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ISSUED JANUARY, 2013 VALVES & CONTROLS MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE

Manual de Dimensionamento Pentair

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ISSUED JANUARY, 2013

VALVES & CONTROLS

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE

Page 2: Manual de Dimensionamento Pentair

Conteúdo

1- Introdução ..................................................................................................................................................42 - Definição do Coeficiente de Vazão - C ......................................................................................................4v

3 - Formulas Gerais para cálculos de C ........................................................................................................4v

4 - Fluidos Incompressíveis (Líquidos) ...........................................................................................................44.1 Equações básicas para líquidos ...............................................................................................................44.2 Fluxo não turbulento (laminar ou de transição) .......................................................................................54.2.1 Válvula instalada com diâmetro igual ao da tubulação .........................................................................54.2.2 Válvula instalada entre redução e expansão .........................................................................................54.2.3 Fator do número de Reynolds - F .........................................................................................................5R

4.3 Fato da Geometria da Tubulação - F .......................................................................................................6P

4.4.1 Cavitação e Vaporização (Flashing) ......................................................................................................75 - Fluidos compressíveis (gases ou vapores) ...............................................................................................85.1 Fatores X e F( ...........................................................................................................................................85.2 - Fator de compressibilidade - Z .............................................................................................................95.3 Fator de Expansão - Y .............................................................................................................................105.4 Fator de queda de pressão combinando os fatores X e F para válvula instalada entre redução e expansão T P

- X ................................................................................................................................................10TP

5.4.1 Condição de fluxo sub-crítico ..............................................................................................................105.4.2 Condição de fluxo crítico ......................................................................................................................105.5 Calcula-se o C preliminar considerando os seguintes fatores: F =1 e X = 0,75 .................................10V P T

5.6 Fluxo não Turbulento (Laminar ou de Transição) ..................................................................................106 - Cálculo da velocidade de saída da válvula ..............................................................................................116.1 Fluídos Incompressíveis (Líquidos) ........................................................................................................116.2 - Fluídos Compressíveis (Gases ou Vapores) .........................................................................................116.2.1 Velocidade de Escoamento ..................................................................................................................116.2.2 Velocidade Sônica ................................................................................................................................127 - Informações Técnicas ..............................................................................................................................137.1 Propriedades de vários líquidos .....................................................................................................13 e 147.2 Propriedades do vapor de água .............................................................................................................147.4 Propriedades de vários gases ................................................................................................................157.4 Pressão ...................................................................................................................................................16 7.5 Volume ...................................................................................................................................................167.6 Velocidade ...............................................................................................................................................16 7.7 Massa .....................................................................................................................................................167.8 Temperatura ...........................................................................................................................................168 - Nomenclatura .........................................................................................................................................179 - Exemplos de Dimensionamento .............................................................................................................189.1 - Exercício Nº1 ........................................................................................................................................189.1.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................189.1.2 Segundo passo .....................................................................................................................................189.1.3 Terceiro passo ......................................................................................................................................199.1.4 Quarto passo ........................................................................................................................................199.1.5 Quinto passo .........................................................................................................................................209.1.6 Sexto passo ..........................................................................................................................................209.1.7 Sétimo passo ........................................................................................................................................209.1.8 Oitavo passo .........................................................................................................................................20

02 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 3: Manual de Dimensionamento Pentair

9.1.9 Nono passo ..........................................................................................................................................209.1.10 Décimo passo .....................................................................................................................................219.1.11 Décimo primeiro passo ......................................................................................................................219.1.12 Décimo segundo passo ......................................................................................................................219.1.13 Décimo terceiro passo .......................................................................................................................219.1.14 Décimo quarto passo .........................................................................................................................219.1.15 Conclusão ..........................................................................................................................................229.2 - Exercício Nº2 ........................................................................................................................................229.2.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................229.2.2 Segundo passo .....................................................................................................................................239.2.3 Terceiro passo ......................................................................................................................................239.2.4 Quarto passo ........................................................................................................................................249.2.5 Quinto passo ........................................................................................................................................249.2.6 Sexto passo ..........................................................................................................................................259.2.7 Sétimo passo ........................................................................................................................................259.2.8 Conclusão ............................................................................................................................................259.3 Exercício Nº3 ..........................................................................................................................................269.3.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................269.3.2 Segundo passo .....................................................................................................................................269.3.3 Terceiro passo ......................................................................................................................................279.3.4 Quarto passo ........................................................................................................................................279.3.5 Quinto passo ........................................................................................................................................289.3.6 Conclusão ............................................................................................................................................289.4 - Exercício Nº4 ........................................................................................................................................289.4.1 Primeiro passo .....................................................................................................................................289.4.2 Segundo passo .....................................................................................................................................299.4.3 Terceiro passo ......................................................................................................................................299.4.4 Quarto passo ........................................................................................................................................299.4.5 Quinto passo ........................................................................................................................................309.4.6 Sexto passo ..........................................................................................................................................309.4.7 Sétimo passo ........................................................................................................................................309.4.8 Oitavo passo .........................................................................................................................................309.4.9 Nono passo ..........................................................................................................................................309.4.10 Conclusão ...........................................................................................................................................31

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER | 03

Page 4: Manual de Dimensionamento Pentair

1 - Introdução

2 - Definição do Coeficiente de Vazão - Cv

3 - Formulas Gerais para Cálculos de Cv

4 - Fluidos Incompressíveis (Líquidos)

O cálculo de uma válvula de controle consiste em determinar os dados de processo em um coeficiente de vazão denominado C .v

É a vazão de água, em galões por minuto a 60°F , que passa pela válvula sob um diferencial de pressão de 1 psi.

Vazão em Volume

Constantes numéricas para equações dos fluídos líquidos

As formulas que a Pentair utiliza são baseadas na norma ANSI/ISA 75.01-01 (IEC-60534-2-1).Esta norma introduzem vários fatores de correção, que além de tornarem os cálculos mais precisos, permitem analisar as condições de fluxo (sub - crítico, crítico, cavitação, vaporização ou viscoso).

4.1 Equações básicas para líquidos

C = v

w

N F F* P *6 R)P D1*

*Para converter centipoise em centistoke, dividir centipoise por Gf

N1

N2

N4

N5

N w q P )P d - D D1 <

Constante Unidades usadas nas equações

0,08650,8651,000

890

- - - -

--

- - - - -- - - - --- -

- -- --

- - - - - -- - - - - -

------------

-

- - - -

---

- - - - - -

- - - -

- - - - -- - - - - -

- - -- - - -

3m /h

3m /h

3m /hgpm

gpm

kPa (a) kPabar (a) barpsia psi

0,00214

760008730021153 scfh

centistoke*centistoke*centistoke*

0,002411000

mmpol.

kg/hkg/hIb/h

pol.

pol.

pol.

mm

mm

mm

2,7327,363,3

N6

N18

N32

kPa (a)bar (a)psia

kPabarpsi

3kg/m3kg/m3Ib/pes

1,0006451271,70

Vazão em Massa

C = v

q

N F F* P *1 R

Gf

)P (1) (2)

04 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 5: Manual de Dimensionamento Pentair

Calcula-se o C preliminar considerando-se os seguintes fatores:V

F e F = 1P R

Após o cálculo do C preliminar, seleciona-se o diâmetro aproximado e o tipo da válvula.V

Finalmente, calcula-se o Número de Reynolds (R ):EV

F = Fator modificador, converte a geometria do(s) orifício(s) por um único orifício circular equivalente.D

(nu) = Viscosidade cinemática, centistoke (ct).

Se R > 10.000, o valor do Fator F = 1,0 e o fluxo é turbulento.EV R

Se R < 10.000, o fluxo não é turbulento, podendo ser laminar ou de transição.EV

O C para dimensionamento do diâmetro da válvula para fluxo não turbulento será calculado pelas V

seguintes equações:

Vazão em Volume

Os efeitos destes são desconhecidos. Enquanto estes efeitos não forem conhecidos, recomenda-se considerar o diâmetro da válvula igual ao da tubulação para cálculo do fator F .R

Este fator resulta em um coeficiente conservador, uma vez que a turbulência adicional criada pela redução e expansão aumentarão o respectivo valor do fator F para um dado Número de Reynolds da válvula.R

2Para passagem integral onde C /d >0,016 N e R > 10, o fator F será calculado pelas seguintes equações:vi * 18 EV R

Fluxo de transição

Notas: use o menor valor de F encontrado nas equações (7) ou (8).R

Fluxo laminarR < 10, usar somente o valor da equação (8).EV

F não deve exceder a 1.R

<

4.2 Fluxo não turbulento (laminar ou de transição)

4.2.1 Válvula instalada com diâmetro igual ao da tubulação

4.2.2 Válvula instalada entre redução e expansão

4.2.3 Fator do número de Reynolds - FR

L F L CL vi *

2 2F CL vi * + 1,001/4

N F q4 D* *R =EV 4 N d2 *

Gf

)PqC = v N F1 R*

wC = v N F6 R* )P D1*

(3)

(5) (6)

(4)

Vazão em Massa

0 =1

N2

( Cvi

2d (2

= Log *F R

1+ 0,33 *

F L1/2

01 1/4

Rev

10.000(7)

(9)

(8)FL0 R1 EV*

0,026F = R OU

C = 1,3 * Cvi v

| 05MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 6: Manual de Dimensionamento Pentair

Para passagem integral onde C / d < 0,016 N e R > 10, o fator F será calculado pelas seguintes vi 2 18 EV R*equações:

Fluxo de transição

Notas: use o menor valor de F encontrado nas equações (10) ou (11).R

Fluxo laminar

R < 10, usar somente o valor da equação (11).EV

F não deve exceder a 1.R

Para ambos os cálculos, observar:

Após calculado o fator F , a seguinte equação deve ser atendida:R

Se a equação acima não for atendida, repita o procedimento aumentando mais 30% o Cvi

Repita isso quantas vezes forem necessárias até a equação ser atendida.

O fator F é a relação da capacidade de vazão através da válvula instalada entre redução e expansão e a P

capacidade de vazão da válvula instalada sem redução e expansão.Este fator é calculado pela seguinte equação:

. e . = Coeficientes em função da redução e expansão das tubulações de entrada e saída.1 2

. e . = Coeficientes de Bernoulli introduzidos para compensar as mudanças de pressões resultantes B1 B2das diferenciais de área.

Após calculado o fator Fp, a seguinte equação deve ser atendida:

Se a equação acima não for atendida, repita o procedimento aumentando mais 30% o Cvi.Repita isso quantas vezes forem necessárias até a equação ser atendida.

4.3 Fator da Geometria da Tubulação - FP

(10)F = 1 +R 10.0001/402

L 10og

REV1/20,33 * FL

CV

FR< Cvi (13)

( CVi (2

F = P1

1+E.

N2 2d

(14)

E = . + . + . - .. 1 2 B1 B2 (15)

(. = 0,51 1 - d

D1

22( (16) . = 1,02 1 -

d

D2

22

( ( (17)

. = 1B1 - d

D1

4

( (

F = R

0,026FL

0 R2 EV

(18). = 1B2 -

d

D2

4

( (

02 = 1+ N32

Cvi

2d

2/3

( (

(19)

(11)

(12)

< CviCv

Fp

06 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 7: Manual de Dimensionamento Pentair

Condição de Fluxo Crítico

Vazão em Volume

Determinação do Delta P Critico - PM

É o fenômeno físico de um líquido em movimento que se vaporiza toda vez que a pressão na Vena Contrata (P ) alcança a pressão de vapor a uma temperatura constante.VC

Dividimos a cavitação em 2 estágios:

Primeiro estágio: quando a pressão da Vena Contrata (P ) alcança a pressão do vapor (P ), uma parte de VC V

líquido se transforma em bolhas de vapor.

Segundo estágio: a partir da pressão da Vena Contrata (P ), começa a recuperar-se, e a medida que se torne VC

maior que a pressão de vapor (P ), devido ao fator de recuperação do líquido (F ), as bolhas começam a V L

implodir com maior frequência, tornando-se novamente moléculas de líquido.

Se a pressão de saída da válvula for menor que a pressão de vapor (P ), as bolhas de vapor irão permanecer. V

Este fenomeno é conhecido como vaporização (flashing).

Vazão versus pressão diferencial

)

4.4.1 Cavitação e Vaporização (Flashing)

C =v N F F6 P R* *

wGf

D )PM * 1

C =v N F F1 P R* *

q Gf

)PM

Vazão em Massa

(21) (22)

F = Fator de razão de pressão críticaF

do líquido.F = Combinação dos fatores F e F LP L P

para válvula instalada com redução e expansão.

d = D d = D

2)P = F (P - F - P )M L 1 F VFLP

FP( )

2)P = M (P - F - P )1 F V(23) (24)

F = 0,96 - 0,28 FPv

Pc(25)

1+ (.1 + .b1) FL N2 ((( Cv

2d (2

F = LP FL

(26)2

A

B C D

x

MaxQ

Vazã

o (Q

)

Região de ruídose danos mecânicos Vaporização (P < P )2 v

)PA )PB )PC )PD

Vazão bloqueada("Chocked blow")

Cavitação total(Danos mecânicos ocorrerão)

)P = K (P - P )i c 1 v

) 2P = F (P - F P ) ... para d = D M L 1 F V*) 2P = F (P - F P ) ... para d = D M LP 1 F V*( )

FP

Pressão Diferencial P )

| 07MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 8: Manual de Dimensionamento Pentair

5.1 Fatores X e F(

X = Razão da queda de pressão;

F = Fator da razão dos calores específicos;

= Razão dos calores específicos.

(

(

d - DN w q* P1 )P T1D1

Constante Unidades usadas nas equações

N6

N7

N8

N9

N22

N27

N50,0024110002,7327,363,3

4174,17

13600,94894,819,322,52250732015,9159052000,670,6713,7

--

kg/hkg/hlb/h---

kg/hkg/hlb/h---

3m /h3m /h

scfhkg/hkg/hlb/h

-----3m /h3m /h

scfh---3m /h3m /h

scfh------

--

kPa (a)bar (a)psiakPa (a)bar (a)psiakPa (a)bar (a)psiakPa (a)bar (a)psiakPa (a)bar (a)psiakPa (a)bar (a)psia

--

kPabarpsikPabarpsikPabarpsikPabarpsikPa

kPa

bar

bar

psi

psi

--

3kg/m3kg/m

----

-

--

--------

3lb/pés

-----

KK

°RKK

°RKK

°RK

K°R---

mmpolegada

------------------

*Pés cúbicos por hora, medido a 14,69 psia a 60°F , ou metros cúbicos por hora, medido a 101,3 kpa (a) ou 1,013 bar (a) a 15,6°C

)PX = P1

(F( = 1,4

CPCv

(31) (32)

5 - Fluidos Compressíveis (Gases ou Vapores)

M T Z1* *C = v N P F Y9 * 1 * P *

q

X

T Z1 *C = v N P F Y8 * 1 * P *

w

X M*

Nota: Calcular o Fator F pelas mesmas equações (14), (19) e (20) P

Vazão em Volume Vazão em Massa

X P D1 1* *C = v N F Y6 * P *

wG T Zg 1* *C = v N P F Y7 * 1 * P *

q

X(27)

(29)

(28)

(30)

08 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 9: Manual de Dimensionamento Pentair

5.2 - Fator de compressibilidade - Z

Compensa o desvio de comportamento do gás real com a relação ao gás perfeito.

P =rP1

PcT =r

T1

Tc

1,021,000,980,960,940,920,900,880,860,840,820,800,780,760,740,720,700,680,660,64

Fato

r de

com

pres

sibi

lidad

e Z

Pressão reduzida, Pr

(31) (32)

Pressão reduzida, Pr

Fato

r de

com

pres

sibi

lidad

e Z

4,0

3,0

2,0

1,0

0

Tr

1,001,051,101,151,20

1,30

1,401,501,60

1,802,00

2,50

3,003,50

5,006,00

10,008,00

15,00

4,00

| 09

0 1 2 3 4 5 6

0 5 10 15 20 25 30 35 40

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 10: Manual de Dimensionamento Pentair

5.3 Fator de Expansão - Y

5.4 Fator de queda de pressão combinando os fatores X e F para válvula instalada entre redução T P

e expansão - XTP

5.4.1 Condição de fluxo sub-crítico

5.4.2 Condição de fluxo crítico

5.5 Calcula-se o C preliminar considerando os seguintes fatores:V

5.6 Fluxo não Turbulento (Laminar ou de Transição)

Relaciona a variação da densidade do fluido durante a passagem através da válvula entre o ponto de entrada da mesma e o ponto da vena contracta. Ele relaciona também, a variação na área do fluxo na vena contracta em função da variação de pressão.

A vazão que escoa através da válvula aumenta proporcionalmente enquanto o valor de X for menor do queF( X ou F( X* *

Se a pressão de entrada (P ) for mantida constante e diminuindo a pressão de saída (P ), a vazão que escoa 1 2

através da válvula deve aumentar até um determinador limite máximo (VELOCIDADE SÔNICA). Reduções posteriores de P , não irão produzir nenhum aumento de vazão, atingindo-se as condições de fluxo crítico ou 2

bloqueado, ponto no qual a velocidade é sônica. Este limite é alcançado quando X atinge o valor de F( X ou F( X .T TP* *O valor de X utilizado nas equações deverá ser mantido dentro desse limite mesmo que a queda de pressão seja maior. Por esta razão, o valor de Y encontra-se numa faixa de 0,667 a 1,00.

Após o cálculo do C preliminar, seleciona o diâmetro aproximado e o tipo de válvula. Finalmente, calcula-se vo número de Reynolds, R para determinar a condição de fluxo adequada.EV

Nota: Calcular o R pela mesma equação (3).EV

O C para dimensionamento do diâmetro da válvula para fluxo não turbulento será calculado pelas seguintes V

equações:

Nota: Calcular o fator F pelas mesmas equações do item 4.2.3R

T TP

Y = 1 - XX F XT* *(

d = D

Y = 1- XX F XTP* *(

d = D

Limites: 1 > Y > 0,667

F = 1 X = 0,75P T

(35) (36)

X =TP +1

-1

XT

4N d5 *

XT 2(. + . ) C1 1B vi

FP(37)

M T1*C = vN F22 R*

q)P (P + P )1 2

T1C = vN F27 R*

w)P (P + P ) M1 2 *

Vazão de Volume Vazão de Massa

(38) (39)

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Page 11: Manual de Dimensionamento Pentair

6 - Cálculo da Velocidade de Saída da Válvula

6.1 Fluídos Incompressíveis (Líquidos)

M : Número de MACH na saída da válvulacV: Velocidade de escoamento na saída da válvula, pés/s (m/s)V : Velocidade sônica na saída da válvula, pés/s (m/s)c

6.2.1 Velocidade de Escoamento

6.2 - Fluídos Compressíveis (Gases ou Vapores)

Líquidos CavitantesTipo de válvula

GloboBorboleta

Outras

pés/s (m/s)30 (9,1)18 (5,5)24 (7,3)

Líquidos não CavitantesTipo de válvula

GloboBorboleta

Outras

pés/s (m/s)40 (12,2)

23 (7)32 (9,7)

Limites recomendáveis

0,408 qV = *2d2

354 qV = *2d2

Sistema Inglês Sistema Métrico

V: Velocidade na saída da válvula, pés/s (m/s)d : Diâmetro de saída, pol (mm)2

q: Vazão, gpm (m3/h)

Mc = VVc

Constantes NuméricasN W q* P2 Ve2 T2 d V - Vc

N10

N11

1,240,0014

--

3m /hscfh

bar (a)psi (a)

--

K°R

mmpol.

m/spés/s

3540,0510

kg/hlb/h

--

--

3m /kg3pés /Ib

--

mmpol.

m/spés/s

* Pés cúbicos por hora, medido a 14,69 psia a 60F°, ou metros cúbicos por hora, medido a 1,013 bar (a) a 15,6°C

(40) (41)

(42)

V = N q T10 2* *

2d P22 *

Gases(43)

V = N W V11 e2* *

2d2

Vapor d'agua(44)

N11

| 11MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 12: Manual de Dimensionamento Pentair

6.2.2 Velocidade Sônica

( T2*V = 91,2C M( T2*V = 223C M

Sistema Inglês Sistema Métrico

V = 1650 Pés/sc V = 500 m/sc

V = 60 T c 2 V = 24,54 T c 2

Gases

Vapor d'água saturadoValor d'água superaquecido

Tipos de Internos Número de MACHConvencional

Borboleta, baixo ruído um ou dois estágios.Baixo ruído 3 estágios ou acima

Baixo ruído para descarga atmosférica

0,70,5

0,330,15

Limites recomendáveis

(45) (46)

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Page 13: Manual de Dimensionamento Pentair

7 - Informações Técnicas

7.1 Propriedades de vários líquidos

LíquidoFórmula

quím./símb.

Peso Molecular

Peso Específico

3(lb/pés )

Densidade Relativa Gf

Constantes Críticas

Temperatura Crítica, TC

Pressão Crítica, PC

oF oC psia Bar (a)

Acetaldeido C H O2 4 54 48,774 0,782 370 188

Acetona C H O2 6 58 49,773 0,79 455 236 691 48

Ácido Acético C H O2 4 2 60 65,489 1,05 612 322 841 58

Ácido Cloridrico 30% HCL 36 76,090 1,22 124 51 1198 82

Ácido Nitrico 60% HNO3 63 85,448 1,37

Ácido Sulfúrico 100% H SO2 4 98 114,138 1,83

Água H O2 18 62,371 1,00 705 374 3206 221

Álcool Etílico C H O2 6 46 49,210 0,789 469 243 927 64

Álcool Metílico CH O4 32 49,460 0,793 464 240 1156 80

Aminobenzol C H N6 7 93 63,743 1,022 799 426 769 53

Amônia Saturada Nh3 17 38,670 0,62 270 168 1636 113

Benzeno (Benzol) C H6 6 78 54,824 0,879 552 289 701 48

Cloro CL2 71 88,566 1,42 291 144 1118 77

Cloreto de Cálcio 25% C Ca L 76,716 1,23

Cloreto de Sódio 25% N Ca L 74,221 1,19

Éter Etílico C H O4 10 74 44,470 0,713 381 194 522 36

Furfural C H O5 4 2 96 72,350 1,18

Gasolina 46,778 0,75

Glicerina 100% C H O3 8 3 92 78,587 1,26

Glicol C H O2 6 2 62 70,167 1,125

Mercúrio Hg 200 844,877 13,546 2660 1460 1530 1055

| 13MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 14: Manual de Dimensionamento Pentair

7.1 Propriedades de vários líquidos (continuação)

7.2 Propriedades do vapor de água

LíquidoFórmula

quím./símb.Peso

Molecular

Peso Específico

3(lb/pés )

Densidade Relativa Gf

Constantes Críticas

Temperatura Crítica, TC

Pressão Crítica, PC

oF oC psia Bar (a)

Nitrobenzol C H O N6 5 2 123 76,092 1,22 370 188

N-octano C H8 18 114 43,659 0,700 565 296 362 25

Óleo Lubrificante 57,069 0,915

Petróleo 49,896 0,80

Querosene 48,648-51,144 0,78-0,82

Sulf. de Carbono CS2 76 78,774 1,263 530 277 1102 76

Terpentina C H10 10 130 53,327 0,855 709 376

Toluol C H7 6 92 54,387 0,872 610 321 611 42

Tricloroetileno C HCL2 2 96 91,560 1,468

M-xileno C H8 10 106 53,888 0,864 655 346 509 35

P1 (psia) Relação dos calores específicos ( Fator F(

0-80 1,32 0,94

81-245 1,30 0,93

246-475 1,29 0,92

476-800 1,27 0,91

801-1050 1,26 0,90

1051-1250 1,25 0,89

1251-1400 1,23 0,88

14 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 15: Manual de Dimensionamento Pentair

7.4 Propriedades de vários gases

* Densidade nas condições normais

GásFórmula quím./

símb.

Peso Molecular

Peso Específico

3(lb/pés )

Densidade Relativa Gg

Constantes Críticas

Razão dos calores

específicos (

Temperatura Crítica, TC

Pressão Crítica, PC

oF oC psia Bar (a)

Acetileno C H2 2 26 0,06754 0,08971 97 36 911 63 1,28

Amônia Nh3 17 0,04420 0,5871 270 168 1636 113 1,29

Ar 29 0,07628 1,0000 -222 -141 547 38 1,40

N-Butano C H4 10 58 0,16725 2,0888 305 152 551 38 1,096

Cloreto de Metila

CH C3 L 50 0,1309 1,7388 289 143 1000 69 1,20

Cloro Cl2 71 0,1857 2,4667 291 144 1145 79

Dióxido de Carbono

CO2 44 0,1142 1,5170 87 31 1071 74 1,28

Dióxido de Enxofre

So2 64 0,1663 2,2090 316 157 1143 79 1,25

Etano C H2 6 30 0,07868 1,045 90 32 710 49 1,192

Etileno C H2 4 28 0,0728 0,9670 50 10 742 51 1,216

Hélio He 4 0,01039 0,13801 -450 -268 33 2 1,66

Hidrogênio H2 2 0,005234 0,6952 -400 -240 188 13 1,40

Metano CH4 16 0,04163 0,5530 -116 -82 673 46 1,307

Monóxido de Carbono

CO 28 0,07269 0,9655 -220 -140 507 35 1,41

Neônio N6 20 0,05621 0,7466 -380 -229 395 27

Nitrogênio N2 28 0,07274 0,96626 -233 -147 492 34 1,40

Óxido Nitrico NO 30 0,07788 1,0345 -137 -94 957 66 1,40

Óxido Nitroso N O2 44 0,1143 1,5183 97 36 1054 72 1,26

Oxigênio O2 32 0,08305 1,1032 -181 -119 736 51 1,40

Propano C H3 6 44 0,1164 1,5462 206 97 617 42 1,131

| 15MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 16: Manual de Dimensionamento Pentair

7.4 Pressão 7.5 Volume

7.6 Velocidade 7.7 Massa

7.8 Temperatura

Densidade relativa Viscosidade

Multiplicar Por Para obter

ATM 1,01331,033214,696

760,000101,379

Bar (a)2Kg/cm (A)

psiaTORR (A)

KP (A)

Bar (g) 0,98691,019714,504

750,060100,000

ATM2Kg/cm (g)

psigTORR (g)

KP (g)

2Kg/cm (g) 0,98070,967814,200725,5098,068

Bar (g)ATMpsig

TORR (g)KP (g)

Multiplicar Por Para obter

gpm 0,22718,0208

3m /h3pés cub ./h

3m /h 4,403335,31

gpm3pés cub ./h

scfh(14,696 psia à

o60 F)

0,0283 3m /h(1,0133 Bar (a)

oà 15,6 C)

3m /h(1,0133 Bar (a) à

o15,6 C)

35,3357 scfh(14,696 psia à

o60 F)

3Nm /h(1,0133 Bar (a) à

o0 C)

scfh(14,696 psia à

o60 F)

Multiplicar Por Para obter

Pes/Seg. 60,000,3048

pes/Min.m/Seg.

m/Seg. 3,280196,9

pes/Seg.pes/Min.

Multiplicar Por Para obter

Kg/h 2,2046 Lb/h

Lb/h 0,4536 Kg/h

oGraus Celcius ( C) Grau Kelvin (K) oGrau Fahrenheit ( F) oGrau Rankine ( R)

oCoC + 273,15

o9/5 C + 32o9/5 C + 459,67

273,15K

9/5K - 459,679/5K

o5/9 ( F - 32)o5/9 ( F + 459,67)

oFoF + 459,67

o5/9 ( R - 459,67)o5/9 R

oR - 459,67oR

Lb/h x 379scfh =M

3 Kg/h x 22,385Nm /h =M

CentipoisesCentistokes =Gf

Peso molecular do gásG =g29

16 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 17: Manual de Dimensionamento Pentair

8 - Nomenclatura

Coeficiente de Vazão.

Diâmetro nominal da válvula.

Diâmetro de entrada da válvula.

Diâmetro de saída da válvula.

Diâmetro nominal da linha.

Fator modificação em função do tipo de válvula.

Fator de razão de pressão crítica dos líquidos.

Fator de razão dos calores específicos.

Fator de recuperação de pressão dos líquidos.

Combinação dos fatores F e F para uma L P

válvula instalada com redução e expansão.

Fator da geometria da tubulação.

Fator de número de Reynolds.

Densidade relativa do gás tomada nas condições de trabalho (sendo o ar o gás de referência cuja densidade é igual a 1,000).

Densidade relativa do líquido à temperatura de entrada (sendo a água o líquido de referência cuja densidade é igual a 1,000).

Relação dos calores específicos de um gás (Cp/Cv).

Coeficiente de cavitação incipiente.

Peso molecular.

Constante numérica.

Pressão de entrada absoluta.

Pressão de saída absoluta.

Pressão crítica termodinâmica absoluta.

Pressão reduzida, (P /P )1 c

Pressão de vapor do líquido a temperatura do fluxo.

Vazão volumétrica.

Máxima vazão volumétrica (condição de fluxo crítico).

Número de Reynolds relativo à válvula.

Temperatura de entrada absoluta.

Temperatura de saída absoluta.

Temperatura crítica termodinâmica.

Temperatura reduzida, (T /T ).1 c

Volume específico de saída.

Velocidade de saída.

Vazão em massa.

Razão entre a queda de pressão e a pressão de entrada absoluta ()P/P ).1

Fator de razão na queda da pressão dos gases.

Fator da queda de pressão, combinando os fatores X e F para válvula instalada entre T P

redução e expansão.

Fator da expansão dos gases ou vapores.

Fator de compressibilidade.

Peso específico.

Queda de pressão (P - P ).1 2

Queda de pressão permitida para fluxo crítico.

Viscosidade cinemática, centistokes.

Viscosidade absoluta, centipoises.

Condições de entrada (montante)

Condições de saída (juzante)

Gás

Líquido

Sub-índices

F P

C V

P V

FR

d

Gg

d1

q

d2

qmax

Gf

D

REV

FD

FF

F(

Kc

M

N

P1

P2

Pc

Pr

FL

FLP

(

XT

XTP

Y

Z

1

2

g

f

T1

T2

Tc

D

)P

)PMAX

<(nu)

:(mu)

Tr

V2 esp.

W

V

X

| 17MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 18: Manual de Dimensionamento Pentair

9 - Exemplos de Dimensionamento

1 - Cálculo de CV

2 - Cálculo de velocidade

Condições de Serviços

Tubulação de Entrada e Saída = 10 pol. Sch 40

Cálculo preliminar do CV

F = 1,00 F = 1,00 R P

Válvula pré selecionada

Verificação da condição de fluxo pelo Número de Reynolds - REV

F = 0,41 para válvula série 1000-1010 com fluxo que tende abrirD

F = 0,89 para válvula série 1000-1010 com fluxo que tende abrirL

C = 1,3 Cᵥ = 1,3 161,3452 = 209,7488vi

N = 890 (quando “d” é em polegadas)2

3N = 0,076 (quando “q” é em m /h)4

Como o número de Reynolds é > 10.000, a condição de fluxo é turbulenta e o Cᵥ deve ser calculado para esta condição.

9.1 - Exercício Nº1

9.1.1 Primeiro passo

9.1.2 Segundo passo

Fluído = Água3q = 400m /h

P = 10 Bar(a)1

P = 2 Bar(a)2

ΔP = 8 Bart = 80°C1

P = 0,4739 Bar(a)V

P = 221,0591 Bar(a)C

G = 0,9739f

Visc = 1,00 cts

= C = v

q

N F F* P *1 R

Gf

)P 0,865 1 1* *

400

80,9739 = 161,3452

Série: 1000-1010Diâm. : 6 polClasse: 300Característica: = % na gaiola

Fluxo tende: AbrirDiâm. Orifício: 7 polCᵥ: 390 / Curso: 2 polFalta de ar: Fecha

L F L CL vi *

2 2F CL vi * + 1,001/4

N F q4 D* *R =EV 4 N d2 *

1 0,89L 209,7488 *

76.000 0,41 400* *R =EV

2 2 0,89 209,7488 * + 11/4

4 890 6* = 912.247,5267 1,0075 = 919.089,3832*

18 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 19: Manual de Dimensionamento Pentair

9.1.3 Terceiro passo

9.1.4 Quarto passo

Verificação do fluxo crítico

Cálculo do Fator da Geometria - FP

Cᵥᵢ = 1,3 161,3452 = 209,7488*

Coeficientes de resistência, da redução, expansão e Bernoulli -

163,2248 < 209,7488 Condição Atendida

F = 0,96 - 0,28 FPv

Pc

= 0,96 - 0,28 = 0,94700,4739221,0591

FLP

FP( )

2)P = M (P - F - P )1 F V

( CVi (2

F = P1

1+E.

N2 2d

E = . + . + . - .. 1 2 B1 B2

E .

(. = 0,51 1 - d

D1

22

( ( = 0,5 = 0,20481 - 6

10

22

((. = 12 1 -

d

D1

22( ( = 1 = 0,40961 -

6

10

22(

. = 1B1 - d

D1

4

( ( = 1 = 0,8704 - 6

10

4

( (

E = 0,2048 + 0,4096 + 0,8704 - 0,8704 = 0,6144.

1+0,6144 209,7488

890

2

( (F = = 0,9885P

1

26

< CviCv

Fp

161,3452

0,9885< 209,7488

. = 1B2 - d

D1

4

( ( = 1 = 0,8704 - 6

10

4

( (

| 19MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 20: Manual de Dimensionamento Pentair

9.1.5 Quinto passo

9.1.6 Sexto passo

9.1.7 Sétimo passo

9.1.8 Oitavo passo

9.1.9 Nono passo

Cálculo do Fator Combinado - FLP

Verificação do Fluxo Crítico

Como o ΔP (7,541 Bar) < ΔP (8,000 Bar), o fluxo é crítico, e o ΔP deve ser usado para o cálculo do Cᵥ.M M

Cálculo de C para condição do Fluxo CríticoV

Comentário: Em função do Cᵥ requerido, o diâmetro da válvula pré-selecionada está correto, trabalhando numa abertura de aproximadamente 78% do curso.

Queda de pressão para incipiente de cavitação - ΔPi

ΔP = K (P - P ) i C 1 v

ΔP = 0,65 (10,000 - 0,4739) = 6,1923Bar i

Como o ΔP (6,192 Bar) < ΔP (8,000 Bar) a válvula cavitai processo

Verificação da Cavitação Total

ΔP > ΔP e P > P M 2 V

8,000 Bar > 7,5421 Bar e 2,000 Bar(a) > 0,4739 Bar(a)

Pelo comparativo acima a válvula está com cavitação total e interno anti-cavitante é recomendável.

FL N2 (( 2

FL

1+ (.1 + .b1)

F = LP

Cv2d( (

2

26

2 =

161,3452( (2

(( 8900,89

= 0,8784

1+ (0,6144 +0,8742 )

0,89

0,87840,9885

2

= (10 - 0,9470 0,4738) = 7,5421 Bar*

N F 1 P*

qC =v

Gf

)PM 7,5421 = = 168,1163

0,865 0,9885*

0,9734400

K = 0,65 para válvula 1010 com orifício integral e fluxo C

tende a abrir

)P = M (P - F P )1 F V*FLP

FP

2

( ) ( )

20 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 21: Manual de Dimensionamento Pentair

9.1.10 Décimo passo

9.1.11 Décimo primeiro passo

9.1.13 Décimo terceiro passo

Selecionamos a mesma válvula, porém, com internos anti-cavitante de 1 estágio.

Diâmetro do orifício: 7,0 pol. Curso: 2 pol. Cᵥ: 207,1 F : 0,95 K : 0,90L C

Calcular novamente o ΔPi

ΔP = K (P P ) = 0,90 (10,000 - 0,4759) = 8,572 Bari C 1 V*

Como o ΔP (8,572 Bar) > ΔP (8,000 Bar) a válvula não cavita.i

Verificação do Fluxo Crítico

9.1.12 Décimo segundo passo

Verificação do Fluxo Crítico

Como o ΔP (8,4470 Bar) > ΔP (8,000 Bar), o fluxo é subcrítico, e o ΔP deve ser usado para o cálculo do Cᵥ.M

Cálculo final do CV

A Válvula de Diâmetro de 6 pol. com Cᵥ sel. =207,1 com Internos Anti - cavitante 1 Estagio está correta

9.1.14 Décimo quarto passo

Cálculo de Velocidade de Saída

Em função da Velocidade, a Válvula pré-selecionada está correta.

N22

FL ((FL

1+ (.1 + .b1)

F = LP

Cv2d( (

2

890

= 20,95

=0,9296

1+ (0,2048 +0,8704 ) 161,3452( (2

((0,95

26

FLP

FP ( ) 2)P = M (P - F P )1 F V*

0,92960,9885

2

= (10 - 0,9470 0,4738) = 8,4470 Bar*

N F 1 P*

qC =v

Gf

)PM 8 = = 163,2223

0,865 0,9885*

0,9739400

V = = 6,0967m/s N q7 *

2d 2

= 354 400*

2152,4

q = 400 m3/h 3N = 354 quando q é m /h 7

d = 6 25,4 = 152,4 mm*2

( )

| 21MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 22: Manual de Dimensionamento Pentair

9.1.15 Conclusão

9.2 - EXERCÍCIO Nº2

9.2.1 Primeiro passo

A Válvula pré selecionada está correta, portanto, a especificação fica assim:

Modelo 1000-1010 Diâmetro: 6 pol. - Classe: 300

Internos Anti-cavitante 1 ( um ) EstágioCaracterística : Linear

Classe de Vazamento : IV

Fluido = Nitrogênio3 3q = 30.000 Nm /h = 31.714,3 m /h a 1,0133 bar(a) a 15,6°C

P = 20 bar(m)+1,0133 = 21,013 bar(a)1

P = 2 bar(m)+1,0133 = 3,013 bar(a)2

T = 70°C + 273,15 = 343,15 K1

Diâmetro da tubulação, entrada e saída = 10pol.-sch 40

Pré-selecionamos uma válvula modelo 1010 com internos balanceados e baixo ruído de 3 estágios.

F = 0,99 X = 0,99L T

Z = 0,997 ( Vide Fig -1 )

Fig- 1 Fator de Compressibilidade - Z

(F( = 1,4

1,4 = = 1,001,4

21,013P =rP1

Pc = = 0,619

33,959

T =rT1

Tc = = 2,72

343,15126,20

= 1,000 ctsᶹ T = 126,20 KC

P = 33,96 bar(a)C

M = 28=1,4(

Pressão reduzida, Pr

Fato

r de

com

pres

sibi

lidad

e Z

4,0

3,0

2,0

1,0

0

Tr

1,001,051,101,151,20

1,30

1,401,501,60

1,802,00

2,50

3,003,50

5,006,00

10,008,00

15,00

4,00T =2,72r

0,997

P = 0,619r

22 |

0 5 10 15 20 25 30 35 40

MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 23: Manual de Dimensionamento Pentair

Verificação da condição do fluxo em função da queda de pressão - X

F X = 1,00 0,99 = 0,99( T* *X(0,856) < F X (0,99) Condição de fluxo sub-críticoT ( →*

Fator de expansão Y considerando d = D

Cálculo preliminar do Cᵥ

Pelos dados fornecidos, a seguinte equação será usada:

N = 22509

F = 1,000 para d = DP

Pré-selecionamos um diâmetro 8 pol. com Cᵥsel =125

Verificação da condição de fluxo pelo número de Reynolds - REV

C = 1,3 C = 1,30 99,64 = 129,22 vi V * * N = 76.000 N = 890 F = 0,13 para válvula com fluxo que tende a fechar4 2 D →

Como o número de Reynolds >10.000, a condição de fluxo é turbulenta e o Cᵥ deve ser calculado para esta condição.

9.2.2 Segundo passo

9.2.3 Terceiro passo

P -P 1 2 =)PX = P1 P1

21,013 - 3,013 = = 0,85721,013

Y = 1- XX F XT* *(

= 1 - = 0,7120,8573 1 0,99* *

M T Z1* *C = v N P F Y9 * 1 * P *

q

X = = 99,64

2250 1,000 21,013 0,712 * * *

31.714,3 28 343,15 0,997* *0,857

L F L CL vi *

2 2F CL vi * + 1,001/4

N F q4 D* *R =EV 4 N d2 *

1,00 0,99 129,22 *

76.000 0,13 31.714,3* *R =EV

2 20,99 129,22 * + 1,00 = 27.703.179,05 1,06 = 29.508.756,22*

1/4

4 890 8*

| 23MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 24: Manual de Dimensionamento Pentair

9.2.4 Quarto passo

9.2.5 Quinto passo

Coeficientes de resistência, da redução, expansão e Bernoulli -

Fator da geometria da tubulação - FP

N = 890 quando "d" é em pol.2 →Fator da razão da queda de pressão, combinando os fatores X e F = XT P TP

N = 1000 quando" d" é em pol.5 →

Reanalisar condição de fluxo para d ≠ D

F X = 1,00 0,9889 = 0,9889( TP* *X(0,857) < F X (0,9889) Contínua condição de fluxo subcrítico( TP →*Fator de expansão Y para d ≠ D

E = . + . + . - .. 1 2 B1 B2

E .

(. = 0,51 1 - d

D1

22( ( = 0,5 = 0,06481 -

8

10

22(

(. = 12 1 - d

D1

22( ( = 1 = 0,12961 -

8

10

22(

. = 1B1 - d

D1

4

( ( = 1 = 0,4096 - 8

10

4

( (. = 1B2 -

d

D1

4

( ( = 1 = 0,4096 - 8

10

4

( (E = 0,0648 + 0,1296 + 0,4096 + 0,4096 = 0,1944.

( CVi (2

F = P1

1+E.

N2 2d 1+0,1944 129,22

890

2

( ( = = 0,99921

28

= 41000 8*20,999X =TP +1

-1

XT

4N d5 *

XT 2(. + . ) C1 1B vi

2Fp+1,00 = 0,9889

0,99 0,99 2(0,0648 + 0,4096)129,22

Y = 1 - X3 F XTP* *(

0,857 = 1- = 0,71123 1 0,9889* *

24 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 25: Manual de Dimensionamento Pentair

9.2.6 Sexto passo

9.2.7 Sétimo passo

9.2.8 Conclusão

Cálculo Final do Cᵥ

A válvula de diâmetro 8 pol. Com C sel = 125 por enquanto está correta.v

Cálculo de Velocidade de Saída

q = 31.714,3 m3 a 1,013 bar(a) a 15,6°CT = 343,15 K ( como não conhecemos a temperatura de saída, admite-se T = T )2 2 1

P = 3,013 bar(a)2

d = 8 25,4 = 203,20 mm* 2

Velocidade de escoamento - V

Velocidade sônica - VC

( = 1,4 T = 343,15 K M = 28 2

Limite 0,33 para válvula com internos de baixo ruído

A válvula pré-selecionada está correta, portanto, a especificação fica assim:

Modelo 1000 - 1010diâmetro: 8 pol

Classe: 300Internos de Baixo Ruído: 3 Estágios

Classe de Vazamento: IV

M T Z1* *C = v N P F Y9 * 1 * P *

q

X = = 99,86

2250 0,9992 21,013 0,7112 * * *

31.714,3 28 343,15 0,997* *0,856

MC = VVC

V = 1,24 q T2 * P2 *

2d 2

V = 1,24 q T2 * P2 *

2d 2

= 1,24 = 108,47 m/s31.714,3 343,15*2 3,013 203,20 *

( T2*V = 91,2C M1,4 343,15* = 91,2 = 377,77 m/s

28

MC = VVC

= = 0,287 →108,47377,47

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Page 26: Manual de Dimensionamento Pentair

9.3 - Exercício Nº3

9.3.1 Primeiro passo

9.3.2 Segundo passo

Condições de Serviço

Fluido = Óleoq = 900 gpmP = 100 psia1

P = 60 psia2

ΔP = 40 psia

Tubulação de entrada e saída = 6 pol. Sch 40

Cálculo preliminar do CᵥF = 1,00 e F = 1,00R P

Válvula pré-selecionada:

Verificação da Condição de Fluxo pelo Número de Reynolds - REV

F = 0,46 para válvula série 85-08 com fluxo tendendo abrirD

F = 0,90 para fluxo tendendo abrir com passagem integralL

N = 890 quando d é em polegada2 →N = 87300 quando q é em gpm4 →

C = 1,3 * C = 1,30 * 127,2792 = 165,46vi V

Como o número de Reynolds é < 1.0000,00 calcular o fator do número de Reynolds, FR

Série: 85-08Diâmetro: 4polClasse: 150

Característica: LinearDiâmetro Orifício: 3,25 polFluxo tende : Abrir

Cᵥ: 195Curso: 2 polFalta de Ar: Fecha

qC =v

Gf

)PM 40 = = 127,2792

0,8900

L F L CL vi *

2 2F CL vi * + 1,001/4

N F q4 D* *R =EV 4 N d2 *

P = 5 psiaV

P = 800 psiaC

t = 80°F1

G = 0,800f

= 500 cps:

< = :

GF

= = 625 cts 5000,8

625 0,90 165,463 *

87.300 0,46 900* *R =EV

2 20,9 165,463 * + 1,00 = 4738,7398 1,0235 = 4850,1002*

1/4

4 890 4*

26 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

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9.3.3 Terceiro passo

9.3.4 Quarto passo

Fator do número de Reynolds - F para passagem integral, onde:R

Fator do número de Reynolds - FR

OU

Não deve exceder 1,000 →

Para Cálculo de Cᵥ se escolhe o menor valor de FR

Cálculo final do Cᵥ

Como o C /F é menor do que o C , o diâmetro da válvula pré - selecionado em função do C calculado V R vi V

(143,5264) está correto.

Delta P para incipiente da cavitação - ΔPi

ΔP = K (P - P ) K = 0,65 para válvula 85-08 com orifício integral e fluxo tende a abrirC 1 Vi C

ΔP = 0,65 (100 - 5) = 61,75 psi i

Válvula não cavita devido o ΔP de processo (40psi) ser menor do que o ΔP (61,75psi).i

> 0,16 N para R > 10 N = 64518 EV 18* Cvi

2 d

> 0,016 645 10,3414 > 10,3200 para R ( 4850,1002) >10EV *127,2792 1,3*

24

F = R

0,0260 R2 EV*F = 1 +R 1/4

02

1/20,33 * FL( (L og10.000

REV( (02

N2 = 890 = = 8,3220Cvi

2d

2

( ( 127,2792 1,3*24( (

2

L = 0,8868 og F = 1 +R 1/48,3220

1/20,33 * 0,9( ( 10.000

4850,1002( (F = R

0,026 8,32220 4850,1002 = 5,8039*0,9

< CviCv

FR

127,2792

0,8868< 127,2792 1.3 143,5264 < 165,4630*

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FL

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9.3.5 Quinto passo

9.3.6 Conclusão

9.4 - Exercício Nº4

9.4.1 Primeiro passo

Cálculo de Velocidade

N = 0,408 quando q é em gpm q = 900 gpm d = 4 pol 7 2→

Comentário: Em função da velocidade, a válvula pré selecionada está correta.

A Válvula pré - selecionada está correta, portanto, a especificação fica assim:

Modelo 85 - 08 Diâmetro: 4 pol. - Classe : 150

Característica : LinearClasse de Vazamento : IV

Condições de Serviço

Fluido = Vapor SuperaquecidoW = 40000 kg/h

2 2P = 3 kg/cm man = 4,033 kg/cm Abs12 2P = 2 kg/cm man = 3,033 kg/cm Abs 2

Diâmetro da tubulação de entrada e saída de 14 pol. sch - 40

Pré - Selecionamos uma Válvula Borboleta modelo 87B - 32

Verificação da condição de fluxo em função da razão da queda de pressão - X

= V N q7 *

2d2

= = 22,95 pés/s limite: 50 pés/s →0,408 900*24

t = 170° C1

D = 1,9926 kg/m(= 1,20 M = 18,02

31

F ( = (

1,40= = 0,8571 1,20

1,40F = 1,000P

X = 0,500T

= X P - P1 2

P1

= 0,2480 = 4,033 - 3,033

4,033

28 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

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9.4.2 Segundo passo

9.4.2 Terceiro passo

9.4.3 Quarto passo

F X = 0,8571 0,500 = 0,4286( T * * X(0,2480 ) < F X (0,4286) Condição de fluxo sub - crítico( T → *

Fator de Expansão Y considerando d = D

Calculo preliminar do Cᵥ Pelos dados fornecidos a seguintes equação será usada:

N = 27,3 F = 1,000 para d = D6 P

Pré-selecionamos um diâmetro de 10 pol. com C a 70 graus de 2910 V

Coeficientes de resistência, da redução, expansão e Bernoulli -

= 1,000 - Y X

3 F X( T* * = 1,000 - = 0,8071

0,24803 0,8571 0,500* *

X P D1 1* *C = v N F Y6 * P *

w0,2480 4,033 1,9926* *

= = 1285,937927,3 1,000 0,8071 * *

4000

E = . + . + . - .. 1 2 B1 B2

E .

(. = 0,51 1 - d

D1

22( ( = 0,5 = 0,12001 -

10

14

22(

(. = 12 1 - d

D1

22( ( = 1 = 0,24001 -

10

14

22(

. = 1B1 - d

D1

4

( ( = 1 = 0,7397 - 10

14

4

( (. = 1B2 -

d

D1

4

( ( = 1 = 0,7397 - 10

14

4

( (E = 0,1200 + 0,2400 + 0,7397 - 0,7397 = 0,3600.

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Page 30: Manual de Dimensionamento Pentair

9.4.5 Quinto passo

9.4.6 Sexto passo

9.4.7 Sétimo passo

9.4.8 Oitavo passo

Fator da Geometria da Tubulaçào - FP

C = 1285,9379 1,3 = 1671,7193*Vi

N = 890 quando d é em pol. 2

Fator da razão da queda de pressão, combinando os Fatores X e F = XT P TP

X = 0,405 para ângulo de 53 grausT

N = 1000 quando d é em pol.5

Reanalisar a condição de fluxo para d ≠ D

F X = 0,8571 0,4108 = 0,3521( TP* *X(0,240) < F X (0,3521) Condição de fluxo sub - crítico ( TP →*

Fator de expansão Y considerando d ≠ D

Cálculo do Cᵥ Final

A válvula de diâmetro 10 pol. com Cᵥ sel = 2910 por enquanto está correta.

( CVi (2

F = P1

1+E.

N2 2d1+

0,3600 1671,7193890

2

( ( = = 0,94791

210

= 20,9479X =TP +1

-1XT

4N d5 *

XT 2(. + . ) C1 1B vi

2Fp

0,40541000 10*

+1,00 = 0,41080,405 2(0,1200 + 0,7397)1671,7193

-1

Y = 1- X3 F XTP* *(

0,2480 = 1- = 0,76523 0,8571 0,4108* *

X P D1 1* *C = v N F Y6 * P *

w0,2480 4,033 1,9926* *

= = 1430,901927,3 0,9479 0,7652 * *

40000

30 | MANUAL DE DIMENSIONAMENTO PARA VÁLVULAS DE CONTROLE HITER

Page 31: Manual de Dimensionamento Pentair

9.4.9 Nono passo

9.4.10 Conclusão

Cálculo da Velocidade de Saída pelo Numero de Mach - Mc

Velocidade de Escoamento - V

3N = 354 quando a vazão é kg/h d = 10 25,4 = 254,00 mm V = 0,6691 m /kg*11 E2

Velocidade Sônica - VC

T = t + 273 = 170 + 273 = 443K2 1

A válvula de 10 pol. com velocidade de saída Mach 0,2732 está correta

A Válvula pré - selecionada está correta, portanto, a especificação fica assim:

Modelo 87B - 32Diâmetro: 10 pol - Classe : 150

Classe de Vazamento: IV

V = N W V11 e2* *

2d 2

= = 146,8544 m/s354 40000 0,6621* *

2254

V = 25,54 T c 2

V = 25,54 443 = 537,5548 m/s c

Mc = VVc

= = 0,2732 Limite 0,50 para a válvula Borboleta→ 146,8544537,5548

Mc = VVc

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RUA CAPITÃO FRANCISCO TEIXEIRA. NOGUEIRA, 233, SÃO PAULO, SP 05037-030 W W W.HITER.COM.BR

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