Un gráfico de caudal de válvula (Cv) es un gráfico o una tabla del fabricante que relaciona el coeficiente de caudal publicado de una válvula con su posición, las condiciones de presión, el tamaño del modelo o una trayectoria concreta entre puertos. Lea el título, los ejes, la leyenda, las condiciones de ensayo y la trayectoria de flujo antes de utilizar cualquier valor. La denominación «gráfico de Cv» por sí sola no identifica el método de cálculo.
¿Por qué importa esta distinción? Un catálogo puede indicar un único Cv a plena apertura para cada modelo. Otro puede representar el caudal de aire en función de las presiones aguas arriba y aguas abajo. En cambio, un gráfico de control de procesos puede mostrar el Cv relativo frente al recorrido de la válvula. Responden a preguntas distintas, aunque todas las páginas utilicen el mismo símbolo de coeficiente.
Puntos clave
- El Cv se basa en agua a 60 °F y una caída de presión de 1 psi.
- En el gráfico de aire de Parker, para un Cv de 1,0 se leen unos 56 SCFM a 100 psig con caída de presión total.
- Compruebe la trayectoria de flujo nominal antes de comparar modelos.
- Utilice datos de ensayo neumáticos para predecir el comportamiento con aire comprimido.
¿Qué debe identificar antes de leer un gráfico de Cv de una válvula?
Comience por identificar uno de los tres formatos de gráfico: una tabla de coeficientes a plena apertura, una curva de presión-caudal o una característica de recorrido de la válvula. Parker publica curvas de presión-caudal para una válvula teórica con Cv 1,0; SMC publica tablas de modelos con datos de Cv, conductancia y presión crítica; y Emerson documenta las características de recorrido (Parker; SMC; Emerson).
Utilice esta clasificación antes de leer una curva:
| Formato de los datos | Ejes o columnas habituales | A qué pregunta responde | A qué no responde por sí solo |
|---|---|---|---|
| Tabla de Cv a plena apertura | modelo, trayectoria entre puertos, Cv | ¿Qué trayectoria indicada tiene mayor capacidad nominal? | Caudal de aire con condiciones de presión no especificadas |
| Curva de presión-caudal | presión de entrada, presión de salida o caída de presión, SCFM | ¿Qué caudal corresponde a las condiciones indicadas en el gráfico? | Velocidad del cilindro a través de todo el circuito instalado |
| Característica de recorrido | recorrido o señal de mando de la válvula, Cv o caudal relativo | ¿Cómo cambia la capacidad a medida que abre una válvula modulante? | Caudal neumático a plena apertura sin datos de tamaño y presión |
Swagelok define el Cv como los galones estadounidenses por minuto de agua a 60 °F que atraviesan una válvula con una caída de presión de 1 psi (Swagelok). Para un líquido incompresible según esa convención de referencia:
Aquí, es el caudal de líquido en gpm estadounidenses, es el coeficiente de caudal, es la caída de presión en psi y es la gravedad específica del líquido con respecto al agua. Esta ecuación explica la definición del coeficiente. No constituye una ecuación completa para dimensionar un sistema de aire comprimido.
Nunca copie un valor sin conservar la procedencia de sus datos.
Una lectura trazable del gráfico debe conservar la revisión del catálogo, el modelo de válvula, la opción de corredera o internos, la trayectoria entre puertos, la posición de la válvula, el fluido, la presión aguas arriba, la presión aguas abajo, la temperatura y las condiciones de referencia del caudal estándar. Registre si el valor estaba impreso directamente, se leyó de una curva o se obtuvo por interpolación. Conserve también las unidades del gráfico y cualquier multiplicador indicado junto al eje. Este registro es importante cuando otro ingeniero compara una tabla de Cv con una tabla de conductancia según ISO 6358 o con un valor de SCFM cotizado. Sin los campos contextuales, el valor no se puede reproducir ni comprobar. ISA señala que los coeficientes de caudal publicados pueden depender del método de evaluación, incluso en válvulas con trayectorias de flujo similares (ISA).
El título del gráfico no es la información determinante. Las variables de los ejes y la nota sobre las condiciones de ensayo determinan el significado del gráfico. Si faltan esos elementos, trate la figura como una ilustración y no como datos de dimensionamiento.
¿Cómo se leen los ejes, la leyenda y la trayectoria de flujo?
El gráfico de válvulas manuales de Parker utiliza curvas de referencia para Cv 1,0 e indica unos 56 SCFM a 100 psig con caída de presión total. Las instrucciones exigen después multiplicar el caudal leído en el gráfico por el Cv del tipo de válvula y la trayectoria de flujo seleccionados (manual Parker Valvair).
Una curva de presión-caudal es una gráfica que relaciona unas condiciones indicadas de presión aguas arriba y aguas abajo con el caudal correspondiente bajo las condiciones de referencia declaradas. Debe leerse como una relación entre coordenadas, no como una cifra aislada de caudal máximo.
Lea un gráfico de presión-caudal en este orden:
- Confirme ambos ejes y sus unidades. El eje horizontal puede representar la presión aguas abajo, la caída de presión, la relación de presiones, el recorrido de la válvula o la señal de mando. El eje vertical puede representar SCFM, L/min, Cv o capacidad relativa.
- Elija la familia de curvas correcta. Una familia etiquetada con 40, 60, 80 y 100 psig suele representar distintas presiones de entrada. No interprete esas etiquetas como tamaños de válvula salvo que así lo indique la leyenda.
- Trace un par de coordenadas. Parta de la condición conocida aguas abajo, avance hasta la curva de presión aguas arriba seleccionada y después desplácese hasta el eje de caudal. Siga la dirección indicada por el fabricante si el gráfico utiliza otra disposición.
- Aplique cualquier factor de escala. La curva de Parker citada está normalizada para un Cv de 1,0, por lo que la lectura del gráfico debe multiplicarse por el Cv real de la trayectoria.
- Compruebe las condiciones estándar declaradas. Para ese gráfico de aire concreto, Parker indica 68 °F, 14,7 psia y 36 % de humedad relativa. Otro catálogo puede utilizar condiciones de referencia diferentes.
Lea la leyenda antes de seguir una línea.
Las tablas de válvulas direccionales suelen identificar las trayectorias mediante números o letras de puerto, como alimentación a salida de trabajo y salida de trabajo a escape. Relacione esos símbolos con el diagrama del circuito de la válvula en cada estado de mando. Después copie el coeficiente de la fila exacta, incluidas las notas sobre el colector, la junta o la opción que modifiquen el valor nominal. Si la tabla combina varias series, no dé por sentado que el número más cercano corresponde al modelo seleccionado. SMC, por ejemplo, identifica la trayectoria nominal de la SYJ como 2→3 (A→R), mientras que otras familias de válvulas pueden publicar valores separados para los recorridos de alimentación y escape (SMC SYJ). La notación de la trayectoria forma parte de los datos; no es una nota al pie.
La trayectoria de flujo forma parte del valor nominal. Parker señala expresamente que cada trayectoria a través de una válvula direccional puede tener su propio Cv (datos de ingeniería de Parker). Compruebe por separado los datos de entrada a puerto de trabajo y de puerto de trabajo a escape cuando el catálogo proporcione ambos.
Un único número de modelo puede contener varias respuestas sobre capacidad. Por ejemplo, la trayectoria de alimentación de una válvula direccional de cinco vías puede cumplir el objetivo mientras una de las trayectorias de escape sigue siendo restrictiva. Registrar únicamente el Cv más alto puede ocultar la trayectoria que determina la carrera más lenta.
¿Qué forma de curva está observando?
Emerson documenta tres características de caudal inherentes: lineal, isoporcentual y de apertura rápida. Una característica lineal hace que el caudal sea proporcional al recorrido con una caída de presión constante; incrementos iguales de recorrido en unos internos isoporcentuales producen cambios porcentuales iguales en el caudal existente. Estas definiciones corresponden al comportamiento del control modulante (Control Valve Handbook de Emerson).
Una característica de caudal inherente es la relación entre el recorrido de la válvula y el caudal medida con una caída de presión constante a través de la válvula. La característica instalada puede cambiar porque el resto del sistema consume una proporción variable de la caída de presión disponible.
Las curvas deben ascender a medida que se abre la válvula:
- Lineal: incrementos iguales de recorrido producen incrementos aproximadamente iguales de capacidad de caudal en el ensayo con caída de presión constante especificado.
- Isoporcentual: incrementos iguales de recorrido producen cambios proporcionales al caudal existente antes del incremento, por lo que la curva sube lentamente al principio y cada vez con mayor pendiente después, a medida que aumenta la capacidad disponible.
- Apertura rápida: una gran parte de la capacidad aparece al inicio de la carrera, seguida de una región superior más plana.
La forma de la curva no es una categoría de válvula.
No suponga que todas las válvulas direccionales neumáticas tienen una de estas características de regulación. Muchos catálogos de electroválvulas publican únicamente la capacidad a plena apertura para estados discretos de la corredera. Una válvula neumática proporcional puede proporcionar una curva de señal de mando frente a caudal, pero sus ejes, condiciones de presión, histéresis, banda muerta y carga determinan cómo debe leerse. Compruebe si el eje vertical representa el caudal real, el caudal normalizado, el Cv o un porcentaje del caudal nominal. Compruebe si el eje horizontal representa el recorrido mecánico, la corriente de la bobina, la tensión o una orden digital. Un gráfico medido con una presión fija de entrada y de salida no puede predecir otra condición de presión sin el método del fabricante. Las características inherentes de Emerson presuponen una caída de presión constante en la válvula, por lo que el sistema instalado puede producir una respuesta diferente (Emerson).
Las características «inherente» e «instalada» también son distintas. La curva inherente se mide con una caída de presión definida a través de la válvula. En la máquina, las tuberías y otras restricciones cambian el reparto de la caída de presión total cuando varía el caudal. Emerson señala que, en sistemas adecuados, se puede seleccionar una característica inherente isoporcentual para obtener una respuesta instalada más próxima a la lineal.
Para contextualizar la función de las válvulas, compare los tipos de válvulas neumáticas de control de caudal antes de aplicar terminología de control de procesos a una válvula direccional de apertura/cierre.
¿En qué se diferencian los gráficos de válvulas neumáticas de los gráficos de Cv para líquidos?
ISO 6358-1 especifica ensayos en régimen estacionario para componentes neumáticos que transportan fluidos compresibles, mientras que SMC indica tres valores conjuntamente para sus familias de válvulas SYJ: la conductancia sónica , la relación de presiones crítica y el Cv. Esa combinación demuestra por qué una definición de Cv basada en agua no basta para predecir el comportamiento del aire comprimido (ISO 6358-1; SMC SYJ).
La tabla de SMC muestra cómo leer valores relacionados sin considerarlos intercambiables:
| Serie | Trayectoria nominal | [dm³/(s·bar)] | Cv | |
|---|---|---|---|---|
| SYJ300 | 2→3 (A→R) | 0.36 | 0.31 | 0.089 |
| SYJ500 | 2→3 (A→R) | 1.2 | 0.48 | 0.34 |
| SYJ700 | 2→3 (A→R) | 2.7 | 0.34 | 0.69 |
Mantenga las columnas juntas.
Estos son valores de catálogo específicos de cada modelo y trayectoria, no conversiones universales entre , y . La conductancia sónica describe la capacidad en la región de flujo estrangulado según el método ISO, mientras que indica el parámetro de relación de presiones crítica utilizado para la transición entre regímenes de flujo. El Cv sigue siendo una convención de coeficiente independiente. No divida ni multiplique las columnas para inventar una conversión. En su lugar, elija un método completo y mantenga sus unidades, presiones absolutas, temperatura y condiciones del gas durante todo el cálculo. ISO 6358-1 define el marco de ensayo de componentes en régimen estacionario, e ISO 6358-3 aborda sistemas formados por componentes y tuberías con características conocidas (ISO 6358-1; ISO 6358-3). Es preferible utilizar el software del fabricante cuando las opciones del catálogo o las configuraciones del colector modifican los datos publicados.
Cv y Kv son coeficientes basados en agua expresados en unidades de referencia diferentes. Bürkert proporciona la conversión habitual de catálogo en su página de orientación sobre electroválvulas (Bürkert). El conversor de Cv/Kv puede ayudar a comparar coeficientes, pero la conversión no transforma ninguno de ellos en una predicción completa del caudal de aire comprimido.
Para consultar el proceso completo de dimensionamiento, utilice la guía de dimensionamiento de válvulas neumáticas de control de caudal. Comienza por la demanda del actuador y después comprueba la válvula, los tubos, los racores y el escape como una sola trayectoria.
Ejemplo práctico de lectura de un gráfico de Cv
El gráfico de referencia para Cv 1,0 de Parker indica aproximadamente 56 SCFM para una presión de entrada de 100 psig con caída de presión total. El gráfico se basa en 68 °F, 14,7 psia y 36 % de humedad relativa, por lo que el ejemplo debe conservar esas condiciones estándar declaradas (manual Parker Valvair).
Por ejemplo, suponga que la tabla de la válvula seleccionada indica un Cv de 0,80 para la trayectoria necesaria entre puertos. El método de Parker ajusta la lectura normalizada del gráfico mediante ese coeficiente de trayectoria:
Con el ejemplo del gráfico:
es el caudal leído en el gráfico del fabricante para un Cv de 1,0 y es el coeficiente de la trayectoria seleccionada de la válvula. El resultado es de unos 44,8 SCFM bajo las condiciones de referencia y presión indicadas en el gráfico. No garantiza el caudal del cilindro instalado.
Si la presión aguas abajo debe permanecer por encima de cero manométrico, no utilice el punto final correspondiente a la caída de presión total. Localice en el gráfico la presión aguas abajo necesaria, busque su intersección con la curva de entrada de 100 psig, lea el caudal normalizado inferior y aplique después un Cv de 0,80. Así se conserva la condición de presión que necesita el actuador.
Según nuestra experiencia al revisar aplicaciones de válvulas, el resultado más útil no es «la válvula proporciona 44,8 SCFM». Primero indicamos que la trayectoria se estima en 44,8 SCFM bajo las condiciones declaradas en el gráfico. Después mantenemos esa salvedad durante la selección para evitar que un resultado obtenido en condiciones de referencia se convierta en una promesa de rendimiento de la máquina sin respaldo.
¿Qué se puede interpolar y cuándo hay que detenerse?
La ecuación neumática subcrítica de Parker exige que la presión absoluta de salida permanezca por encima de 0,53 veces la presión absoluta de entrada. Por debajo de ese límite, no se puede prolongar sin más la misma relación; utilice la región de flujo crítico del catálogo u otro método declarado para flujo compresible (datos de ingeniería de Parker).
La interpolación solo es razonable dentro del dominio publicado del gráfico. Si la presión de entrada necesaria se encuentra entre dos curvas, estime un valor entre ellas únicamente cuando el fabricante las presente como una familia continua y no haya ningún límite ni discontinuidad entre ambas. Indique claramente que el resultado es aproximado.
Deténgase y obtenga datos mejores cuando:
- la presión de trabajo, la temperatura o el fluido queden fuera de la nota del gráfico;
- el punto requerido esté más allá del último valor del eje o por debajo de una relación de presiones crítica indicada;
- el gráfico no identifique si el caudal es estándar o corresponde al volumen real;
- la trayectoria de la corredera seleccionada no figure en la tabla de coeficientes;
- el funcionamiento del colector o el uso simultáneo de válvulas pueda modificar el valor publicado para una sola válvula;
- la figura sea una ilustración comercial sin unidades, condiciones de ensayo, fuente, fluido declarado, límite de presión, método reproducible, identificación del modelo, definiciones de los ejes ni control de revisión; solicite una curva de ensayo antes de utilizarla.
No extrapole una línea recta a partir de dos puntos convenientes de una curva de flujo compresible. Del mismo modo, no deduzca el caudal mínimo controlable a partir de una tabla de Cv a plena apertura. El caudal estable mínimo exige datos sobre la rangeabilidad de la válvula de control, la resolución del actuador, la fricción, la histéresis y el sistema instalado que la tabla no contiene.
La guía independiente sobre el flujo estrangulado en sistemas neumáticos explica por qué, a partir de cierto punto, la presión aguas abajo deja de modificar el caudal másico del mismo modo.
¿Qué errores llevan a elegir la válvula equivocada?
Cinco comprobaciones evitan la mayoría de los errores de lectura: identificar el tipo de gráfico, conservar sus unidades, seleccionar la trayectoria correcta, mantenerse dentro de sus límites de presión y separar la capacidad de catálogo del rendimiento instalado. ISO 6358-3 considera un sistema neumático como un conjunto de componentes conectados con características conocidas, no como un solo coeficiente de válvula aislado (ISO 6358-3).
| Error | Por qué falla | Comprobación más adecuada |
|---|---|---|
| Considerar el tamaño del puerto como capacidad | Los conductos internos difieren entre diseños | Compare el Cv o los datos ISO 6358 de la trayectoria real |
| Utilizar la ecuación para líquidos con aire | Omite la compresibilidad y el comportamiento de flujo crítico | Utilice el método neumático del fabricante |
| Leer el Cv más alto de la tabla | Otra trayectoria de alimentación o escape puede controlar el movimiento | Siga el estado activo de la corredera y el par de puertos |
| Confundir el recorrido de la válvula con la relación de presiones | Ambos pueden aparecer en un eje horizontal | Lea el título y las unidades del eje antes de la curva |
| Añadir un factor de seguridad fijo | Oculta la incertidumbre en lugar de definirla | Compruebe la alimentación mínima, la carga, el tiempo y la pérdida de presión admisible |
| Suponer que el caudal del gráfico equivale al caudal del cilindro | Los tubos, racores, controles y silenciadores añaden restricciones | Verifique la presión dinámica y el tiempo de movimiento después de la selección |
Una válvula de apertura/cierre sobredimensionada no consume necesariamente más aire por cada ciclo completo del cilindro si se mantienen las mismas presiones finales en las cámaras. Puede modificar la aceleración, el impacto, el ruido, el coste y el espacio de instalación. Una trayectoria infradimensionada puede producir una pérdida de presión dinámica. Evalúe estas consecuencias directamente en lugar de aplicar un multiplicador universal del 20 % o el 30 %.
Utilice la guía sobre el Cv de las válvulas y el rendimiento del sistema para realizar ensayos de presión dinámica, y la guía de caudal neumático para determinar la demanda del actuador antes de comparar la capacidad de las válvulas.
Preguntas frecuentes sobre los gráficos de Cv de válvulas
Estas cinco respuestas diferencian la definición de Cv, el tipo de gráfico, los datos de ensayo neumáticos, la conversión de coeficientes y la verificación del sistema instalado. Swagelok define el Cv para agua a 60 °F y una caída de presión de 1 psi, mientras que ISO 6358-1 especifica ensayos en régimen estacionario para componentes neumáticos que transportan fluidos compresibles (Swagelok; ISO 6358-1).
¿Qué significa un Cv más alto en el gráfico de una válvula?
Un Cv más alto indica una mayor capacidad nominal según el método de referencia del coeficiente. Por sí solo no indica el caudal de aire instalado. Antes de comparar el resultado previsto de la máquina, confirme la trayectoria de válvula ensayada, las presiones de entrada y salida, la temperatura, las condiciones de referencia del gas y si el valor corresponde a plena apertura o depende de la posición.
¿Puedo comparar valores de Cv de distintos fabricantes?
Sí, como primera comparación cuando ambos valores describan la misma convención de fluido, la misma posición de válvula y la misma trayectoria entre puertos. Después compare el método de ensayo y los datos de caudal neumático de cada proveedor. Las diferencias de colectores, trayectorias de escape, racores, condiciones de referencia o prácticas de redondeo pueden hacer que dos etiquetas de Cv similares sean pruebas de compra incompletas.
¿Un gráfico de apertura de válvula es lo mismo que un gráfico de caudal de aire?
No. Un gráfico de apertura de válvula suele mostrar cómo cambia la capacidad relativa con el recorrido o la señal de mando. Un gráfico de caudal de aire relaciona el caudal con las condiciones de presión, a menudo para un Cv determinado. Se necesitan el tamaño de la válvula, los datos de presión y las condiciones de ensayo para convertir una característica de recorrido relativa en una estimación del caudal neumático.
¿Puedo utilizar la ecuación de Cv para líquidos con aire comprimido?
No como método completo para el caudal de aire. La ecuación para agua define y permite comparar el Cv, pero la predicción con aire comprimido también depende de las presiones absolutas aguas arriba y aguas abajo, la temperatura, las propiedades del gas y el comportamiento de flujo crítico. Utilice la curva, la ecuación o el software neumáticos del fabricante de la válvula, o bien los datos de conductancia de ISO 6358.
¿Debo utilizar datos de Cv o de ISO 6358 para una válvula neumática?
Utilice los datos y el método de cálculo suministrados para la válvula concreta. El Cv es útil para comparar catálogos, mientras que la conductancia y los datos de presión crítica de ISO 6358 describen directamente los ensayos de flujo compresible. No combine un Cv de una trayectoria, una relación crítica de otro modelo y condiciones de referencia de un tercer catálogo.
Conclusión de ingeniería
Lea cada gráfico de Cv mediante cuatro preguntas: qué representa cada eje, qué trayectoria de la válvula se ha evaluado, qué condiciones de ensayo se aplican y dónde deja de ser válido el método. Las curvas de presión-caudal de Parker, las tablas de //Cv de SMC y las características de recorrido de Emerson demuestran por qué no existe una sola rutina de lectura válida para todos los gráficos (Parker; SMC; Emerson).
Empiece por las etiquetas del propio gráfico, no por una fórmula memorizada. Conserve el sentido del flujo, seleccione la curva correcta, mantenga todas las condiciones de referencia y exprese el resultado junto con sus supuestos. Si falta cualquiera de esos elementos, solicite al fabricante los datos neumáticos de caudal subyacentes.
Por último, separe la lectura de la selección. Un gráfico puede estimar la capacidad de una trayectoria de la válvula. La máquina sigue necesitando suficiente presión dinámica a través de la unidad FRL, el colector, los tubos, los racores, los reguladores de caudal, los puertos del actuador y el escape. Confirme la válvula elegida con la presión de alimentación mínima y la carga de producción máxima.