Como ler um gráfico Cv de válvula pneumática

Um gráfico de vazão de válvula (Cv) é um gráfico ou uma tabela do fabricante que relaciona o coeficiente de vazão publicado de uma válvula à posição da válvula, às condições de pressão, ao tamanho do modelo ou a um caminho específico entre portas. Leia o título, os eixos, a legenda, as condições de ensaio e o caminho de vazão antes de usar qualquer número. O rótulo “gráfico Cv” sozinho não identifica o método de cálculo.

Por que essa distinção importa? Um catálogo pode listar um único Cv de abertura total para cada modelo. Outro pode plotar o fluxo de ar contra as pressões a montante e a jusante. Um gráfico de controle de processo pode mostrar, em vez disso, o Cv relativo em função do curso da válvula. Eles respondem a perguntas diferentes, mesmo quando todas as páginas usam o mesmo símbolo de coeficiente.

Principais pontos

O Cv é baseado em água a 60°F e em uma queda de pressão de 1 psi.

O gráfico de ar Cv 1.0 da Parker indica cerca de 56 SCFM a 100 psig com queda de pressão total.

Verifique o caminho de vazão classificado antes de comparar modelos.

Use dados de ensaio pneumático para prever o comportamento do ar comprimido.

O que identificar antes de ler um gráfico Cv de válvula?

Comece identificando 1 de 3 formatos de gráfico: uma tabela de coeficiente de abertura total, uma curva pressão-vazão ou uma característica de curso da válvula. A Parker publica curvas pressão-vazão para uma válvula teórica com Cv 1.0, a SMC publica tabelas de modelos com Cv, condutância e dados de pressão crítica, e a Emerson documenta características de curso (Parker; SMC; Emerson).

Use esta classificação antes de ler uma curva:

Formato dos dados	Eixos ou colunas típicos	O que responde	O que não responde sozinho
Tabela de Cv de abertura total	modelo, caminho entre portas, Cv	Qual caminho listado tem maior capacidade nominal?	Fluxo de ar em condições de pressão não declaradas
Curva pressão-vazão	pressão de entrada, pressão de saída ou queda de pressão, SCFM	Qual fluxo corresponde às condições declaradas no gráfico?	Velocidade do cilindro em todo o circuito instalado
Característica de curso	curso ou comando da válvula, Cv ou fluxo relativo	Como a capacidade muda à medida que uma válvula moduladora abre	Fluxo pneumático de abertura total sem dados de tamanho e pressão

A Swagelok define Cv como os galões americanos por minuto de água a 60°F que passam por uma válvula com queda de pressão de 1 psi (Swagelok). Para líquido incompressível segundo essa convenção de referência:

Q = C_v \sqrt{\frac{\Delta P}{\mathrm{SG}}}

Aqui, $Q$ é o fluxo de líquido em gpm americanos, $C_v$ é o coeficiente de vazão, $\Delta P$ é a queda de pressão em psi e $\mathrm{SG}$ é a densidade relativa do líquido em relação à água. Essa equação explica a definição do coeficiente. Ela não é uma equação completa para dimensionar ar comprimido.

Nunca copie o número sem sua linhagem de dados.

Uma leitura rastreável do gráfico deve preservar a revisão do catálogo, o modelo da válvula, a opção de carretel ou trim, o caminho entre portas, a posição da válvula, o meio, a pressão a montante, a pressão a jusante, a temperatura e as condições de referência do fluxo normalizado. Registre se o valor foi impresso diretamente, lido de uma curva ou interpolado. Mantenha também as unidades do gráfico e qualquer multiplicador mostrado ao lado do eixo. Esse registro importa quando outro engenheiro compara uma tabela Cv com uma tabela de condutância ISO 6358 ou com um valor SCFM cotado. Sem os campos ao redor, o número não pode ser reproduzido nem verificado. A ISA observa que os coeficientes de vazão publicados podem depender do método de avaliação, mesmo em válvulas com caminhos de vazão semelhantes (ISA).

Uma tabela de coeficiente, uma curva pressão-vazão e uma característica de curso usam dados relacionados ao Cv, mas não respondem à mesma pergunta de engenharia.

O título do gráfico não é a informação que controla a interpretação. As variáveis dos eixos e a nota das condições de ensaio determinam o significado. Se esses elementos estiverem ausentes, trate a figura como ilustração, e não como dado de dimensionamento.

Como ler os eixos, a legenda e o caminho de vazão?

O gráfico de válvula manual da Parker usa curvas de referência Cv 1.0 e fornece cerca de 56 SCFM a 100 psig com queda de pressão total. As instruções exigem então multiplicar esse fluxo do gráfico pelo Cv do tipo de válvula e do caminho de vazão selecionados (Manual Parker Valvair).

Uma curva pressão-vazão é um gráfico que conecta condições declaradas de pressão a montante e a jusante ao fluxo correspondente nas condições de referência indicadas. Ela deve ser lida como uma relação de coordenadas, e não como um rótulo independente de fluxo máximo.

Leia um gráfico pressão-vazão nesta ordem:

Confirme os dois eixos e suas unidades. O eixo horizontal pode ser a pressão a jusante, a queda de pressão, a razão de pressões, o curso da válvula ou o sinal de comando. O eixo vertical pode ser SCFM, L/min, Cv ou capacidade relativa.
Escolha a família correta de curvas. Uma família identificada como 40, 60, 80 e 100 psig normalmente representa pressões de entrada diferentes. Não leia esses rótulos como tamanhos de válvula, a menos que a legenda diga isso.
Siga um par de coordenadas. Comece pela condição de saída conhecida, vá até a curva da pressão de entrada selecionada e depois siga até o eixo de fluxo. Siga a direção indicada pelo fabricante se o gráfico usar outro arranjo.
Aplique qualquer fator de escala. A curva de referência citada da Parker é normalizada para Cv 1.0, portanto a leitura do gráfico deve ser multiplicada pelo Cv real do caminho.
Verifique as condições normalizadas declaradas. A Parker informa 68°F, 14.7 psia e 36% de umidade relativa para esse gráfico específico de ar. Outro catálogo pode usar condições de referência diferentes.

Leia a legenda antes de seguir uma linha.

As tabelas de válvulas direcionais normalmente identificam os caminhos por números ou letras de portas, como entrada para porta de trabalho e trabalho para escape. Relacione esses símbolos ao diagrama de circuito da válvula em cada estado comandado. Depois, copie o coeficiente da linha exata, incluindo as notas de manifold, vedação ou opção que alterem a classificação. Se a tabela combinar várias séries, não presuma que o número mais próximo pertence ao modelo selecionado. A SMC, por exemplo, identifica o caminho nominal da SYJ como 2→3 (A→R), enquanto outras famílias de válvulas podem publicar valores separados para entrada e escape (SMC SYJ). A notação do caminho faz parte dos dados, não é uma nota de rodapé.

O caminho de vazão faz parte da classificação. A Parker observa explicitamente que cada caminho através de uma válvula direcional pode ter seu próprio Cv (Dados de engenharia Parker). Verifique separadamente os dados da entrada para a porta de trabalho e da porta de trabalho para o escape quando o catálogo fornecer ambos.

Um único número de modelo pode conter várias respostas de capacidade. Por exemplo, o caminho de entrada de uma válvula direcional de 5 portas pode atender ao objetivo enquanto um caminho de escape continua restritivo. Registrar apenas o maior Cv pode ocultar o caminho que controla o curso mais lento.

Que formato de curva você está vendo?

A Emerson documenta 3 características de vazão inerentes: linear, porcentagem igual e abertura rápida. Uma característica linear torna o fluxo proporcional ao curso com queda de pressão constante; incrementos iguais de curso em um trim de porcentagem igual produzem mudanças percentuais iguais no fluxo existente. Essas definições pertencem ao comportamento de controle modulador (Manual de válvulas de controle Emerson).

Uma característica de vazão inerente é a relação entre o curso da válvula e o fluxo medida com uma queda de pressão constante na válvula. A característica instalada pode mudar porque o restante do sistema consome uma parcela variável da queda de pressão disponível.

As formas devem subir à medida que a válvula abre:

Linear: incrementos iguais de curso produzem aproximadamente incrementos iguais de capacidade de fluxo no ensaio declarado com queda de pressão constante.
Porcentagem igual: incrementos iguais de curso produzem mudanças proporcionais ao fluxo que existia antes do incremento; a curva sobe lentamente no início e cada vez mais rápido depois, conforme a capacidade disponível cresce.
Abertura rápida: uma grande parcela da capacidade aparece no começo do curso, seguida por uma região superior mais plana.

O formato da curva não é uma categoria de válvula.

Não presuma que toda válvula direcional pneumática tenha uma dessas características de estrangulamento. Muitos catálogos de válvulas solenoides publicam apenas a capacidade de abertura total para estados discretos do carretel. Uma válvula pneumática proporcional pode fornecer uma curva comando-versus-fluxo, mas seus eixos, condições de pressão, histerese, banda morta e carga determinam como ela deve ser lida. Verifique se o eixo vertical é fluxo real, fluxo normalizado, Cv ou porcentagem do fluxo nominal. Verifique se o eixo horizontal é curso mecânico, corrente da bobina, tensão ou comando digital. Um gráfico medido com uma única pressão fixa de entrada e saída não pode prever outra condição de pressão sem o método do fabricante. As características inerentes da Emerson pressupõem queda de pressão constante na válvula, razão pela qual o sistema instalado pode produzir uma resposta diferente (Emerson).

As características “inerente” e “instalada” também são diferentes. A curva inerente é medida com uma queda de pressão definida na válvula. Na máquina, a tubulação e outras restrições alteram como a queda de pressão total se divide à medida que o fluxo muda. A Emerson observa que uma característica inerente de porcentagem igual pode ser escolhida para produzir uma resposta instalada aproximadamente linear em sistemas adequados.

Para o contexto da função da válvula, compare os tipos de válvulas pneumáticas de controle de vazão antes de aplicar terminologia de controle de processo a uma válvula direcional liga/desliga.

Como os gráficos de válvulas pneumáticas diferem dos gráficos Cv de líquidos?

A ISO 6358-1 especifica ensaios em estado estacionário para componentes pneumáticos que transportam fluidos compressíveis, enquanto a SMC lista 3 valores juntos para suas famílias de válvulas SYJ: condutância sônica $C$ , razão de pressão crítica $b$ e Cv. Essa combinação mostra por que uma definição de Cv baseada em água é insuficiente para prever o ar comprimido (ISO 6358-1; SMC SYJ).

A tabela da SMC ilustra como ler valores relacionados sem tratá-los como equivalentes:

Série	Caminho nominal	$C$ [dm³/(s·bar)]	$b$	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

Mantenha as colunas juntas.

Esses são valores de catálogo específicos do modelo e do caminho, não conversões universais entre $C$ , $b$ e $C_v$ . A condutância sônica $C$ descreve a capacidade na região estrangulada segundo o método ISO, enquanto $b$ marca o parâmetro da razão de pressão crítica usado para passar entre regimes de fluxo. Cv continua sendo uma convenção de coeficiente separada. Não divida nem multiplique as colunas para inventar uma conversão. Em vez disso, escolha um método completo e leve suas unidades, pressões absolutas, temperatura e condições do gás por todo o cálculo. A ISO 6358-1 define a estrutura do ensaio de componentes em estado estacionário, e a ISO 6358-3 trata de sistemas formados por componentes e tubulações com características conhecidas (ISO 6358-1; ISO 6358-3). O software do fabricante é preferível quando opções de catálogo ou configurações de manifold alteram os dados publicados.

Cv e Kv são coeficientes baseados em água expressos em unidades de referência diferentes. A Bürkert fornece a conversão comum de catálogo $K_v \approx 0.865C_v$ em sua página de orientação sobre válvulas solenoides (Bürkert). O conversor Cv/Kv pode ajudar a comparar coeficientes, mas a conversão não transforma nenhum dos dois coeficientes em uma previsão completa de fluxo de ar comprimido.

Para o fluxo completo de dimensionamento, use o guia de dimensionamento de válvulas pneumáticas de controle de vazão. Ele começa pela demanda do atuador e depois verifica a válvula, a tubulação, as conexões e o escape como um único caminho.

Exemplo prático de leitura de um gráfico Cv

O gráfico de referência Cv 1.0 da Parker fornece aproximadamente 56 SCFM para pressão de entrada de 100 psig com queda de pressão total. O gráfico é baseado em 68°F, 14.7 psia e 36% de umidade relativa, portanto o exemplo precisa manter essas condições normalizadas declaradas (Manual Parker Valvair).

Por exemplo, suponha que a tabela da válvula selecionada liste Cv 0.80 para o caminho entre portas necessário. O método da Parker dimensiona a leitura normalizada do gráfico pelo coeficiente desse caminho:

Q_{\mathrm{path}} = Q_{\mathrm{chart}} \cdot C_{v,\mathrm{path}}

Usando o exemplo do gráfico:

Q_{\mathrm{path}} = 56\ \mathrm{SCFM} \cdot 0.80 = 44.8\ \mathrm{SCFM}

$Q_{\mathrm{chart}}$ é o fluxo lido no gráfico Cv 1.0 do fabricante, e $C_{v,\mathrm{path}}$ é o coeficiente do caminho de válvula selecionado. O resultado é de cerca de 44.8 SCFM nas condições de referência e pressão declaradas no gráfico. Isso não é uma garantia do fluxo instalado no cilindro.

Se a pressão a jusante precisar permanecer acima de zero manométrico, não use o ponto final de queda de pressão total. Localize no gráfico a pressão a jusante necessária, intercepte a curva de entrada de 100 psig, leia o fluxo normalizado mais baixo e aplique Cv 0.80. Assim, a condição de pressão de que o atuador precisa é preservada.

O exemplo da Parker é um método de leitura de gráfico, não uma constante universal de SCFM por Cv para toda condição de pressão.

Em nossa experiência revisando aplicações de válvulas, o resultado mais útil não é “a válvula fornece 44.8 SCFM”. Primeiro declaramos que o caminho foi estimado em 44.8 SCFM nas condições declaradas no gráfico. Depois mantemos essa ressalva durante a seleção, para que um resultado em condições de referência não se torne uma promessa de desempenho da máquina sem suporte.

O que pode ser interpolado e quando é preciso parar?

A equação pneumática subcrítica da Parker exige que a pressão absoluta de saída permaneça acima de 0.53 vezes a pressão absoluta de entrada. Abaixo desse limite, a mesma relação não pode simplesmente ser estendida; use a região de fluxo crítico do catálogo ou outro método declarado de fluxo compressível (Dados de engenharia Parker).

A interpolação é razoável apenas dentro do domínio publicado do gráfico. Se a pressão de entrada necessária estiver entre duas curvas, estime entre elas somente quando o fabricante apresentar as curvas como uma família contínua e não houver limite ou descontinuidade no intervalo. Mantenha o resultado visivelmente aproximado.

Pare e obtenha dados melhores quando:

a pressão, a temperatura ou o meio de operação estiver fora da nota do gráfico;
o ponto necessário estiver além do último eixo ou abaixo de uma razão de pressão crítica declarada;
o gráfico não identificar se o fluxo é volume normalizado ou volume real;
o caminho do carretel selecionado não estiver na tabela de coeficientes;
o funcionamento do manifold ou o uso simultâneo de válvulas puder alterar a classificação publicada de uma única válvula;
a figura for uma ilustração de marketing sem unidades, condições de ensaio, fonte, meio declarado, limite de pressão, método reproduzível, identidade do modelo, definições dos eixos ou controle de revisão; solicite uma curva de ensaio antes de usá-la.

Não extrapole uma linha reta a partir de dois pontos convenientes de um gráfico curvo de fluxo compressível. Da mesma forma, não deduza o fluxo mínimo controlável de uma tabela de Cv de abertura total. O fluxo mínimo estável requer informações sobre rangeabilidade da válvula de controle, resolução do atuador, atrito, histerese e sistema instalado que a tabela não contém.

O guia separado sobre fluxo estrangulado em sistemas pneumáticos explica por que a pressão a jusante deixa, em determinado ponto, de alterar a vazão mássica da mesma maneira.

Que erros causam a escolha da válvula errada?

Cinco verificações evitam a maioria dos erros de leitura: identificar o tipo de gráfico, preservar suas unidades, selecionar o caminho correto, permanecer dentro dos limites de pressão e separar a capacidade de catálogo do desempenho instalado. A ISO 6358-3 trata um sistema pneumático como componentes conectados com características conhecidas, e não como um único coeficiente de válvula isolado (ISO 6358-3).

Erro	Por que falha	Verificação melhor
Tratar o tamanho da porta como capacidade	As passagens internas diferem entre os projetos	Compare os dados Cv ou ISO 6358 do caminho real
Usar a equação de líquido para o ar	Ela omite compressibilidade e comportamento de fluxo crítico	Use o método pneumático do fabricante
Ler o maior Cv da tabela	Outro caminho de entrada ou escape pode controlar o movimento	Trace o estado ativo do carretel e o par de portas
Confundir curso da válvula com razão de pressão	Ambos podem aparecer em um eixo horizontal	Leia o título e as unidades do eixo antes da curva
Adicionar um fator de segurança fixo	Ele esconde a incerteza em vez de defini-la	Verifique suprimento mínimo, carga, tempo e perda de pressão permitida
Supor que o fluxo do gráfico seja igual ao fluxo no cilindro	Tubos, conexões, controles e silenciadores adicionam restrições	Verifique pressão dinâmica e movimento cronometrado após a seleção

Uma válvula liga/desliga superdimensionada não consome automaticamente mais ar por ciclo completo do cilindro nas mesmas pressões finais das câmaras. Ela pode alterar aceleração, impacto, ruído, custo e embalagem. Um caminho subdimensionado pode produzir perda de pressão dinâmica. Avalie essas consequências diretamente em vez de aplicar um multiplicador universal de 20% ou 30%.

Use o guia de desempenho do sistema com Cv de válvula para ensaios de pressão dinâmica e use o guia de cálculo da vazão pneumática para estabelecer a demanda do atuador antes de comparar a capacidade da válvula.

Perguntas frequentes sobre gráficos Cv de válvulas

Estas 5 respostas distinguem definição de Cv, tipo de gráfico, dados de ensaio pneumático, conversão de coeficientes e verificação instalada. A Swagelok define Cv a 60°F e com queda de pressão de água de 1 psi, enquanto a ISO 6358-1 especifica ensaios em estado estacionário para componentes pneumáticos que transportam fluidos compressíveis (Swagelok; ISO 6358-1).

O que significa um Cv mais alto em um gráfico de válvula?

Um Cv mais alto indica maior capacidade nominal segundo o método de referência do coeficiente. Ele não informa sozinho o fluxo de ar instalado. Confirme o caminho de válvula testado, as pressões de entrada e saída, a temperatura, as condições de referência do gás e se o número é de abertura total ou depende da posição antes de comparar o resultado esperado da máquina.

Posso comparar valores de Cv de fabricantes diferentes?

Sim, como primeira comparação, quando ambos os valores descrevem a mesma convenção de meio, posição da válvula e caminho entre portas. Depois compare o método de ensaio e os dados de fluxo pneumático de cada fornecedor. Manifolds, caminhos de escape, conexões, condições de referência ou práticas de arredondamento diferentes podem tornar dois rótulos Cv semelhantes uma evidência de compra incompleta.

Um gráfico de abertura da válvula é igual a um gráfico de fluxo de ar?

Não. Um gráfico de abertura normalmente mostra como a capacidade relativa muda com o curso ou o comando. Um gráfico de fluxo de ar relaciona o fluxo às condições de pressão, muitas vezes para um Cv declarado. É preciso ter tamanho da válvula, dados de pressão e condições de ensaio para transformar uma característica de curso relativa em uma estimativa de fluxo pneumático.

Posso usar a equação de Cv de líquido para ar comprimido?

Não como método completo de fluxo de ar. A equação da água define e compara Cv, mas a previsão para ar comprimido também depende das pressões absolutas a montante e a jusante, da temperatura, das propriedades do gás e do comportamento de fluxo crítico. Use a curva, equação ou software pneumático do fabricante da válvula, ou os dados de condutância ISO 6358.

Devo usar dados Cv ou ISO 6358 para uma válvula pneumática?

Use os dados e o método de cálculo fornecidos para a válvula exata. O Cv é útil para comparação de catálogo, enquanto a condutância e os dados de pressão crítica da ISO 6358 descrevem diretamente o ensaio de fluxo compressível. Não combine um Cv de um caminho, uma razão crítica de outro modelo e condições de referência de um terceiro catálogo.

Conclusão de engenharia

Leia todo gráfico Cv por meio de 4 perguntas: o que está em cada eixo, qual caminho da válvula está classificado, quais condições de ensaio se aplicam e onde o método termina. As curvas pressão-vazão da Parker, as tabelas $C$ / $b$ /Cv da SMC e as características de curso da Emerson demonstram por que nenhuma rotina única de leitura serve para todo gráfico (Parker; SMC; Emerson).

Comece pelos próprios rótulos do gráfico, e não por uma fórmula lembrada. Preserve a direção do fluxo, selecione a curva correta, mantenha todas as condições de referência e escreva o resultado com suas premissas. Se algum desses itens estiver ausente, solicite os dados pneumáticos de fluxo subjacentes do fabricante.

Por fim, separe leitura de seleção. Um gráfico pode estimar a capacidade de um caminho de válvula. A máquina ainda precisa de pressão dinâmica suficiente através da unidade FRL, do manifold, dos tubos, das conexões, dos controles de velocidade, das portas do atuador e do escape. Confirme a válvula escolhida com a pressão mínima de suprimento e a carga máxima de produção.

Como ler e interpretar um gráfico de vazão de válvula (Cv)

Eric Zhou