TECHNISCHE GEGEVENS doorstromingsgegevens bepaling van de doorstromingsfactor en de doorlaatdiameter

12

TECHNISCHE GEGEVENS doorstromingsgegevens bepaling van de doorstromingsfactor en de doorlaatdiameter Bepaling van de grootte van de afsluiters

Belangrijke voorwaarden

Een goede keuze van de grootte van de afsluiters is belangrijk. Keuze van een te grote of te kleine afsluiter is nadelig voor de werking van het systeem.

In het algemeen moeten zoveel mogelijk gegevens in verband met de toepassing beschikbaar zijn:

Een te kleine afsluiter veroorzaakt: 1) de gewenste doorstroming wordt niet verkregen 2) verdamping van de vloeistoffen aan de uitgang van de afsluiter 3) een groot drukverlies in de leidingen en afsluiter 4) te lage uitgangsdruk Een te grote afsluiter veroorzaakt: 1) verhoogde installatiekosten Voor indirect werkende magneetafsluiters 2) een variabele doorstroming of een onregelmatige doorstroming wegens onvoldoende ∆P 3) dat de levensduur van sommige afsluiters verminderd door oscillaties van de inwendige delen wanneer de doorstroming de benodigde interne drukverschillen niet kan behouden 4) een ongedefinieerde stand van sommige afsluiters: bv. een afsluiter met 3 of 4 poorten dreigt niet van stand te veranderen wegens onvoldoende doorstroming 5) dat de levensduur van de zittingen en kleppen verkort door het optreden van slijtage als gevolg van de stroomsnelheid van het medium. Definitie van de doorstroomfactor Kv De doorstromingsfactor Kv in m3/h of l/min is een experimentele volumetrische doorstroming (capaciteit) gerealiseerd door een afsluiter die, voor een specifieke slag, de volgende voorwaarden vertoont: - toelaatbaar drukverlies (∆ pKv) over de afsluiter gelijk aan 105 Pa (1 bar) - het vervoerde medium is water bij een temperatuur van 278 K tot 313 K (5°C tot 40°C) - de eenheid van volumetrische doorstroming is m3/h of l/min De waarde van doorstromingsfactor Kv wordt verkregen met de volgende vergelijking op basis van testresultaten: Kv = Q

Q ∆pKv ∆p ρ ρw

∆pKv . ρ ∆p . ρw waarbij:

de volumetrische doorstroming is gemeten in m3/h of in l/min het toelaatbare drukverlies is van 105 Pa (zie boven) het toelaatbare drukverlies is in pascal, gemeten over de afsluiter de soortelijke massa van het medium in kg/m3 de soortelijke massa van water (zie boven) in kg/m3 (volgens norm IEC 534)

Doorstroming - Gegeven in kubieke meter per uur (m3/h) voor vloeistoffen, in Normaal kubieke meter per uur (Nm3/h) voor gassen, of in kilogram per uur (kg/h) voor stoom. Deze waarde moet worden vastgesteld door de gebruiker: door raadpleging van de typeplaatjes op het (pomp)materieel, grafieken van stookinstallaties of door berekening. Ingangsdruk (p1) - Deze waarde wordt verkregen door kennis van de voedingsbron of door een manometer op de ingang van de afsluiter te plaatsen. Uitgangsdruk (p2) - Deze waarde wordt afgelezen van de manometer, maar is dikwijls opgenomen in de specificaties m.b.t. het toelaatbare drukverlies in het systeem. Als de ingangsdruk en het drukverlies bekend is, kan de uitgangsdruk eenvoudig worden berekend. Drukverlies (∆p) - In ingewikkelde of grote systemen is het aanbevolen het drukverlies door de afsluiter op het laagste peil te houden. De gebruiker heeft trouwens dikwijls zijn eigen specificaties voor deze factor. Als de afsluiter afblaast in de vrije lucht en als het vervoerde medium een vloeistof is, is het drukverlies uiteraard gelijk aan de ingangsdruk. Als een afsluiter wordt gekozen voor transport van gas of stoom, mag voor het gebruik van het in de formules gebruikte drukverlies slechts 50% van de ingangsdruk nemen (meestal kritiek drukverlies genoemd). Dit geldt zelfs als de afsluiter afblaast in de vrije lucht. In alle andere gevallen is het drukverlies gelijk aan het verschil tussen ingangs- en uitgangsdruk. N.B.: De betekenis van de term “minimaal werkingsdrukverschil” is soms moeilijk te begrijpen (zie pagina V1210). Een aantal indirect werkende magneetafsluiters werkt dankzij een drukverschil binnenin de afsluiter. Dit drukverschil wordt als volgt gemeten: het verschil tussen de ingangs- en uitgangswaarden van de gehele afsluiter. Als alleen de doorstromingsgegevens bekend zijn en niet de drukwaarden, moeten de schema's of formules worden gebruikt voor berekening van het drukverlies. Als het drukverschil lager is dan het nodige drukverschil, is de afsluiter te groot. In dat geval moet worden gekozen voor een afsluiter met een kleiner minimaal werkingsdrukverschil of een kleinere afsluiter met lagere doorstromingsfactor Kv.

De formules voor berekening van de doorstromingsfactor Kv zijn vrij ingewikkeld: daarom heeft ASCO/JOUCOMATIC een reeks doorstromingsgrafieken uitgewerkt om dit probleem te verhelpen. De berekening van de doorstroming is dan herleid tot een basisformule: gewenst debiet: Q Kv = factoren: F , F , F gm sg gl De factoren Fgm, Fsg, Fgl, worden snel gevonden door verrekening van de bekende parameters in de grafieken I tot X op de volgende pagina's (zie berekeningsvoorbeeld op de volgende pagina). Met onderstaande tabel kan de benaderde doorstromingsfactor Kv worden bepaald als de benaderende doorlaatdiameter bekend is. Deze tabel steunt op de constructie-eigenschappen van de afsluiters “in lijn”. Voor een precieze groottebepaling van de afsluiter en de omzetting van de doorstromingsfactoren van een specifieke afsluiter in reële doorstroming, gelieve de doorstromingsgrafieken te raadplegen alsmede de reële waarden van de Kv gedefinieerd op de bladzijden van elk product.

Ø doorKv ong. laat ong. 3 (mm) (m /h) (l/min) 0.8

0,02

0,33

1.2

0,05

0,83

1.6

0,08

1,33

2.4

0,17

2,83

3.2

0,26

4,33

3.6

0,31

5,17

4.8

0,45

7,50

6.4

0,60 10,0

8

1,5

9

1,7

Ø doorKv ong. laat ong. 3 (mm) (m /h)(l/min) 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

25,0

28,3

V1215-NL-R4

12

TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 12 VOORBEELDEN VAN PROBLEMEN VLOEISTOFFEN (grafieken I en III)

LUCHT EN GASSEN (grafieken I en IV tot VII)

STOOM (grafieken VIII tot X)

Bepalen van de doorstromingsfactor Kv: Welke doorstromingsfactor is nodig voor het transport van 22 liter olie per minuut met een relatieve dichtheid van 0,9 en een drukverlies van 1,5 bar ?

Bepalen van de doorstromingsfactor Kv: We zoeken een afsluiter die 14 Nm3/u transporteert bij een ingangsdruk van 4 bar en bij een drukverlies (∆p) van 0,5 bar. Wat is de doorstromingsfactor als kooldioxyde wordt getransporteerd?

Bepaling van de doorstromingsfactor Kv: We zoeken een afsluiter die 25 kg/h verzadigde stoom vervoert bij een ingangsdruk van 1 bar en een drukverlies (∆p) van 0,2 bar. Wat is de doorstromingsfactor Kv ?

Oplossing: Zie grafiek VI (ingangsdruk van 1 tot 10 bar). De formule is:

Oplossing: Raadpleeg de overeenkomstige stoomschema's (schema's VIII en IX). De formule is:

De viscositeit is lager dan 9° Engler. Oplossing: De formule is:

Kv (m3 /h) =

Q (m3 /h) Fgm . Fsg

Kv (Nm3 /h) =

Q (Nm3 /h) Fgm . Fsg

Kv (m3 /h) =

Q (kg/h) Fgm

Kv (l/min) =

Q (m3 /h) Fgl . Fsg

Kv (Nl/min) =

Q (Nm3 /h) Fgl . Fsg

Kv (l/min) =

Q (kg/h) Fgl

De factoren Fgl en Fgm worden gevonden aan de hand van doorstromingsgrafiek (III) van vloeistoffen. Factor Fgm komt overeen met een drukverlies van 1,5 bar en is gelijk aan 1,25. De overeenkomstige factor Fgl is 0,075. Factor Fsg wordt verkregen met grafiek I. Hij stemt overeen met een relatieve dichtheid van 0,9 en is gelijk aan 1,05.

Fgm wordt gevonden op het snijpunt van de ingangsdruk 4 bar en het drukverlies ∆p=0,5 bar. Lager ziet u dat Fgm = 43,5. De overeenkomstige factor Fgl is 2,61

Zoek de factoren Fgm en Fgl op schema VIII of IX, snijpunt van de ingangsdruk van1 bar en ∆p 0,2 bar . Kijk lager voor: Fgm = 13,8 en Fgl = 0,83

Neem de Fsg die overeenkomt met de relatieve dichtheid van de kooldioxyde (= 1,5) op grafiek I. Fsg = 0,81.

Bovenstaande waarden ingevuld:

Bovenstaande waarden ingevuld:

−3 Kv = 60.22.10 = 1 m3 /h 1, 25.1, 05

Kv =

Q (Nm3 /h) 14 = = 0, 4 Nm3 /h Fgm . Fsg 43, 5.0, 81

Kv =

Q (kg/h) = 25 = 1, 8 m3 /h Fgm 13, 8

−3 Kv = 60.22.10 = 16, 7 l/min 0, 075.1, 05

Kv =

Q (Nm3 /h) 14 = = 6, 62 Nl/min Fgl . Fsg 2, 61.0, 81

Kv =

Q (kg/h) = 25 = 30 l/min Fgl 0, 83

Formules voor vloeistoffen Q (m3 /h) = Kv

∆p S.G.

Q (dm3 /min) = Kv1

Formules voor gassen (met temperatuurcorrectie)

Q (Nm3 /h) = Kv.18, 9 ∆p S.G.

Bovenstaande waarden ingevuld:

Q (Ndm3 /h) = Kv.18, 9

∆p(2P1 − ∆p) ⋅ 293 (S.G.) (273 + t 2 ) ∆p(2P1 − ∆p) ⋅ 293 (S.G.) (273 + t 2 )

S.G.: relatieve dichtheid ten opzichte van water (vloeistoffen) en ten opzichte van lucht (gassen) t2 : temperatuur van het medium (in °C)

V1215-2

TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 12 Grafiek II : Bepaling van de temperatuurcorrectiefactor Ft

Factor Ft

Factor Fsg

Grafiek I : Bepaling van factor Fsg

Relatieve dichtheid (S.G.) ANDERE DICHTHEDEN

TEMPERATUUR VAN HET MEDIUM t2 (°C) ANDERE TEMPERATUREN

relatieve dichtheid (voor 1 bar absoluut en 15°C)

bij het gebruik van -7°C tot +65°C is de temperatuurcorrectie zeer gering en kan ze voor gangbare toepassingen achterwege worden gelaten

Grafiek III : Bepaling van de doorstromingsfactoren Fgm en Fgl voor een vloeistof

0,48

0,42

Factor Fgm (m3/u)

Factor Fgl (l/min)

0,54

0,36

0,30

0,24

0,18

0,12

0,06

0,03

0

Drukverlies ∆p (bar)

V1215-3

12

TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 12 Grafiek IV : Bepaling van de doorstromingsfactoren Fgm en Fgl voor lucht of gas

Ingangsdruk van 0,01 tot 0,1 bar (manometrisch)

Drukverlies ∆p (bar)

Niet aflezen onder deze grenscurve

Factor Fgm (m3/u) 0,17

0,18

0,21

0,24

0,27

0,30

0,36

0,42

0,48

0,54

Factor Fgl (l/min)

Ingangsdruk van 0,1 tot 1 bar (manometrisch)

Grafiek V : Bepaling van de doorstromingsfactoren Fgm en Fgl voor lucht of gas

Drukverlies ∆p (bar)

Niet aflezen onder deze grenscurve

Factor Fgm (m3/u) 0,24

0,30

0,36

0,42

0,48

0,54

0,6

0,66

0,72

1,08 1,56 0,84 0,96 1,2 1,32 1,8 2,04 1,44 1,92 1,68 0,9 1,26 1,38 1,62 0,78 1,14 1,74 1,98 1,02 1,5 1,86 2,1

Factor Fgl (l/min)

V1215-4

TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 12 Grafiek VI : Bepaling van de doorstromingsfactoren Fgm en Fgl voor lucht of gas

Ingangsdruk van 1 tot 10 bar (manometrisch)

Drukverlies ∆p (bar)

Niet aflezen onder deze grenscurve

Factor Fgm (m3/u) 0,6

1,8

1,2

3,0

2,4

3,6

4,2

4,8

5,4

6

6,6

7,8

7,2

8,4

9,6

9

1,02

1,08

Factor Fgl (l/min)

Ingangsdruk van 10 tot 100 bar (manometrisch)

Grafiek VII : Bepaling van de doorstromingsfactoren Fgm en Fgl voor lucht of gas

Drukverlies ∆p (bar)

Niet aflezen onder deze grenscurve

Factor Fgm (m3/u) 0

6

12

18

24

30

36

42

48

54

60

66

72

78

84

90

96

102

Factor Fgl (l/min)

V1215-5

12

TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 12

Ingangsdruk van 0,1 tot 1 bar (manometrisch)

Grafiek VIII : Bepaling van de doorstromingsfactoren Fgm en Fgl voor stoom

Drukverlies ∆p (bar)

Niet aflezen onder deze grenscurve

Factor Fgm (m3/u) 0,18 0,3 0,54 0,42 0,66 0,9 0,78 0,72 0,24 0,36 0,48 0,6 0,84 0,96

1,02

1,08

1,14

1,2

1,26

1,32

1,38

1,44

1,5

1,56

1,62

1,68

Factor Fgl (l/min)

Ingangsdruk van 1 tot 10 bar (manometrisch)

Grafiek IX : Bepaling van de doorstromingsfactoren Fgm en Fgl voor stoom

Drukverlies ∆p (bar)

Niet aflezen onder deze grenscurve

Factor Fgm (m3/u) 0

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

3,6

4,2

4,8

5,4

6,0

6,6

7,2

7,8

8,4

9,6

Factor Fgl (l/min) Drukverlies ∆p (bar)

Ingangsdruk van 10 tot 100 bar (manometrisch)

Grafiek X : Bepaling van de doorstromingsfactoren Fgm en Fgl voor stoom

Niet aflezen onder deze grenscurve

Factor Fgm (m3/u) 0

6

12

18

24

30

36

42

48

54

60

66

72

78

84

Factor Fgl (l/min)

V1215-6

TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 12 ANDERE DOORSTROMINGSFORMULES EN ANDERE FYSISCHE GEGEVENS

Bepaling van de doorstromingsfactor Kv (of Cv) De doorstromingsfactor Kv (of Cv) van een afsluiter is het waterdebiet (dichtheid

= 1) uitgedrukt in volume-eenheden “A” per tijdseenheid “B”. Dit debiet stroomt door een afsluiter met een drukverlies gelijk aan de drukeenheid “C”. (zie onderstaande tabel)

Conversietabel Kv en Cv volume "A" liter kubieke meter gallon GB gallon US

eenheden tijd "B" min uur min min

druk "C" bar bar psi psi

symbool Kvl Kv Cve Cv

omzettingsformules 16,7 Kv 0,06 Kvl 0,058 Kvl 0,069 Kvl

= = = =

17,3 Cve = 1,04 Cve = 0,963 Kv = 1,16 Kv =

Berekening van de doorstroming

Lucht en gas

Stoom

Algemeen: De drukverlieswaarden die niet in de curven staan, kunnen door interpolatie in de schema's worden bepaald. De gezochte waarden kunnen evenwel nauwkeurigerer worden berekend aan de hand van de volgende formules (waarop de doorstromingsschema's gebaseerd zijn):

Fgm = 18, 9 ∆p (2p1 − ∆p) (m3/h)

Voor stoom:

Fgl = 1, 13 ∆p (2p1 − ∆p) (l/min)

Voorbeeld: ∆p = 0,4 bar; p1 = 3 bar relatief of 4,013 bar abslouut. Berekening:

p1 = absolute ingangsdruk (bar) = manometerdruk + atmosferische druk gelijk aan 1,013 bar p2 = absolute uitgangsdruk (bar) = manometerdruk + atmosferische druk gelijk aan 1,013 bar ∆p = p1 - p2 = drukverlies over de afsluiter (bar) t = 0°C Opm.: In de meeste systemen moet het drukverlies zo laag mogelijk worden gehouden. Indien nodig (bij vloeistoffen) kan het drukverlies gelijk zijn aan de totale ingangsdruk (manometerdruk). Dit geldt ook voor lucht, gassen en stoom tot een ingangsdruk (manometrisch) van 1,013 bar. Bij deze media mag echter nooit een ∆p van meer dan 50% van de absolute ingangsdruk worden gebruikt om een te groot drukverlies en een onregelmatige doorstroming te vermijden. Als het ∆p niet is omschreven en deze informatie nodig is voor de groottebepaling van de afsluiter, kan het drukverlies snel worden berekend door 10 % van de ingangsdruk te nemen. Vloeistoffen Fgm = ∆p (m3 /h) en

Fgl = 0, 06 ∆p (l/min)

Voorbeeld: bij Dp = 1,7 bar, is: Fgm = 1,3 (m3/u) en Fgl = 0,08 (l/min) Opm.: Bij een viscositeit van de vloeistof van meer dan 300 SSU (ongeveer 9°E), moet de doorstromingsfactor Kv worden aangepast. Gelieve ASCO/JOUCOMATIC te raadplegen.

Fgm = 18, 9 0, 4(8, 026 − 0, 4) = 33 m3 /h

14,4 0,865 0,833 1,2

Cv Cv Cv Cve

Fgm = 15, 83 ∆p(2P1 − ∆P) (m3/h) Fgl = 0, 95 ∆p(2P1 − ∆P) (l/min)

Voorbeeld: ∆P = 7 bar, P1 = 40 bar of 41,013 bar abs. Berekening:

Fgm = 15, 83 7(82, 026 − 7) = 363 m /h 3

Fgl = 1, 13 0, 4(8, 026 − 0, 4) = 1, 97 l/min Opm.: De formules voor gassen zijn alleen nauwkeurig voor een medium temperatuur van 20°C (in deze catalogus werd de standaard kubieke meter Nm3 bepaald bij 20°C en 1,013 bar absoluut). Bij een andere temperatuur t2 (°C) - zie grafiek II - moet de waarde van de doorstromingsfactor Kv1 worden aangepast met de volgende correctiefactor:

Ft =

293 273 + t 2

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

Opm. 1: De formules voor stoom betreffen verzadigde stoom. Voor oververhitte stoom moet een correctiefactor worden toegepast. Raadpleeg in dat geval ASCO/ JOUCOMATIC. Opm. 2: Voor dampen (zoals freon), moeten andere correctiefactoren worden toegepast.

Dichtheid van enkele vloeistoffen bij 20°C (ten opzichte van water bij 4°C) Ethylalcohol Benzeen Koolstoftetrachloride Castorolie Fuel n° 1 Fuel n° 2 Fuel n° 3 Fuel n° 4 Fuel n° 5 Fuel n° 6 Benzine Glycerine Lijnolie Olijfolie Terpentijn Water

0,79 0,88 1,589 0,95 0,83 0,84 0,89 0,91 0,95 0,99 0,75 tot 0,78 1,26 0,94 0,98 0,862 1,000

De werkelijke doorstromingsfactor is Kv1 Kv 2 = Ft

Dichtheid van enkele gassen (bij een temperatuur van 20°C, bij atmosferische druk en ten opzichte van lucht) Acetyleen Lucht Ammoniak Butaan Kooldioxyde Chloor Ethaan Ethyleenchloride Helium Methaan Methyleenchhloride Stikstof Zuurstof Propaan Zwaveldioxyde

0,91 1,000 0,596 2,067 1,53 2,486 1,05 2,26 0,138 0,554 1,785 0,971 1,105 1,56 2,264

V1215-7

12

TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 12

V1215-8