coefficient de débit et du diamètre de passage

    Consulter notre documentation sur : www.asco.com

    V050-1

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  • AIR ET GAZ (abaques I et IV à VII)

    Pour trouver le coefficient de débit Kv : On recherche une vanne qui véhiculera 14 Nm3/h à une pression d'entrée de 4 bar et pour une perte de charge (∆p) de 0,5 bar.Quel sera le coefficient de débit lorsque le fluide véhiculé est du dioxyde de carbone ?

    Solution : Se reporter à l'abaque VI (pres-sion d'entrée de 1 à 10 bar). La formule utilisée sera :

    Kv QF Fgm sg

    .

    (Nm /h)(Nm /h)3

    3

    =

    Kv QF Fgl sg

    .

    (Nl/min)(Nm /h)3=

    Trouver le Fgm à partir de l'intersection de la pression d'entrée 4 bar et de la carac-téristique de perte de charge ∆p=0,5 bar. Descendre pour trouver Fgm = 43,5.Le coefficient correspondant Fgl est 2,61.

    Repérer le Fsg correspondant à la densité relative du dioxyde de carbone (= 1,5) sur le diagramme I.Fsg = 0,81

    Application numérique :

    Kv QF Fgm sg

    = = = . , . ,

    , (Nm /h) Nm /h3

    31443 5 0 81

    0 4

    Kv QF Fgl sg

    = = = . , . ,

    , (Nm /h) Nl/min3 14

    2 61 0 816 62

    VAPEUR (abaques VIII à X)

    Pour trouver le coefficient de débit Kv : On recherche une vanne qui véhiculera 25 kg/h de vapeur saturée à une pression d'entrée de 1 bar et une perte de charge (∆p) de 0,2 bar.Quel est le coefficient de débit Kv ?

    Solution : Se reporter aux abaques vapeur correspondants (abaques VIII et IX). La formule utilisée sera :

    Kv QFgm

    (m /h) (kg/h)3 =

    Kv QFgl

    (l/min) (kg/h)=

    Trouver les coefficients Fgm et Fgl sur les abaques VIII ou IX, intersection de la pression d'entrée 1 bar et du ∆p 0,2 bar. Descendre pour trouver :Fgm = 13,8 et Fgl = 0,83

    Application numérique :

    Kv QFgm

    = = = ,

    , (kg/h) m /h32513 8

    1 8

    Kv QFgl

    = = = ,

    (kg/h) l/min250 83

    30

    EXEMPLES DE PROBLEMES

    LIQUIDES (abaques I et III)

    Pour trouver le coefficient de débit Kv : Quel est le coefficient de débit nécessaire pour permettre le passage de 22 litres d'huile par minute avec une densité relative de 0,9 et une perte de charge de 1,5 bar ?

    La viscosité est inférieure à 9° Engler.

    Solution : La formule sera :

    Kv QF Fgm sg

    .

    (m /h)(m /h)33 =

    Kv QF Fgl sg

    .

    (l/min)(m /h)3=

    Pour trouver les coefficients Fgl et Fgm, utiliser l'abaque (III) de débit des liquides.

    Le coefficient Fgm correspond à une perte de charge de 1,5 bar et est égal à 1,25.Le coefficient Fgl correspondant est 0,075.

    On obtient le coefficient Fsg à partir de l'abaque I. Il correspond à une densité relative de 0,9 et est égal à 1,05.

    Application numérique :

    Kv = =−60 22 10

    1 25 1 051

    3. ., . ,

    m /h3

    Kv = =−60 22 10

    0 075 1 0516 7

    3. ., . ,

    , l/min

    Débit - DONNEES TECHNIQUES

    Formule pour les liquides Formule pour les gaz (avec correction de la température) (1)

    (S.G.) (kg/m3) : densité relative par rapport à l'eau (liquides)(S.G.)N (kg/m3) : densité relative par rapport à l'air (gaz)T1 (°C) : température du fluide à l'entrée de la vanneT2 (°C) : température du fluide à la sortie de la vanneQ (m3/h) : débitQN (Nm3/h) : débit volumétrique à travers la vanneKv (m3/h) : coefficient de débitp1 (bar) : pression à l'entrée de la vannep2 (bar) : pression à la sortie de la vanneDp (bar) : perte de charge

    (1) Pour le calcul du débit volumétrique QN il faut connaître : - le coefficient KV - la densité (S.G.)N du fluide - la perte de charge Dp à travers la vanne - la pression du fluide p2 après la vanne - la température du fluide T1 avant la vanne

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    V050-2

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  • 0,03

    0,48

    0,54

    0,42

    0,36

    0,30

    0,18

    0,12

    0,06

    0

    0,24

    Abaque I : Détermination du coefficient Fsg Abaque II : Détermination du coefficient Ft de correction de température

    Débit - DONNEES TECHNIQUES

    Densité relative (S.G.)

    coef

    ficie

    nt F

    sg

    Dans un intervalle de -7°C à +65°C la correction de température à ef-fectuer est très petite et peut-être ignorée pour des applications courantes

    coef

    ficie

    nt F

    t

    TEMPERATURE DU FLUIDE t2 (°C)

    AUTRES TEMPERATURESAUTRES DENSITES

    densité relative (pour 1 bar absolu et 15°C)

    Coe

    ffici

    ent F

    gm (

    m3 /

    h)

    Coe

    ffici

    ent

    Fgl

    (l/m

    in)

    Abaque III : Détermination des coefficients de débits Fgm et Fgl pour un liquide

    Perte de charge ∆p (bar)

    A

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    V050-3

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  • 0,17 0,18 0,21 0,24 0,27 0,30 0,36 0,42 0,48 0,54

    0,42 1,56 1,680,24 0,30 0,36 0,480,54

    0,60,66

    0,720,78

    0,840,9

    0,961,02

    1,081,14

    1,21,26

    1,321,38

    1,441,5 1,62 1,74

    1,81,86

    1,921,98

    2,042,1

    Débit - DONNEES TECHNIQUES

    Coefficient Fgm (m3/h)

    Abaque IV : Détermination des coefficients de débits Fgm et Fgl pour air ou gaz

    Ne pas lire au-dessous de cette courbe limitatrice

    Pre

    ssio

    n d'

    entr

    ée d

    e 0,

    01 à

    0,1

    bar

    (m

    anom

    étriq

    ue)

    Ne pas lire au-dessous de cette courbe limitatrice

    Coefficient Fgm (m3/h)

    Coefficient Fgl (l/min)

    Perte de charge ∆p (bar)Abaque V : Détermination des coefficients de débits Fgm et Fgl pour air ou gaz

    Perte de charge ∆p (bar)

    Pre

    ssio

    n d'

    entr

    ée d

    e 0,

    1 à

    1 ba

    r (m

    anom

    étriq

    ue)

    Coefficient Fgl (l/min)

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    V050-4

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  • 3,6 7,8 1,081,029,698,47,26,665,44,84,23,02,41,81,20,6

    48 102969084787266605442363024181260

    Débit - DONNEES TECHNIQUES

    Abaque VI : Détermination des coefficients de débits Fgm et Fgl pour air ou gaz

    Ne pas lire au-dessous de cette courbe limitatrice

    Coefficient Fgl (l/min)

    Perte de charge ∆p (bar)P

    ress

    ion

    d'en

    trée

    de

    1 à

    10 b

    ar (

    man

    omét

    rique

    )P

    ress

    ion

    d'en

    trée

    de

    10 à

    100

    bar

    (m

    anom

    étriq

    ue)

    Abaque VII : Détermination des coefficients de débits Fgm et Fgl pour air ou gaz

    Coefficient Fgm (m3/h)

    Coefficient Fgl (l/min)

    Perte de charge ∆p (bar)

    Ne pas lire au-dessous de cette courbe limitatrice

    Coefficient Fgm (m3/h)

    A

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    V050-5

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  • 0,54 0,78 1,681,621,561,51,441,381,321,261,21,141,081,020,96

    0,90,840,72

    0,660,60,48

    0,420,36

    0,30,24

    0,18

    9,68,47,87,26,66,05,44,84,23,63,02,41,81,20,60

    8478726660544842363024181260

    Débit - DONNEES TECHNIQUES

    Abaque VIII : Détermination des coefficients de débits Fgm et Fgl pour la vapeur

    Coefficient Fgm (m3/h)

    Coefficient Fgl (l/min)

    Ne pas lire au-dessous de cette courbe limitatrice

    Perte de charge ∆p (bar)P

    ress

    ion

    d'en

    trée

    de

    0,1

    à 1

    bar

    (man

    omét

    rique

    )

    Coefficient Fgm (m3/h)

    Coefficient Fgl (l/min)

    Ne pas lire au-dessous de cette courbe limitatrice

    Pre

    ssio

    n d'

    entr

    ée d

    e 1

    à 10

    bar

    (m

    anom

    étriq

    ue)

    Perte de charge ∆p (bar)

    Ne pas lire au-dessous de cette courbe limitatrice

    Coefficient Fgm (m3/h)

    Coefficient Fgl (l/min)

    Perte de charge ∆p (bar)Abaque X : Détermination des coefficients de débits Fgm et Fgl pour la vapeur

    Abaque IX : Détermination des coefficients de débits Fgm et Fgl pour la vapeur

    Pre

    ssio

    n d'

    entr

    ée d

    e 10

    à 1

    00 b

    ar (

    man

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    )

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    V050-6

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  • exprimé en unités de volume "A" par unité de temps "B". Ce débit traversera une vanne ayant une perte de charge égale à l'unité de pression "C".(Voir tableau ci-dessous)

    Calculs de débit

    Généralités : Les valeurs de perte de charge qui ne figurent pas dans les courbes peuvent être déterminées par interpolation dans les abaques. Néanmoins, on peut obtenir des résultats plus précis pour le calcul des valeurs recherchées, et ce, grâce aux formules suivantes (sur lesquelles sont basées les abaques de débit) :p1 = pression absolue d'entrée (bar) =

    pression manomètrique + pression atmosphérique égale à 1,013 bar

    p2 = pression absolue à la sortie (bar) = pression manomètrique + pression atmosphérique égale à 1,013 bar

    ∆p = p1 - p2 = perte de charge au travers de la vanne (bar)

    t = 0°CNota : Dans la plupart des systèmes, il con-vient de maintenir la perte de charge à un niveau minimum. Si nécessaire - dans le cas de liquides - la perte de charge peut être égale à la pression totale d'entrée (manomètrique). C'est également le cas pour l'air, les gaz et la vapeur allant jusqu'à une pression d'entrée (manomètrique) de 1,013 bar, néanmoins pour ces fluides, il ne faut jamais utiliser un ∆p supérieur à 50 % de la pression d'entrée absolue de façon à éviter des pertes de charge excessives qui risquent de provoquer un dé-bit irrégulier. Si le ∆p n'est pas spécifié et si cette information est nécessaire pour pouvoir dimensionner la vanne, on peut rapidement calculer la perte de charge en prenant 10 % de la pression d'entrée.

    Liquides

    F pgm = ∆ (m /h)3

    et

    F pgl = 0 06, ∆ (l/min)

    Exemple: pour ∆p = 1,7 bar, on aura . Fgm = 1,3 (m3/h) et Fgl = 0,08 (l/min)

    Nota : Si la viscosité du fluide est supérieure à 300 SSU (environ 9°E), la valeur du coef-ficient de débit Kv doit être modifiée, nous consulter.

    AUTRES FORMULES DE DEBIT ET AUTRES DONNEES PHYSIQUES

    Définition du coefficient de débit Kv (ou Cv)

    Le coefficient de débit d'une vanne Kv (ou Cv) est le débit de l'eau (densité de 1)

    Vapeurs (p.ex. réfrigérants)Pour la vapeur :

    F p P Pgm = −15 83 2 1, ( )∆ ∆ (m³/h)

    F p P Pgl = −0 95 2 1, ( )∆ ∆ (l/min)

    Exemple: Dp = 7 bar, p1 = 40 bar ou 41,013 bar abs.

    Calcul:

    Fgm = 15,83 7 82, 026 − 7( ) = 363 m3 /h

    Fgl = 0, 95 7 82, 026 − 7( ) = 21,8 l/ min

    Nota 1 : Les formules qui s'appliquent à la vapeur concernent la vapeur saturée. Pour la vapeur surchauffée, il faudra appliquer un coefficient correcteur. Dans ce cas, contacter ASCO.

    Nota 2 : Pour d'autres vapeurs (comme par exemple les chlorofluorocarbones (CFC)), il est nécessaire d'utiliser d'autres coefficients.

    Densité de certains gaz (pour une tem-pérature de 20°C, à la pression atmos-phérique et par rapport à l'air)

    Acétylène 0,91Air 1,000Ammoniac 0,596Butane 2,067Dioxyde de carbone 1,53Chlore 2,486Ethane 1,05Chlorure d'éthylène 2,26Hélium 0,138Méthane 0,554Chlorure de méthylène 1,785Azote 0,971Oxygène 1,105Propane 1,56Dioxyde de soufre 2,264

    Air et gaz

    F p p pgm = −18 9 2 1, ( )∆ ∆ (m³/h)

    F p p pgl = −1 13 2 1, ( )∆ ∆ (l/min)

    Exemple: Dp = 0,4 bar; p1 = 3 bar relatifs ou 4,013 bar absolus.

    Calcul:

    Fgm = − =18 9 0 4 8 026 0 4 33, , ( , , ) m /h3

    Fgl = − =1 13 0 4 8 026 0 4 1 97, , ( , , ) , l/min

    Nota : Les formules pour les gaz ne s'appli-quent avec précision que pour une tempéra-ture de fluide de 20°C (dans le cadre de ce catalogue, le mètre cube standard Nm3 a été défini pour 20°C et 1,013 bar absolu).A température différente t2 (°C) - voir aba-que II - la valeur du coefficient de débit Kv1 doit être modifiée à l'aide du coefficient correcteur suivant :

    Ftt

    =+

    293273 2

    Densité de certains liquides à 20°C(par rapport à l'eau à 4°C)

    Alcool éthylique 0,79Benzène 0,88Tétrachlorure de carbone 1,589Huile de ricin 0,95Fuel n° 1 0,83Fuel n° 2 0,84Fuel n° 3 0,89Fuel n° 4 0,91Fuel n° 5 0,95Fuel n° 6 0,99Essence 0,75 à 0,78Glycérine 1,26Huile de lin 0,94Huile d'olive 0,98Térébenthine 0,862Eau 1,000

    Le coefficient de débit réel est KvKvFt

    21=

    Débit - DONNEES TECHNIQUES

    Table de conversion Kv et Cv

    unitéssymbole formules de conversion

    volume "A"/ temps "B" pression "C"

    l / min bar Kv 1 Kv = 0,06 Kvh = 0,05 Cve = 0,07 Cv

    m3 / h bar Kvh 1 Kvh = 16,7 Kv = 0,97 Cve = 1,17 Cv

    gallon GB (Imp. gallon) / min psi Cve 1 Cve = 17,1 Kv = 1,03 Kvh = 1,2 Cv

    gallon US / min psi Cv 1 Cv = 14,3 Kv = 0,85 Kvh = 0,83 Cve

    A

    Consulter notre documentation sur : www.asco.com

    V050-7

    0001

    1FR

    -201

    6/R

    01D

    élai

    s, s

    péci

    ficat

    ions

    et d

    imen

    sion

    s pe

    uven

    t êtr

    e m

    odifi

    és s

    ans

    préa

    vis.

    Tou

    s dr

    oits

    rés

    ervé

    s.

  • Débit - DONNEES TECHNIQUES

    COEFFICIENTS DE DEBIT. C et b (suivant norme ISO 6358) : Les coefficients C (conductance sonique, m3/s.Pa) et b (rapport de pression critique) objet de la norme ISO 6358 permettent

    l’établissement des caractéristiques de débit d’un produit en régime sonique (Voir électrovanne pilote 195/LISC - section I)

    C =q*m q* : débit-masse q*m (kg/s) ou volume q*v (m

    3/s) traversant l’élément lorsque l’écoulement est sonique

    ρo p1 p1 : pression amont (bar)

    C =q*v ρo = 1,3 kg/m

    3 : masse volumique aux conditions de référence (p0 = 1 bar, T0 = 293,15 K et 65% d’humidité relative)

    p1

    b : rapport de pression au dessous duquel l’écoulement est sonique :

    b =P2 P2 : pression aval (bar)

    P1 P1 : pression amont (bar)

    0 b 1

    qm

    q*m

    DEBIT (pour air et gaz). Détermination du débit à 6 bar : La documentation présente pour chaque produit le débit moyen à 6 bar exprimé en l/min d’air détendu à l’Atmosphère Normale de

    Référence (ANR) suivant norme ISO 8778 (débit entrainant un D P de 1 bar)

    . Détermination du débit par le calcul :

    D P < P amont /2 Q = 28,16 x Kv x DP x Pav

    avec correction de température et de densité

    Q = 475 x Kv x (DP x Pav)

    (Ta x d)

    Q = débit en l/min DP = Pression différentielle, en bar

    Pav = Pression aval absolue, en bar Pam = Pression amont absolue, en bar

    Ta = Température absolue, en degré °C d = Densité par rapport à l'air

    D P ≥ P amont /2 (Débit maximum réalisable)

    Q = 14 x Kv x Pam

    avec correction de température et de densité

    Q = 238,33 x Kv x Pam x 1

    (Ta x d)

    Fonction de P1, T1 et C

    P1 et T1 sont constants

    Quart d’ellipse, fonction de P1, T1 et des coefficients C et b

    T1, température (°K) mesurée lorsque l’écoulement est sonique

    Ecoulement sonique Ecoulement subsonique Pav / Pam

    Consulter notre documentation sur : www.asco.com

    V050-8

    0001

    1FR

    -201

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    élai

    s, s

    péci

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