DONNEES TECHNIQUES - ASCO Numatics

00011FR-2006/R01
Spécifi cations et dimensions peuvent être modifi ées sans préavis. Tous droits réservés.
Evaluation de la taille des vannes
Il est important de bien choisir la taille des
vannes. Si l'on sélectionne une vanne trop
grande ou trop petite, cela aura des effets
néfastes sur le fonctionnement du système.
Sous-dimensionner une vanne risque :
1) de réduire le débit souhaité
2) de provoquer la vaporisation des liquides
à la sortie de la vanne
3) d'entraîner une importante perte de charge
dans les tuyauteries et dans la vanne
4) de diminuer la pression de sortie
Sur-dimensionner une vanne risque :
1) d'augmenter le coût des installations à
cause d'équipements surdimensionnés
Pour les électrovannes à commande assistée :
2) de provoquer un débit variable au travers de
la vanne ou encore une commande irrégulière
du débit à cause d'un �P insuffi sant
3) de réduire la durée de vie de certaines
vannes à cause des oscillations dans les
parties internes lorsque le débit n'est pas
en mesure de maintenir les pressions
différentielles internes nécessaires
4) d'entraîner une utilisation irrégulière de
certaines vannes : par exemple, une vanne
à trois et quatre orifi ces risque de ne pas
changer de position parce que le débit est
insuffi sant
5) de diminuer la durée de vie des sièges et
clapets par l'apparition d'un phénomène
de cavitation lié à la vitesse d'écoulement
du fl uide.
Défi nition du coeffi cient de débit Kv
Le coeffi cient de débit Kv en m 3 /h ou l/min
est un débit volumétrique expérimental
(capacité) réalisé au travers d'une vanne
qui, pour une course spécifi que, aura les
conditions suivantes :
- perte de pression admissible (�p Kv ) au travers
de la vanne égale à 10 5 Pa (1 bar)
- le fl uide véhiculé est de l'eau pour une
plage de température de 278 K à 313 K
(5°C à 40°C)
- l'unité de débit volumétrique est le m 3 /h ou
l/min
La valeur du coeffi cient de débit Kv s'obtient
au moyen de l'équation suivante à partir de
résultats de tests :
Kv Q p Δ Kv . ρ
=
Δp
. ρw
où :
Q est le débit volumétrique mesuré en
m3 /h ou en l/min
�p est la perte de charge admissible de
Kv
105 Pa (voir ci-dessus)
�p est la perte de charge admissible en pascals,
mesurée au travers de la vanne
� est la masse volumique du fl uide en
� w
kg/m 3
est la masse volumique de l'eau (voir cidessus)
en kg/m 3 (selon norme CEI 534)
DONNEES TECHNIQUES
Débit,
évaluation du coeffi cient de débit et du diamètre de passage
Conditions à prendre en compte
En règle générale, il faut réunir le maximum
de conditions au sujet de l'application envisagée
:
Débit - Il est indiqué en mètres cube par
heure (m3 /h) pour les liquides, en Normo
mètres cube par heure (Nm3 /h) pour les gaz,
ou en kilogrammes par heure (kg/h) pour la
vapeur. Cette valeur est à défi nir par l'utilisateur
: en lisant les informations inscrites
sur les plaques signalétiques des matériels
de pompage, diagrammes de chaufferies ou
encore d'après calculs.
Pression d'entrée (p ) - On obtient cette valeur
1
lorsque l'on connaît la source d'alimentation
ou en plaçant un manomètre près de l'entrée
de la vanne.
Pression de sortie (p ) - On obtient cette
2
valeur en la relevant sur le manomètre, mais
elle fait souvent partie des spécifi cations
concernant la perte de charge admissible
dans le système. Si l'on connaît la pression
d'entrée et la perte de charge, il est bien sûr
aisé de calculer la pression de sortie.
Perte de charge (�p) - Dans les systèmes
compliqués ou de grande taille, il est conseillé
de maintenir la perte de charge au travers de
la vanne à un niveau minimum. Par ailleurs,
l'utilisateur a souvent ses propres spécifi cations
concernant ce coeffi cient. Si la vanne
se décharge à l'air libre et si le fl uide véhiculé
est un liquide, la perte de charge est bien
évidemment égale à la pression d'entrée.
Lorsque l'on procède au choix d'une vanne
qui véhiculera un gaz ou de la vapeur, on ne
peut prendre en compte, pour exprimer la
perte de charge utilisée dans les formules,
que 50 % de la pression d'entrée (couramment
appelée perte de charge critique). Ceci
s'applique même si la vanne doit débiter à l'air
libre. Dans tous les autres cas, la perte de
charge sera la différence entre les pressions
d'entrée et de sortie.
Nota : Il est souvent diffi cile de comprendre
la signifi cation du terme "pression différentielle
minimale de fonctionnement" (voir
page V045).
Certaines électrovannes à commande assistée
fonctionnent grâce à une pression différentielle
créée à l'intérieur de la vanne.Cette
pression différentielle se mesure ainsi : c'est
la différence entre les conditions d'entrée et
de sortie de la vanne entière. Si l'on connaît
uniquement les données de débit sans avoir
les conditions de pression, il faut utiliser les
abaques ou les formules pour calculer la
perte de charge qui en résulte.
Si la perte de charge est inférieure à la
pression différentielle nécessaire, la vanne
est surdimensionnée. Dans ce cas, il faudra
proposer une vanne avec une pression
différentielle minimale de fonctionnement
inférieure ou choisir une vanne de plus
petite taille avec un coeffi cient de débit Kv
plus faible.
Les formules nécessaires pour déterminer
le coeffi cient de débit Kv sont assez compliquées
: c'est la raison pour laquelle une
série d'abaques de débit a été mise au point
pour réduire ce problème.
Le calcul de débit pour un fl uide a donc été
ramené à une formule de base :
Kv =
Débit demandé : Q
Coefficient( s): F , F , F
gm sg gl
On trouvera facilement les coeffi cients F , gm
F , F , en reportant les paramètres connus
sg gl
pour chaque application dans les abaques I
à X des pages suivantes (voir exemples de
calcul au verso).
Les tableaux ci-dessous permettent d'évaluer
le coeffi cient de débit Kv si le diamètre de passage
approximatif est connu, ou vice-versa.
Ce tableau se base sur les propriétés des
vannes en ligne. Pour un dimensionnement
précis de la vanne et une convertion des
coeffi cients de débit d'une vanne spécifi que
en débit réel, il faut consulter les abaques de
débits ainsi que les valeurs réelles des Kv
défi nies dans les pages de chaque produit.
Ø
passage
approx.
Kv approx.
Ø
passage
approx.
Kv approx.
(mm) (m³/h) (l/min) (mm) (m³/h) (l/min)
0,8 0,02 0,33 13 3 50,0
1,2
1,6
2,4
3,2
3,6
4,8
6,4
8
9
0,05
0,08
0,17
0,26
0,31
0,45
0,60
1,5
1,7
0,83
1,33
2,83
4,33
5,17
7,50
10,0
25,0
28,3
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
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V050-1
A

EXEMPLES DE PROBLEMES
LIQUIDES (abaques I et III)
Pour trouver le coeffi cient de débit Kv :
Quel est le coeffi cient de débit nécessaire
pour permettre le passage de 22 litres d'huile
par minute avec une densité relative de 0,9 et
une perte de charge de 1,5 bar ?
La viscosité est inférieure à 9° Engler.
Solution : La formule sera :
3
3 Q (m /h)
Kv (m /h) =
Fgm . Fsg
3
Q (m /h)
Kv (l/min) =
Fgl . Fsg
Pour trouver les coeffi cients Fgl et Fgm,
utiliser l'abaque (III) de débit des liquides.
Le coeffi cient Fgm correspond à une perte
de charge de 1,5 bar et est égal à 1,25.
Le coeffi cient Fgl correspondant est 0,075.
On obtient le coeffi cient Fsg à partir de
l'abaque I. Il correspond à une densité
relative de 0,9 et est égal à 1,05.
Application numérique :
−3
Kv =
60. 22. 10
= 1
125105 , . ,
3
m /h
−3
Kv =
60. 22. 10
= 16, 7 l/min
0, 075. 1, 05
AIR ET GAZ (abaques I et IV à VII)
Pour trouver le coeffi cient de débit Kv :
On recherche une vanne qui véhiculera
14 Nm 3 /h à une pression d'entrée de 4 bar et
pour une perte de charge (�p) de 0,5 bar.
Quel sera le coeffi cient de débit lorsque le fl uide
véhiculé est du dioxyde de carbone ?
Solution : Se reporter à l'abaque VI (pression
d'entrée de 1 à 10 bar). La formule
utilisée sera :
3
3 Q (Nm /h)
Kv (Nm /h) =
Fgm . Fsg
3
Q (Nm /h)
Kv (Nl/min) =
Fgl . Fsg
Trouver le Fgm à partir de l'intersection de
la pression d'entrée 4 bar et de la caractéristique
de perte de charge �p=0,5 bar.
Descendre pour trouver Fgm = 43,5.
Le coeffi cient correspondant Fgl est 2,61.
Repérer le Fsg correspondant à la densité
relative du dioxyde de carbone (= 1,5) sur
le diagramme I.
Fsg = 0,81
Application numérique :
Kv Q
3
(Nm /h)
= =
14
3
= , Nm /h
F . F 43, 5. 0, 81 04
gm sg
Kv Q
3
(Nm /h)
= =
14
= , Nl/min
F . F 261081 , . ,
662
gl sg
VAPEUR (abaques VIII à X)
Pour trouver le coeffi cient de débit Kv :
On recherche une vanne qui véhiculera
25 kg/h de vapeur saturée à une pression
d'entrée de 1 bar et une perte de charge
(�p) de 0,2 bar.
Quel est le coeffi cient de débit Kv ?
Solution : Se reporter aux abaques vapeur
correspondants (abaques VIII et IX). La
formule utilisée sera :
3 Q (kg/h)
Kv (m /h) =
F gm
Q (kg/h)
Kv (l/min) =
F gl
Trouver les coeffi cients Fgm et Fgl sur
les abaques VIII ou IX, intersection de la
pression d'entrée 1 bar et du �p 0,2 bar.
Descendre pour trouver :
Fgm = 13,8 et Fgl = 0,83
Application numérique :
Kv Q (kg/h)
= =
25
= 18 ,
13, 8
Formule pour les liquides Formule pour les gaz (avec correction de la température) (1)
(S.G.) (kg/m 3 ) : densité relative par rapport à l'eau (liquides)
(S.G.)N (kg/m 3 ) : densité relative par rapport à l'air (gaz)
T1 (°C) : température du fl uide à l'entrée de la vanne
T2 (°C) : température du fl uide à la sortie de la vanne
Q (m 3 /h) : débit
QN (Nm 3 /h) : débit volumétrique à travers la vanne
Kv (m 3 /h) : coeffi cient de débit
p 1 (bar) : pression à l'entrée de la vanne
p 2 (bar) : pression à la sortie de la vanne
Δp (bar) : perte de charge
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V050-2
Débit - DONNEES TECHNIQUES
F gm
F gl
3
m/h
Kv Q (kg/h)
= =
25
= 30 l/min
083 ,
(1) Pour le calcul du débit volumétrique QN il faut connaître :
- le coeffi cient KV
- la densité (S.G.)N du fl uide
- la perte de charge Δp à travers la vanne
- la pression du fl uide p 2 après la vanne
- la température du fl uide T1 avant la vanne
00011FR-2006/R01
Spécifi cations et dimensions peuvent être modifi ées sans préavis. Tous droits réservés.

00011FR-2006/R01
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Abaque I : Détermination du coeffi cient Fsg Abaque II : Détermination du coeffi cient Ft de correction de température
coeffi cient Fsg
AUTRES DENSITES
0,54
0,48
0,42
0,36
0,30
0,24
0,18
0,12
0,06
0,03
0
Densité relative (S.G.)
densité relative (pour 1 bar absolu et 15°C)
coeffi cient Ft
AUTRES TEMPERATURES
Abaque III : Détermination des coeffi cients de débits Fgm et Fgl pour un liquide
Coeffi cient Fgl (l/min)
Coeffi cient Fgm (m 3 /h)
Débit - DONNEES TECHNIQUES
TEMPERATURE DU FLUIDE t 2 (°C)
Dans un intervalle de -7°C à +65°C
la correction de température à effectuer
est très petite et peut-être
ignorée pour des applications
courantes
Perte de charge �p (bar)
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V050-3
A

Abaque IV : Détermination des coeffi cients de débits Fgm et Fgl pour air ou gaz
Pression d'entrée de 0,01 à 0,1 bar (manométrique)
Débit - DONNEES TECHNIQUES
Ne pas lire au-dessous de cette courbe
limitatrice
Coeffi cient Fgm (m 3 /h)
0,17 0,18 0,21 0,24 0,27 0,30 0,36 0,42 0,48 0,54
Coeffi cient Fgl (l/min)
Abaque V : Détermination des coeffi cients de débits Fgm et Fgl pour air ou gaz
Pression d'entrée de 0,1 à 1 bar (manométrique)
Perte de charge �p (bar)
Perte de charge �p (bar)
Ne pas lire au-dessous de cette courbe
limitatrice
Coeffi cient Fgm (m 3 /h)
0,24 0,30 0,36 0,42 0,48 0,6 0,72 0,84 0,96 1,08 1,2 1,32 1,44 1,56 1,68 1,8 1,92 2,04
0,54 0,66 0,78 0,9 1,02 1,14 1,26 1,38 1,5 1,62 1,74 1,86 1,98 2,1
Coeffi cient Fgl (l/min)
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V050-4
00011FR-2006/R01
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Abaque VI : Détermination des coeffi cients de débits Fgm et Fgl pour air ou gaz
Pression d'entrée de 1 à 10 bar (manométrique)
0,6
0
1,2
6
1,8
2,4
12
3,0
18
3,6 4,2 4,8 5,4 6 6,6 7,2 7,8 8,4 9
Coeffi cient Fgm (m
9,6 1,02 1,08
Coeffi cient Fgl (l/min)
3 /h)
Abaque VII : Détermination des coeffi cients de débits Fgm et Fgl pour air ou gaz
Pression d'entrée de 10 à 100 bar (manométrique)
24
30
36
42
Débit - DONNEES TECHNIQUES
Ne pas lire au-dessous de cette courbe
limitatrice
Perte de charge �p (bar)
Perte de charge �p (bar)
Ne pas lire au-dessous de cette courbe
limitatrice
Coeffi cient Fgm (m
48 54 60 66 72 78 84 90 96 102
3 /h)
Coeffi cient Fgl (l/min)
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V050-5
A

Abaque VIII : Détermination des coeffi cients de débits Fgm et Fgl pour la vapeur
Pression d'entrée de 0,1 à 1 bar (manométrique)
0,18 0,3
0,24
0
0
0,42 0,54 0,66 0,78 0,9
0,36 0,48 0,6 0,72 0,84 0,96
1,02 1,08 1,14 1,2 1,26 1,32 1,38
Coeffi cient Fgm (m
1,44 1,5 1,56 1,62 1,68
3 /h)
Coeffi cient Fgl (l/min)
6
0,6
1,2
12
1,8
18
2,4
3,0
24
Ne pas lire au-dessous de cette courbe
limitatrice
Abaque IX : Détermination des coeffi cients de débits Fgm et Fgl pour la vapeur
Pression d'entrée de 1 à 10 bar (manométrique)
Abaque X : Détermination des coeffi cients de débits Fgm et Fgl pour la vapeur
Pression d'entrée de 10 à 100 bar (manométrique)
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V050-6
3,6
30
4,2
36
4,8
42
5,4
48
Débit - DONNEES TECHNIQUES
6,0
54
6,6
60
Perte de charge �p (bar)
Perte de charge �p (bar)
Ne pas lire au-dessous de cette courbe
limitatrice
Coeffi cient Fgm (m
7,2 7,8 8,4 9,6
3 /h)
Coeffi cient Fgl (l/min)
Perte de charge �p (bar)
Ne pas lire au-dessous de cette courbe
limitatrice
Coeffi cient Fgm (m
66 72 78 84
3 /h)
Coeffi cient Fgl (l/min)
00011FR-2006/R01
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00011FR-2010/R01
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AUTRES FORMULES DE DEBIT ET
AUTRES DONNEES PHYSIQUES
Calculs de débit
Généralités : Les valeurs de perte de
charge qui ne fi gurent pas dans les courbes
peuvent être déterminées par interpolation
dans les abaques. Néanmoins, on peut
obtenir des résultats plus précis pour le
calcul des valeurs recherchées, et ce, grâce
aux formules suivantes (sur lesquelles sont
basées les abaques de débit) :
p 1 = pression absolue d'entrée (bar) =
pression manomètrique + pression
atmosphérique égale à 1,013 bar
p 2 = pression absolue à la sortie (bar) =
pression manomètrique + pression
atmosphérique égale à 1,013 bar
�p = p 1 - p 2 = perte de charge au travers
de la vanne (bar)
t = 0°C
Nota : Dans la plupart des systèmes, il convient
de maintenir la perte de charge à un
niveau minimum. Si nécessaire - dans le cas
de liquides - la perte de charge peut être égale
à la pression totale d'entrée (manomètrique).
C'est également le cas pour l'air, les gaz et
la vapeur allant jusqu'à une pression d'entrée
(manomètrique) de 1,013 bar, néanmoins
pour ces fl uides, il ne faut jamais utiliser un
�p supérieur à 50 % de la pression d'entrée
absolue de façon à éviter des pertes de charge
excessives qui risquent de provoquer un débit
irrégulier. Si le �p n'est pas spécifi é et si
cette information est nécessaire pour pouvoir
dimensionner la vanne, on peut rapidement
calculer la perte de charge en prenant 10 %
de la pression d'entrée.
Liquides
et
3
Fgm = Δ p (m /h)
F = 006 p , Δ (l/min)
gl
Exemple: pour �p = 1,7 bar, on aura .
Fgm = 1,3 (m 3 /h) et Fgl = 0,08 (l/min)
Nota : Si la viscosité du fl uide est supérieure
à 300 SSU (environ 9°E), la valeur du coeffi
cient de débit Kv doit être modifi ée, nous
consulter.
Défi nition du coeffi cient de débit Kv
(ou Cv)
Le coeffi cient de débit d'une vanne Kv
(ou Cv) est le débit de l'eau (densité de 1)
Air et gaz
Fgm = p p − p
18 9 2 , Δ ( 1 Δ ) (m³/h)
Fgl = 113 , Δp ( 2p1−Δ p)
(l/min)
Exemple: Δp = 0,4 bar;
p = 3 bar relatifs ou
1
4,013 bar absolus.
Calcul:
3
Fgm = 18, 9 0, 4( 8, 026 − 0, 4) = 33 m/h
Fgl = 1, 13 0, 4( 8, 026 − 0, 4) = 1, 97 l/min
Nota : Les formules pour les gaz ne s'appliquent
avec précision que pour une température
de fl uide de 20°C (dans le cadre de ce
catalogue, le mètre cube standard Nm 3 a été
défi ni pour 20°C et 1,013 bar absolu).
A température différente t 2 (°C) - voir abaque
II - la valeur du coeffi cient de débit Kv 1
doit être modifi ée à l'aide du coeffi cient
correcteur suivant :
F
t =
293
+ t
273 2
Densité de certains liquides à 20°C
(par rapport à l'eau à 4°C)
Alcool éthylique 0,79
Benzène 0,88
Tétrachlorure de carbone 1,589
Huile de ricin 0,95
Fuel n° 1 0,83
Fuel n° 2 0,84
Fuel n° 3 0,89
Fuel n° 4 0,91
Fuel n° 5 0,95
Fuel n° 6 0,99
Essence 0,75 à 0,78
Glycérine 1,26
Huile de lin 0,94
Huile d'olive 0,98
Térébenthine 0,862
Eau 1,000
Le coeffi cient de débit réel est Kv
2
Kv
=
F t
1
Débit - DONNEES TECHNIQUES
exprimé en unités de volume "A" par unité
de temps "B". Ce débit traversera une vanne
ayant une perte de charge égale à l'unité
de pression "C".
(Voir tableau ci-dessous)
Table de conversion Kv et Cv
unités
volume "A"/ temps "B" pression "C"
symbole formules de conversion
l / min bar Kv 1 Kv = 0,06 Kvh = 0,05 Cve = 0,07 Cv
m3 / h bar Kvh 1 Kvh = 16,7 Kv = 0,97 Cve = 1,17 Cv
gallon GB (Imp. gallon) / min psi Cve 1 Cve = 17,1 Kv = 1,03 Kvh = 1,2 Cv
gallon US / min psi Cv 1 Cv = 14,3 Kv = 0,85 Kvh = 0,83 Cve
Vapeurs (p.ex. réfrigérants)
Pour la vapeur :
Fgm = p P − P
15 83 2 , Δ ( 1 Δ ) (m³/h)
Fgl = p P − P
095 2 , Δ ( 1 Δ ) (l/min)
Exemple: Δp = 7 bar,
p 1 = 40 bar ou
41,013 bar abs.
Calcul:
Fgm = 15,83 7( 82, 026 − 7)
= 363 m 3
/h
Fgl = 0, 95 7( 82, 026 − 7)
= 21,8 l/ min
Nota 1 : Les formules qui s'appliquent à la
vapeur concernent la vapeur saturée. Pour
la vapeur surchauffée, il faudra appliquer un
coeffi cient correcteur. Dans ce cas, consultez
ASCO Numatics.
Nota 2 : Pour d'autres vapeurs (comme
par exemple les chlorofluorocarbones
(CFC)), il est nécessaire d'utiliser d'autres
coeffi cients.
Densité de certains gaz (pour une température
de 20°C, à la pression atmosphérique
et par rapport à l'air)
Acétylène 0,91
Air 1,000
Ammoniac 0,596
Butane 2,067
Dioxyde de carbone 1,53
Chlore 2,486
Ethane 1,05
Chlorure d'éthylène 2,26
Hélium 0,138
Méthane 0,554
Chlorure de méthylène 1,785
Azote 0,971
Oxygène 1,105
Propane 1,56
Dioxyde de soufre 2,264
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V050-7
A

COEFFICIENTS DE DEBIT
Débit - DONNEES TECHNIQUES
. C et b (suivant norme ISO 6358) :
Les coeffi cients C (conductance sonique, m 3 /s.Pa) et b (rapport de pression critique) objet de la norme ISO 6358 permettent
l’établissement des caractéristiques de débit d’un produit en régime sonique (Voir électrovanne pilote 195/LISC - section I)
C =
C =
q* m
ρ p ο 1
q* v
p 1
q* : débit-masse q* (kg/s) ou volume q* (m m v 3 /s) traversant l’élément lorsque l’écoulement est sonique
p : pression amont (bar)
1
ρ ο = 1,3 kg/m 3 : masse volumique aux conditions de référence (p 0 = 1 bar, T 0 = 293,15 K et 65% d’humidité relative)
b : rapport de pression au dessous duquel l’écoulement est sonique :
q m
q* m
b =
P2 P1 Fonction de P 1 , T 1 et C
P : pression aval (bar)
2
P : pression amont (bar)
1
0 b 1
Ecoulement sonique Ecoulement subsonique
DEBIT (pour air et gaz)
. Détermination du débit à 6 bar :
La documentation présente pour chaque produit le débit moyen à 6 bar exprimé en l/min d’air détendu à l’Atmosphère Normale de
Référence (ANR) suivant norme ISO 8778 (débit entrainant un Δ P de 1 bar)
. Détermination du débit par le calcul :
Δ P < P amont /2
Q = 28,16 x Kv x ΔP x P av
avec correction de température et de densité
Q = 475 x Kv x (ΔP x P av )
(T a x d)
Q = débit en l/mn
ΔP = Pression différentielle, en bar
P 1 et T 1 sont constants
Quart d’ellipse, fonction de P 1 ,
T 1 et des coeffi cients C et b
P av / P am
Consultez notre documentation sur : www.asconumatics.eu
V050-8
T1, température (°K) mesurée lorsque l’écoulement est sonique
Δ P ≥ P amont /2
(Débit maximum réalisable)
Q = 14 x Kv x P am
P av = Pression aval absolue, en bar
P am = Pression amont absolue, en bar
avec correction de température et de densité
Q = 238,33 x Kv x P x 1
am
(T x d) a
T a = Température absolue, en degré °C
d = densité par rapport à l'air
00011FR-2011/R01
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