Stromingsprincipes in ventielen

Druk

Druk is gedefinieerd als de verhouding van de grootte van de kracht op een bepaald oppervlak:

p=F/A

Hierin geldt:

  • p = de druk in Pascal (N/m2)
  • F = de kracht in Newton (N)
  • A = de oppervlakte (m2)

Pascal is een kleine eenheid en daarom wordt vaak bar gebruikt: 1bar = 105Pa. Let bij berekeningen op het verschil tussen absolute en relatieve druk. Gemiddeld is de atmosferische druk 1.013 bar. Het onderstaande schema geeft het verschil weer.

absolute en relatieve druk vergelijking

Hydraulische coefficiënt Kv

Definitie Kv-waarde: Debiet (m3/uur) van water van 20°C door de klep bij een drukval van 1 bar.

Met behulp van de hydraulische coefficiënt Kv, of kortweg Kv-waarde, kan het debiet van een vloeistof door een klep berekend worden. Let op dat voor gassen, zoals lucht, een andere formule geldt (zie correctiefactor gassen). De Kv-waarde definieert het waterdebiet in m3/uur door een klep bij een drukval van 1 bar en een temperatuur van 20°C. Let goed op dat de Kv-waarde soms uitgedrukt is in l/min en soms m3/uur. Meestal wordt Kv (met een grote K) gebruikt voor m3/uur en kv (met een kleine k) voor l/min. Om het debiet te berekenen wordt de volgende formule gebruikt:

Kv-waarde-formule

Hierin geldt:

  • Q = debiet vloeistof (m3/uur)
  • Kv = hydraulische coefficiënt (m3/uur)
  • SG = specifieke zwaartekracht (=1 voor water)
  • dp = drukverschil (bar)

De Kv-waarde van een klep wordt bepaald met een gestandaardiseerde test volgens VDI/VDE 2173. Hiertoe wordt een testopstelling gebruikt zoals weergegeven in onderstaande schematische tekening:

kv-waarde-gestandaardiseerde-test-vdi-vde-2173

Voorbeeld

Een leidingsysteem met een ventiel heeft een ingaande waterdruk van 5 bar. Het debiet moet tenminste 5 liter per minuut zijn. De drukval over het ventiel mag maximaal 1 bar zijn, dus de uitgaande druk is minimaal 4 bar. Welke Kv-waarde moet de klep minimaal hebben?

Kv-waarde berekenen van een magneetventiel

5 l/min = 0.3 m3/uur


Kv-waarde-formule Kv-waarde-formule2Kv-waarde-formule3

De Kv-waarde moet dus minimaal 0.3 m3/uur zijn.

Correctiefactor voor gassen

Bij gebruik van gassen dient een andere formule voor het debiet gebruikt te worden. Voor subsonische en supersonische stroming wordt een andere formule gebruikt. "Qn" geeft aan dat het debiet geldt voor standaardcondities. De standaardcondities voor gas zijn een temperatuur van 20°C en een druk van 101.3kPa. Het debiet wordt uitgedrukt in Nm3/h, dit staat voor "Normal cubic metre per hour".

Subsonisch

debiet_magneetventiel_lucht_subsonisch

Supersonisch

debiet_magneetventiel_lucht_supersonisch

In de formule geldt:

  • dP = drukval (bar)
  • kv = hydraulische coëfficient (l/min)
  • p1 en p2 zijn respectievelijk de absolute druk stroomopwaarts en -afwaarts (bar
  • γ = specifieke dichtheid bij standaardcondities (20°C) in kg/m3
  • T = absolute temperatuur in Kelvin (0K = -273.15°C)

De Cv-waarde

Soms wordt in plaats van de Kv-waarde de Cv-waarde gegeven. Hierin zit een omrekenfactor verwerkt voor Amerikaanse eenheden.

  • Cv = 1.16 Kv
  • Kv = 0.853 Cv
  • kv = 16.67 Kv

Om het omrekenen tussen de verschillende factoren te vergemakkelijken is het onderstaande schema een handige oplossing. Met pijlen is de omrekenfactor tussen de verschillende factoren weergegeven.

omrekenen kv-waarde cv-waarde

Kv (met een grote K) geeft het in debiet in m3/uur, kv (met een kleine k) in l/min.

Kleppen parallel geschakeld

Wanneer meerdere kleppen parallel aangesloten zijn, kan de Kv-waarde simpelweg bepaald worden door alle Kv-waardes op te tellen.