Control Valve Sizing (Cv/Kv)

Liquid Cv / Kv Sizing

Menghitung Cv/Kv untuk liquid incompressible berdasarkan flow rate dan pressure drop

// Input Parameters

Flow Rate (Q)

m³/h

Inlet Pressure (P1)

bar(g)

Outlet Pressure (P2)

bar(g)

Specific Gravity (SG) — relatif terhadap air

Kondisi Valve

// Hasil

Pressure Drop (ΔP)—

Kv (SI)—m³/h·bar^0.5

Cv (US)—GPM/psi^0.5

Rekomendasi Cv valve (×1.3)—(+30% margin)

% Opening (jika Cv valve diketahui)—

// Formula — Liquid Cv

Kv = Q × √(SG / ΔP) [Q: m³/h, ΔP: bar]

Cv = Q_gpm × √(SG / ΔP_psi)

Hubungan: Cv = Kv / 0.865

Q = volumetric flow rate
SG = specific gravity (ρ_fluid / ρ_water)
ΔP = P1 − P2 = pressure drop across valve

// Teori — Liquid Cv Sizing

Cv (atau Kv dalam SI) adalah koefisien aliran control valve. Secara definisi: Cv = flow dalam GPM air yang mengalir melalui valve dengan ΔP = 1 psi. Makin besar Cv, makin besar kapasitas valve.

Kv vs Cv

Kv (SI): m³/h dengan ΔP = 1 bar. Cv = Kv/0.865. Kedua unit digunakan tergantung vendor.

Design Margin

Pilih valve dengan Cv ≥ Cv_calc × 1.3 (normal). ×1.5 untuk service kritis. Jangan over-size berlebihan.

Rangeability

Ratio Cv_max/Cv_min dari valve. Typical: 50:1 (equal-%). Pastikan Cv_min dan Cv_max masuk dalam rangeability.

Valve Opening

Target normal operating: 40–70% opening. Opening terlalu kecil = noisy, erosion. Terlalu besar = poor control.

💡 Tips: Untuk three-case sizing (min/normal/max), hitung Cv untuk ketiga kondisi. Pilih Cv_nominal antara ketiganya. Cek rangeability dengan Cv_max/Cv_min.

// Karakteristik Aliran

Karakteristik	Penggunaan
Linear	ΔP konstan, sistem pressure-dominated
Equal-% (EP)	Paling umum — ΔP bervariasi, flow-dominated
Quick-opening	On/off service, emergency valves

Gas Cv Sizing

Menghitung Cv untuk gas/vapor — deteksi otomatis choked flow (critical flow)

// Input Parameters

Gas Flow Rate (actual volumetric)

m³/h

Inlet Pressure P1 (absolute)

bar(a)

Outlet Pressure P2 (absolute)

bar(a)

Operating Temperature (T)

°C

Gas Specific Gravity (Gg, rel. to air)

Compressibility Factor (Z)

⚠ CHOKED FLOW terdeteksi! ΔP/P1 ≥ 0.5 — gas sudah mencapai kecepatan sonic di valve. Cv dihitung pada kondisi critical. Pertimbangkan menggunakan 2 valve in series atau bertahap.

// Hasil

ΔP / P1 (pressure ratio x)—

Flow Regime—

Kv (SI)—m³/h·bar^0.5

Cv (US)——

Rekomendasi Cv (×1.3)—

// Formula — Gas Cv (Simplified IEC)

x = ΔP / P1

Non-choked (x < 0.5):

Kv = Q / (11.5 × P1 × √(x / (T_K × Gg × Z)))

Choked (x ≥ 0.5):

Kv = Q / (5.75 × P1 × √(1 / (T_K × Gg × Z)))

Q = actual volumetric flow [m³/h at operating P,T]
P1 = inlet abs. pressure [bar(a)]
T_K = operating temperature [K]
Gg = gas specific gravity (air=1.0)
Z = compressibility factor (1.0 for ideal gas)

// Teori — Gas Cv & Choked Flow

Gas bersifat compressible — semakin ΔP meningkat, semakin besar flow yang melewati valve, sampai pada suatu titik kritis di mana kecepatan gas di vena contracta mencapai kecepatan suara (Mach 1).

Setelah titik ini, flow tidak bertambah meski ΔP dinaikkan. Kondisi ini disebut choked flow atau critical flow.

Critical Pressure Ratio

Untuk sebagian besar gas dan valve industri, choked flow terjadi ketika ΔP/P1 ≥ 0.5 (simplified). Persis tergantung pada Fk dan xT valve.

Gas Gravity (Gg)

Gg = MW_gas / 28.97. Natural gas ≈ 0.65, propane ≈ 1.52, H2 ≈ 0.07, CO2 ≈ 1.52.

Actual vs Standard

Input harus actual volumetric flow (di P dan T operasi), bukan standard flow (SCMH). Gunakan gas law untuk konversi.

Piping Factor (Fp)

Jika ukuran valve ≠ ukuran pipa, koreksi Fp diperlukan. Fp < 1.0. Untuk preliminary sizing, Fp = 1.0.

💡 Common Gas Gravity:
Natural gas: 0.55–0.70 | Propane: 1.52
Nitrogen: 0.97 | Air: 1.00 | CO2: 1.52
H2: 0.07 | Steam (vap): ~0.62 @ 100°C

// Konversi Flow Gas

Untuk mengkonversi dari standard ke actual:

Q_actual = Q_std × (P_std / P_op) × (T_op / T_std) × Z

P_std = 1.01325 bar, T_std = 288.15 K (15°C)