évaluation du coefﬁcient de débit et du diamètre de passage

8/19/2019 évaluation du coefficient de débit et du diamètre de passage

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Evaluation de la taille des vannes

Il est important de bien choisir la taille desvannes. Si l'on sélectionne une vanne tropgrande 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 àcause 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 certainesvannes à cause des oscillations dans lesparties internes lorsque le débit n'est pasen mesure de maintenir les pressionsdifférentielles internes nécessaires

4) d'entraîner une utilisation irrégulière decertaines vannes : par exemple, une vanneà trois et quatre orifices risque de ne paschanger de position parce que le débit estinsuffisant

5) de diminuer la durée de vie des sièges etclapets par l'apparition d'un phénomène

de cavitation lié à la vitesse d'écoulementdu fluide.

Définition du coefficient de débit Kv

Le coefficient de débit Kv en m3 /h ou l/minest un débit volumétrique expérimental(capacité) réalisé au travers d'une vannequi, pour une course spécifique, aura lesconditions suivantes :- perte de pression admissible (p

Kv) 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 oul/min

La valeur du coefficient de débit Kv s'obtientau moyen de l'équation suivante à partir derésultats de tests :

Kv Qp

pKv

w

= ∆

∆

.

.

ρ

ρ

où :

Q est le débit volumétrique mesuré enm3 /h ou en l/min

pKv

est la perte de charge admissible de105 Pa (voir ci-dessus)

p est la perte de charge admissible en pas-

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

kg/m3

w 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 fonctionnementinférieure 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 :

KvDébit demandé Q

Coefficient 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 spécifiqueen débit réel, il faut consulter les abaques de

débits ainsi que les valeurs réelles des Kv

définies dans les pages de chaque produit.

Øpas-sage

approx.

Kv approx.

Øpas-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 laperte de charge qui en résulte.

DONNEES TECHNIQUESDébit,

évaluation du coefficient de débit et du diamètre de passage

A

Consultez notre documentation sur : www.asconumatics.eu

V050-1

0 0 0 1 1 F R - 2 0 0 6 / R 0 1

S p é c i fi c a t i o n s e t d i m

e n s i o n s p e u v e n t ê t r e m o d i fi é e s s a n s p r é a v i s .

T o u s d r o i t s r é s e r v é s .


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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 formuleutilisée sera :

KvQ

F Fgm sg

.(Nm /h)

(Nm /h)33

=

Kv QF Fgl sg .(Nl/min) (

Nm /h)

3

=

Trouver le Fgm à partir de l'intersection dela 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 densitérelative du dioxyde de carbone (= 1,5) surle diagramme I.Fsg = 0,81

Application numérique :

KvQ

F Fgm sg= = =

. , . ,,

(Nm /h)Nm /h

3314

43 5 0 810 4

KvQ

F Fgl sg= = =

. , . ,,

(Nm /h)Nl/min

314

2 61 0 816 62

VAPEUR (abaques VIII à X)

Pour trouver le coefficient de débit Kv : On recherche une vanne qui véhiculera25 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 vapeurcorrespondants (abaques VIII et IX). Laformule utilisée sera :

KvQ

Fgm (m /h)

(kg/h)3 =

Kv QFgl

(l/min) (kg/h)=

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


KvQ

Fgm= = =

,,

(kg/h)m /h3

25

13 81 8

KvQ

Fgl= = =

,

(kg/h)l/min

25

0 8330

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 etune perte de charge de 1,5 bar ?

La viscosité est inférieure à 9° Engler.

Solution : La formule sera :

KvQ

F 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 pertede 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 del'abaque I. Il correspond à une densitérelative de 0,9 et est égal à 1,05.


Kv = =−60 22 10

1 25 1 0 51

3. .

, . , m /h3

Kv = =−60 22 10

0 075 1 0 516 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 vanne

Kv (m3 /h) : coefficient de débitp1 (bar) : pression à l'entrée de la vannep2 (bar) : pression à la sortie de la vanne∆p (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 ∆p à travers la vanne - la pression du fluide p2 après la vanne - la température du fluide T1 avant la vanne


V050-2

0 0 0 1 1 F R - 2 0 0 6 / R 0 1





3/8

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


Densité relative (S.G.)

c o e f fi c i e n t F s g

Dans un intervalle de -7°C à +65°Cla correction de température à ef-

fectuer est très petite et peut-être

ignorée pour des applicationscourantes

c o e f fi c i e n t F t

TEMPERATURE DU FLUIDE t2 (°C)

AUTRES TEMPERATURESAUTRES DENSITES

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

C o e f fi c i e n t F g m

( m 3 / h )

C o e f fi c i e n t F g l

( l / m i n )

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

Perte de charge p (bar)

A


V050-3

0 0 0 1 1 F R - 2 0 0 6 / R 0 1





4/8

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


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 courbelimitatrice

P r e s s i o n d ' e n

t r é e d e 0 , 0

1 à 0 , 1

b a r ( m a n o m é t r i q u e )



Coefficient Fgl (l/min)

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


P r e s s i o n d ' e n t r é e d e 0 , 1

à 1 b a r ( m

a n o m é t r i q u e )



V050-4

0 0 0 1 1 F R - 2 0 0 6 / R 0 1





5/8

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

48 102969084787266605442363024181260


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




P r e s s i o n d ' e n

t r é e d e 1 à 1 0 b a r ( m a n o m é t r i q u e )

P r e s s i o n d ' e n t r é e d e 1 0 à 1 0 0 b a r (

m a n o m é t r i q u e )

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






A


V050-5

0 0 0 1 1 F R - 2 0 0 6 / R 0 1





6/8

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


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





P r e s s i o n d ' e n t r é e d e 0 , 1

à 1 b a r ( m a n o m é t r i q u e )




P r e s s i o n d ' e n t r é e d e

1 à 1 0 b a r ( m a n o m é t r i q u e )





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

P r e s s i o n d ' e n t r é e d e 1 0 à 1 0 0 b a r ( m a n o m é t r i q u

e )


V050-6

0 0 0 1 1 F R - 2 0 0 6 / R 0 1



T o u s d r o i t

s r é s e r v é s .


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

Calculs de débit

Généralités : Les valeurs de perte decharge qui ne figurent pas dans les courbes

peuvent être déterminées par interpolationdans les abaques. Néanmoins, on peutobtenir des résultats plus précis pour lecalcul des valeurs recherchées, et ce, grâceaux formules suivantes (sur lesquelles sontbasées les abaques de débit) :p

1 = pression absolue d'entrée (bar) =

pression manomètrique + pressionatmosphérique égale à 1,013 bar

p2 = pression absolue à la sortie (bar) =

pression manomètrique + pressionatmosphérique égale à 1,013 bar

p = p1 - p

2 = 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 unniveau minimum. Si nécessaire - dans le casde liquides - la perte de charge peut être égaleà la pression totale d'entrée (manomètrique).C'est également le cas pour l'air, les gaz etla vapeur allant jusqu'à une pression d'entrée(manomètrique) de 1,013 bar, néanmoinspour ces fluides, il ne faut jamais utiliser unp supérieur à 50 % de la pression d'entréeabsolue de façon à éviter des pertes de chargeexcessives qui risquent de provoquer un dé-bit irrégulier. Si le p n'est pas spécifié et sicette information est nécessaire pour pouvoirdimensionner la vanne, on peut rapidementcalculer 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 supérieureà 300 SSU (environ 9°E), la valeur du coef-ficient de débit Kv doit être modifiée, nousconsulter.

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: ∆p = 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 lavapeur concernent la vapeur saturée. Pour

la vapeur surchauffée, il faudra appliquer un

coefficient correcteur. Dans ce cas, consultez

ASCO Numatics.

Nota 2 : Pour d'autres vapeurs (commepar 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 0,971

Oxygène 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: ∆p = 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 cecatalogue, le mètre cube standard Nm3 a étédéfini pour 20°C et 1,013 bar absolu).A température différente t

2 (°C) - voir aba-

que II - la valeur du coefficient de débit Kv1

doit être modifiée à l'aide du coefficientcorrecteur suivant :

Ft

t =+

293

273 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 0,98

Térébenthine 0,862Eau 1,000

Le coefficient de débit réel est KvKv

Ft2

1=


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


V050-7

0 0 0 1 1 F R - 2 0 1 0 / R 0 1





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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*

mq* : débit-masse q*

m(kg/s)

ou volume q*

v (m3 /s) traversant l’élément lorsque l’écoulement est sonique

ρ ο p1 p1 : pression amont (bar)

C =q*

v ρ

ο = 1,3 kg/m3 : masse volumique aux conditions de référence (p

0 = 1 bar, T

0 = 293,15 K et 65% d’humidité relative)

p1

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

b =P

2P

2 : pression aval (bar)

P1

P1 : pression amont (bar)

0 b 1

q m

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 deRéférence (ANR) suivant norme ISO 8778 (débit entrainant un ∆ P de 1 bar)

. Détermination du débit par le calcul :

∆ P < P amont /2

Q = 28,16 x Kv x ∆P x Pav

avec correction de température et de densité

Q = 475 x Kv x (∆P x Pav

)

(Ta

x d)

Q = débit en l/mn ∆P = Pression différentielle, en bar

Pav = Pression aval absolue, en bar P

am= Pression amont absolue, en bar

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

∆ 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, T

1 et C

P1 et T

1 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 subsoniqueP

av / P

am


V050-8

0 0 0 1 1 F R - 2 0 1 1 / R 0 1




Documents

évaluation du coefﬁcient de débit et du diamètre de passage