In questo articolo viene analizzato il calcolo del coefficiente di flusso, utilizzato per caratterizzare le perdite di carico nelle valvole. Viene descritto come tale parametro possa essere stimato mediante simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD), confrontando l’approccio numerico con la determinazione sperimentale su banco prova.
La determinazione del coefficiente di flusso è regolata da normative tecniche internazionali, tra cui la norma europea EN 60534, che definisce le procedure di prova e le condizioni di riferimento per la determinazione della capacità di flusso delle valvole di controllo. Secondo tale normativa, il valore del coefficiente deve essere determinato mediante prove sperimentali su banco prova.
Negli ultimi anni, tuttavia, lo sviluppo degli strumenti di fluidodinamica computazionale (CFD) ha reso possibile stimare questo parametro già nelle prime fasi della progettazione, prima della realizzazione del prototipo fisico, consentendo una significativa riduzione dei tempi e dei costi di sviluppo.
Definizione del coefficiente di flusso
Il coefficiente di flusso rappresenta la capacità di una valvola di consentire il passaggio del fluido sotto una determinata differenza di pressione. Esso è definito come il rapporto tra la portata che attraversa la valvola e la radice quadrata della differenza di pressione tra monte e valle del dispositivo.
Kv=Q/√Δp
Esistono due definizioni principali associate a sistemi di unità differenti.
Il coefficiente Cv, utilizzato nel sistema anglosassone, è definito come la portata di acqua alla temperatura di riferimento di 60 °F, espressa in galloni al minuto, che attraversa la valvola quando la perdita di pressione è pari a 1 psi.
Il coefficiente Kv, utilizzato nel sistema internazionale, è invece definito come la portata di acqua, espressa in metri cubi all’ora, che attraversa la valvola quando la perdita di pressione è pari a 1 bar.
Come si può intuire dalla definizione, il coefficiente di flusso non è adimensionale ma possiede una propria unità di misura. Nel caso del coefficiente Kv essa è pari a m³/h·bar⁻¹ᐟ², mentre per il coefficiente Cv è pari a GPM·psi⁻¹ᐟ².
È possibile passa da uno all’altro attraverso la seguente formula:
Kv = 0.865*Cv
Normalmente si fa riferimento al valore del coefficiente considerando la valvola completamente aperta, il cosiddetto valore nominale. Il produttore fornisce inoltre, nella scheda tecnica del prodotto, la caratteristica di regolazione, ovvero l’andamento del coefficiente di flusso al variare dell’apertura della valvola.
Questa informazione viene generalmente rappresentata in forma grafica, riportando sull’asse delle ascisse la corsa dello stelo o l’angolo di rotazione dell’otturatore e sull’asse delle ordinate il valore del coefficiente di flusso.
In questo modo è possibile prevedere il comportamento del sistema al variare dell’apertura della valvola e dimensionare correttamente l’impianto.
