Calculateur de dimensionnement des vannes
La taille d'une vanne peut se référer aux dimensions physiques de la vanne, telles que son diamètre d'ouverture, mais aussi au débit que la vanne est capable de supporter. En veillant à ce que le coefficient de débit de la vanne soit calculé et mesuré correctement, on s'assure que le fluide peut s'écouler à la pression souhaitée.
Pour calculer le débit d'une vanne, il faut déterminer des paramètres tels que la perte de charge, la densité du fluide et le débit. Cet article se concentre sur les méthodes pratiques de calcul de chaque paramètre et fournit un guide complet des calculs de coefficient de soupape.
Calculatrice
Les calculateurs ci-dessous permettent de calculer les valeurs Kv et Cv pour les applications gaz et liquides. Pour en savoir plus sur le contenu de ces calculateurs, continuez à lire l'article.
Table des matières
Quel est le coefficient de débit de la soupape ?
Le coefficient de débit d'une vanne mesure la vitesse à laquelle un fluide (liquide ou gaz) peut passer à travers une vanne. La détermination de la valeur correcte du coefficient de débit permet de sélectionner la vanne de taille adéquate pour une application, en veillant à ce que tous les fluides puissent circuler à la pression souhaitée. Un coefficient de débit incorrect peut entraîner une mauvaise performance de la vanne et provoquer des fuites, un débit irrégulier, de la cavitation et une incapacité à s'ouvrir ou à se fermer complètement. Les valeurs Cv et Kv sont les coefficients de débit dans les systèmes impérial et métrique, respectivement.
Les paramètres nécessaires au calcul du débit sont les suivants
- Q : Débit souhaité
- dp : Pression différentielle
- SG : Gravité spécifique
Les expressions de Kv et Cv sont différentes pour les liquides et les gaz. En effet, les propriétés physiques et le comportement des liquides et des gaz sont différents.
- Les liquides sont pratiquement incompressibles, tandis que les gaz sont hautement compressibles. La chute de pression dans une conduite transportant un liquide est différente de celle d'un gaz en raison de la différence de compressibilité.
- Les liquides ont une viscosité plus élevée que les gaz, ce qui affecte leur débit.
Une fois le coefficient de débit calculé, il est recommandé de choisir une vanne dont le coefficient de débit est légèrement supérieur à la valeur calculée afin de s'assurer que le débit souhaité est atteint et de disposer d'une marge de sécurité pour les changements potentiels de pression ou de débit. Dans certains cas, la vanne est prédéterminée et vous pouvez calculer le débit adapté à cette vanne en appliquant la formule à l'envers en fonction de la valeur Cv/Kv connue. Les sections suivantes expliquent comment estimer chaque paramètre pour le calcul du coefficient de débit.
Coefficient d'écoulement Cv
La valeur Cv est le débit d'eau en gallons américains par minute (GPM) à une température de 60 𐩑F avec une chute de pression de 1 psi dans la vanne. Par exemple, une vanne ayant un Cv de 10 laissera passer 10 GPM de fluide à 60 𐩑F et une chute de pression de 1 psi à travers la vanne. La valeur Cv est indiquée dans la description du produit ou sur l'étiquette des spécifications de la vanne. Lisez notre article sur le calculateur de Cv des vannes pour plus de détails sur le calcul des valeurs de Cv des liquides et des gaz.
Coefficient d'écoulement Kv
Kv est le volume d'eau en mètres cubes qui s'écoule à travers une vanne par heure pour une chute de pression de 1 bar avec une vanne complètement ouverte. Par exemple, un Kv de 20 signifie que la vanne a une capacité de débit de 20 mètres cubes par heure (m³/h) lorsqu'il y a une chute de pression de 1 bar à travers la vanne. La valeur Kv est indiquée dans la description du produit ou sur l'étiquette des spécifications de la soupape. Lisez notre article sur le calculateur Kv pour plus de détails sur le calcul des valeurs Kv des liquides et des gaz.
Débit
Le débit est donné par
- Q : Débit
- A : La surface de la section transversale en un point de la trajectoire de l'écoulement
- v : Vitesse du fluide au point
Il existe de multiples façons de mesurer le débit d'un système. Pour calculer le débit à travers un orifice (comme une valve ou un robinet), laissez un volume spécifique s'accumuler dans un récipient et mesurez le temps nécessaire. Par exemple, le débit d'un robinet peut être mesuré en laissant le liquide remplir un seau de 7 gallons et en enregistrant le temps. Divisez 7 par le temps nécessaire pour obtenir le nombre de gallons par unité de temps. Pour déterminer le débit d'une petite ouverture, telle qu'un goutte-à-goutte, utilisez un récipient plus petit, comme un bocal d'un quart de litre, et un intervalle de temps plus long. Néanmoins, le concept de base reste inchangé.
Débitmètres
Le débit peut être mesuré en plaçant un débitmètre dans le système de traitement des fluides. Il existe plusieurs débitmètres, notamment les venturi, les plaques à orifice et les compteurs à turbine, qui mesurent le débit d'un fluide. Le débitmètre doit être étalonné pour garantir la précision des mesures.
En utilisant la formule du débit
La vitesse du fluide et la surface de la section transversale qu'il traverse permettent d'estimer le débit.
Orifice/tube clair
- Si le fluide passe par un orifice ou un tube transparent, utilisez un colorant comme marqueur et calculez le temps qu'il faut au colorant pour passer par deux points. Calculez ensuite la vitesse en divisant la distance entre les deux points par la durée du trajet.
- Mesurez le rayon de l'orifice ou du tube à l'aide d'un ruban et utilisez l'expression πr2 pour calculer la surface de la section transversale.
- Multiplier la surface par la vitesse pour calculer le débit.
Utilisation de la pression
Si le fluide s'écoule dans un tuyau fermé, il est difficile de mesurer sa vitesse. Dans ce cas, mesurez la pression du fluide à l'aide d'un manomètre et utilisez la loi de Poiseuille ci-dessous pour calculer le débit du fluide.
- Δp : Différence de pression entre les extrémités du tuyau
- R : Rayon du tube
- L : Longueur du tuyau
- μ : Viscosité du fluide
Perte de charge
La chute de pression dans la soupape peut être mesurée à l'aide de manomètres placés de part et d'autre de la soupape. La différence de pression entre les deux extrémités donne la chute de pression dans la soupape.
La chute de pression dans une vanne peut également être calculée à l'aide de la formule suivante :
- ΔP : chute de pression dans la vanne en livres par pouce carré (psi)
- f : facteur de frottement, qui tient compte des pertes par frottement qui se produisent lorsque le fluide circule dans la vanne
- L : longueur de la vanne en pieds
- v : vitesse du fluide en pieds par seconde
- g : accélération due à la gravité, qui est d'environ 9,8 m/s2
Le facteur de friction, f, est fonction des propriétés du fluide, de la géométrie de la vanne et du nombre de Reynolds, une valeur sans dimension qui décrit le régime d'écoulement du fluide. Le facteur de friction peut être estimé à l'aide de tableaux publiés ou calculé à l'aide d'un logiciel de dynamique des fluides numérique (CFD).
Gravité spécifique
La gravité spécifique est définie comme le rapport entre la densité du fluide et la densité de l'eau à une température donnée. La gravité spécifique d'un fluide peut être déterminée expérimentalement en mesurant sa densité et en la comparant à celle de l'eau. La densité d'un fluide peut également être calculée à partir de sa composition en utilisant une base de données des densités des composants individuels si la composition du fluide est connue. Il est important de noter que la gravité spécifique d'un fluide peut être affectée par la température. Il est donc important de mesurer la densité et la gravité spécifique du fluide à une température donnée pour garantir des résultats précis. En règle générale, la valeur peut être estimée à partir des tableaux standard de gravité spécifique, à condition que le fluide soit maintenu à la même température que celle mentionnée dans le tableau.